[發明專利]仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具及其制備方法

有效

• 申請號: 202011465351.1
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號: CN112456987B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（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）人: 齊魯工業大學
• 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

本發明公開了一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具及其制備方法，屬于機械制造和硅酸鹽材料領域，本發明要解決的技術問題為如何在保證陶瓷刀具材料較高強度和硬度的同時，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：該刀具是將表層與基體層按照不同層數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不少于3層且表層與基體層的層厚比至少為2。該制備方法具體如下：(1)、制備薄層混合原始粉末；(2)、制備氧化鋁?氮化鈦混合原始粉末；(3)、鋪疊；(4)、燒結；(5)、制備出疊層陶瓷刀具。

技術領域

本發明涉及機械制造和硅酸鹽材料領域，具體地說是一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具及其制備方法。

背景技術

疊層復合材料是指利用復合技術使兩種或兩種以上性能不同的材料在界面上實現牢固結合的一種新型復合材料。仿生疊層復合材料這種獨特的多界面結構及在表層產生殘余壓應力在提高材料強度的同時能夠保證復合材料具有一定的塑韌性，其性能主要由基體層和表層各自的性能和二者界面結合狀態決定。因此，基體層與表層的結構和特性、各自的體積含量、層數和層厚比對疊層復合陶瓷材料的性能起到決定性作用。

故如何在保證陶瓷刀具材料較高強度和硬度的同時，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仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具及其制備方法，來解決如何在保證陶瓷刀具材料較高強度和硬度的同時，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，一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具，該刀具是將表層與基體層按照不同層數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不少于3層且表層與基體層的層厚比至少為2。

作為優選，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。

更優地，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。

更優地，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。

更優地，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。

更優地，所述氧化鋁-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，優選8：2，硼化鈦可以提高材料的抗彎強度；

所述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，優選為0.5-1μm，在疊層結構中，界面結合強度是影響復合材料力學性能的重要原因。因此，對化鋁、硼化鈦、氮化鈦的平均粒徑差距有所要求，合適的粒徑差距有助于界面處結合強度，進而提高復合材料力學性能。

一種仿生疊層石墨烯復合陶瓷刀具的制備方法，該制備方法具體如下：