[發(fā)明專利]仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011465351.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112456987B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設計）人: 肖光春;陳本帥;許崇海;陳照強;衣明東;張靜婕
• 申請（專利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/111
• 分類號: C04B35/111;C04B35/64
• 代理公司: 濟南信達專利事務所有限公司 37100
• 代理人: 孫園園

1.一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具，其特征在于，該刀具是將表層與基體層按照不同層數(shù)和層厚比依次交替鋪疊而成，表層采用氧化鋁-硼化鈦-石墨烯納米片復合材料，基體層采用氧化鋁-氮化鈦復合材料；其中，表層和基體層的總層數(shù)不少于3層且表層與基體層的層厚比至少為2；

其中，表層層厚為0.14-0.5mm；表層和基體層的總層數(shù)為3、5、7或9層且表層與基體層的層厚比為2、4、6或8；

氧化鋁-硼化鈦-石墨烯納米片復合材料主要由以下重量配比的原料混合而成：亞微米氧化鋁75-80份，硼化鈦18-22份，石墨烯納米片0.1-0.5份，氧化鎂0.3-0.7份，氧化釔0.3-0.7份；

氧化鋁-硼化鈦-石墨烯納米片復合材料中亞微米氧化鋁和硼化鈦的比例為7-8:2-3；

亞微米氧化鋁的平均粒徑為0.2μm；硼化鈦的平均粒徑為0.5-1μm；氧化鎂的平均粒徑為0.5-2μm；氧化釔的平均粒徑為0.5-2μm；氮化鈦的平均粒徑為0.02-1μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具，其特征在于，所述氧化鋁-硼化鈦-石墨烯納米片復合材料主要由以下重量配比的原料混合而成：亞微米氧化鋁78.7份，硼化鈦20份，石墨烯納米片0.3份，氧化鎂0.5份，氧化釔0.5份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具，其特征在于，所述氧化鋁-氮化鈦復合材料主要由以下重量配比的原料混合而成：亞微米氧化鋁77-81份，氮化鈦18-22份，氧化鎂0.3-0.7份，氧化釔0.3-0.7份。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具，其特征在于，所述氧化鋁-氮化鈦復合材料主要由以下重量配比的原料混合而成：亞微米氧化鋁79份，氮化鈦20份，氧化鎂0.5份，氧化釔0.5份。

5.一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具的制備方法，其特征在于，該制備方法具體如下：

（1）、制備薄層混合原始粉末：將石墨烯納米片0.1-0.5份分散于100ml無水乙醇溶液中，超聲分散1-2h后得到石墨烯分散液；將石墨烯分散液加入到亞微米氧化鋁75-80份，硼化鈦18-22份，氧化鎂0.3-0.7份和氧化釔0.3-0.7份的混合分散液中，繼續(xù)超聲分散1h；將混合分散液倒入球磨罐中高速球磨36-48h，干燥、過篩得到表層混合原始粉末；

（2）、制備氧化鋁-氮化鈦混合原始粉末：將亞微米氧化鋁77-81份，氮化鈦18-22份，氧化鎂0.3-0.7份，氧化釔0.3-0.7份的混合液超聲處理1-2h，將混合分散液倒入球磨罐中高速球磨36-48h，干燥、過篩得到氧化鋁-氮化鈦混合原始粉末；

（3）、鋪疊：按照不同的層數(shù)和層厚比將表層混合原始粉末和基體層混合原始粉末依次交替鋪疊到石墨磨具中，每鋪疊一層預壓一次；其中，表層層厚為0.14-0.5mm；表層和基體層的總層數(shù)為3、5、7或9層且表層與基體層的層厚比為2、4、6或8；

（4）、燒結(jié)：將石墨磨具放入到放電等離子燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1525℃，保溫時間為5min，燒結(jié)壓力為30MPa；

（5）、制備出疊層陶瓷刀具：燒結(jié)后冷卻至室溫，取出疊層陶瓷試樣，對試樣表面進行磨削、研磨和拋光，即可制備出疊層陶瓷刀具；

其中，氧化鋁-硼化鈦-石墨烯納米片復合材料中亞微米氧化鋁和硼化鈦的比例為7-8:2-3；

亞微米氧化鋁的平均粒徑為0.2μm；硼化鈦的平均粒徑為0.5-1μm；氧化鎂的平均粒徑為0.5-2μm；氧化釔的平均粒徑為0.5-2μm；氮化鈦的平均粒徑為0.02-1μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具的制備方法，其特征在于，所述步驟（4）中放電等離子燒結(jié)爐中燒結(jié)過程中升溫速率包括如下三個階段：

①、800℃以下升溫速率為：100℃/min；

②、800℃-1200℃之間升溫速率為：80℃/min；

③、1200℃-1525℃之間升溫速率為：50℃/min。