[發明專利]基于石墨烯納米片增韌氧化鋁-硼化鈦復合陶瓷材料及制備方法

在審

• 申請號: 202011089168.6
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112159242A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 肖光春;陳本帥;許崇海;陳照強
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/10;C04B35/622;C04B35/64;C04B35/626
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 孫園園

本發明公開了一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁?硼化鈦復合陶瓷材料及其制備方法，屬于刀具材料領域，本發明要解決的技術問題為如何進一步提高陶瓷復合材料在高速切削加工過程中的斷裂韌性和減摩抗磨性能，采用的技術方案為：一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁?硼化鈦復合陶瓷材料，該復合陶瓷材料主要由以下重量配比的原料制備而成：亞微米氧化鋁70～80份，硼化鈦20～30份，石墨烯0～0.6份，燒結助劑0.4～1.5份?；谑┘{米片增韌氧化鋁?硼化鈦復合陶瓷材料用于制備刀具。本發明還公開了一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁?硼化鈦復合陶瓷材料的制備方法。

技術領域

本發明涉及刀具材料領域，具體地說是一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁- 硼化鈦復合陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

刀具材料在高速切削加工和先進制造技術中扮演著不可或缺的角色，而陶瓷刀具材料由于其高的硬度、耐磨性、耐高溫性能、與工件材料較低的親和性，被廣泛應用到難加工材料的高速切削中。但是其固有的脆性限制了其進一步廣泛應用。為了提高陶瓷復合材料的斷裂韌性，國內外開展了很多研究。

傳統強韌化方式是向陶瓷基體中添加強韌化相如硼化鈦、碳化鈦、氧化鋯、或氮化鈦等，并取得了一定的效果，但是仍然無法滿足難加工材料的高速加工。故如何進一步提高陶瓷復合材料在高速切削加工過程中的斷裂韌性和減摩抗磨性能是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的技術任務是提供一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁-硼化鈦復合陶瓷材料及其制備方法，來解決如何進一步提高陶瓷復合材料在高速切削加工過程中的斷裂韌性和減摩抗磨性能的問題。

本發明的技術任務是按以下方式實現的，一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁-硼化鈦復合陶瓷材料，該復合陶瓷材料主要由以下重量配比的原料制備而成：亞微米氧化鋁70～80份，硼化鈦20～30份，石墨烯0～0.6份，燒結助劑0.4～ 1.5份。

作為優選，該復合陶瓷材料的重量配比為：亞微米氧化鋁78.4～79份，硼化鈦20～25份，石墨烯0.2～0.3份，燒結助劑0.8～1.5份。

更優地，所述燒結助劑主要由以下重量配比的原料混合而成：氧化鎂0.2～ 1份，氧化釔0.2～0.5份。

更優地，所述燒結助劑主要由以下重量配比的原料混合而成：氧化鎂0.5～ 1份，氧化釔0.3～0.5份。

一種基于石墨烯納米片增韌氧化鋁-硼化鈦復合陶瓷材料的制備方法，該制備方法具體包括如下步驟：

(1)、將0～0.6份石墨烯分散于100ml無水乙醇溶液中，分散處理得到石墨烯分散液；

(2)、將石墨烯分散液加入到70～80份亞微米氧化鋁、20～30份硼化鈦和0.4～1.5份燒結助劑的混合分散液中，經過球磨、干燥、過篩得到混合原始粉末；

(3)、將混合原始粉末填鋪到模具中并預壓；

(4)、將模具放入到放電等離子燒結爐中燒結，保溫結束后，冷卻至室溫即可。

作為優選，所述步驟(1)中分散處理在超聲條件下進行，分散時間為1～ 2小時。

作為優選，所述步驟(2)中球磨的時間為36～48小時。

作為優選，所述步驟(4)中燒結條件為1450℃～1600℃下保溫5～8分鐘，燒結壓力為30MPa。

更優地，所述步驟(4)放電等離子燒結爐中燒結過程中升溫速率包括如下三個階段：

800℃以下升溫速率為：100℃/min；

800℃～1200℃之間升溫速率為：80℃/min；

1200℃以上升溫速率為：50℃/min。