[發明專利]石墨烯納米片增韌TiB2

有效

• 申請號: 201711420900.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN109956754B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 殷增斌;袁軍堂;徐偉偉;閆詩雨;劉奎;葉佳冬
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/58;C04B35/626
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種石墨烯納米片增韌TiB₂基陶瓷刀具材料及其制備工藝。該材料組分質量配比為：硼化鈦（TiB₂）：64.5?74.9%，碳化鈦（TiC）：25?35%，石墨烯納米片（GnS）：0.1?0.5%。利用放電等離子燒結技術，在低溫快速燒結條件下制備TiB₂基陶瓷刀具材料。本發明制得的TiB₂基陶瓷刀具材料不含金屬粘結相、完全致密、且具有較高的斷裂韌度和硬度，性能滿足切削刀具的使用要求；同時本發明制備工藝先進，生產效率高，成本低，易于工業化生產，具有推廣價值。

技術領域

本發明涉及放電等離子燒結材料技術領域，尤其涉及到一種石墨烯納米片增韌TiB₂基陶瓷刀具材料及其制備工藝。

背景技術

作為一種超高溫陶瓷，TiB₂具有高硬度、高彈性模量、耐磨損和良好的化學穩定性等優異的性能。TiB₂基陶瓷特別適宜于制造在惡劣環境中工作的耐磨損部件，其中TiB₂基陶瓷刀具在高速切削刀具中具有很強的應用潛力。然而，TiB₂陶瓷難燒結、脆性大又限制了其作為刀具在高速切削加工中的應用。

TiB₂熔點高達2980℃，自擴散系數小，且為共價鍵連接，這使得TiB₂陶瓷很難達到完全致密。為了獲得高的致密度，現階段TiB₂陶瓷刀具材料的制備多采用熱壓燒結。Zou（B.Zou et al. Mechanical properties and microstructure of TiB₂-TiC compositeceramic cutting tool material. International Journal of Refractory Metals andHard Materials 35 (2012) 1-9.）和Song（J. Song et al. 2014. Effects of TiCcontent and melt phase on microstructure and mechanical properties of ternaryTiB₂-based ceramic cutting tool materials. Materials Science and Engineering:A 605 (2014) 137-143.）分別采用熱壓燒結制備了TiB₂-TiC-Ni和TiB₂-TiC-WC-Ni-Mo陶瓷刀具材料，材料的相對密度分別達到99.4%和99.3%。

但是，為了獲得高致密度，熱壓燒結通常需要高的燒結溫度（1650-2100℃）、長的保溫時間（0.5-2h）和低的升溫速率（≤50℃/min），高溫和長時間保溫導致晶粒異常長大，不利于力學性能提高，同時長的燒結周期浪費能源，生產效率低。

現階段為提高TiB₂陶瓷的致密度和力學性能，通常加入各種金屬相（Ni, Mo, Co,Fe, Ti, Ta）。實驗證明加入金屬相后TiB₂陶瓷的燒結溫度降低，相對密度可達99%以上，強度和斷裂韌度也得到大幅度提高（Chlup et al. Effect of metallic dopants on themicrostructure and mechanical properties of TiB₂. Journal of the EuropeanCeramic Society 35 (2015) 2745-2754.）。一般來說，金屬含量越多，TiB₂陶瓷的斷裂韌度越大。然而，在高溫環境下，由于金屬軟化，界面結合強度降低，晶界易產生滑移，造成TiB₂陶瓷的強度、斷裂韌度、硬度急劇下降，刀具耐磨損和破損能力降低。因此，含金屬相的TiB₂陶瓷并不是理想的高速切削刀具。

發明內容