[發明專利]用于加工連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的金剛石工具及其制備方法

在審

• 申請號: 202210178196.8
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114633221A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 吳京軍;劉夢珠;涂建勇;陳靜;都嘉鑫;李鵬;王夢嬌
• 申請（專利權）人: 西安鑫垚陶瓷復合材料有限公司
• 主分類號: B24D7/06
• 分類號: B24D7/06;B24D3/06;B24D3/34;B24D18/00;C22C26/00;C22C30/02;C22C30/04;B22F3/14;B22F5/00;C22C32/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發明涉及一種用于加工連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的金剛石工具及其制備方法，以解決目前金剛石工具壽命短，成本高，現有加工方式制備的金剛石工具效率低的技術問題。該工具包括金剛石刀頭及與金剛石刀頭固定連接的金屬基體；金屬基體的第一端設置有連接軸，第二端端面設置有定位凸臺；金剛石刀頭一端面設置有與定位凸臺相適配的定位凹槽。該方法為1、制備金剛石刀頭過程為混料：按重量計，取金剛石粉15?30份，SiC粉5?20份，銀粉2?19份，錫粉3?20份，青銅粉30?70份和氧化鋁陶瓷空心球5?40份，混合；裝粉；裝爐與燒結；冷卻與拆模；2、將金剛石刀頭和金屬基體固定連接后加工和開刃，得金剛石工具。

技術領域

本發明涉及連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的加工工具，具體涉及一種用于加工連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的金剛石工具及其制備方法。

背景技術

連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料具有耐高溫、抗氧化、低密度、高強度和高韌性等一系列優點，在高超聲速飛行器部件、航空發動機熱端部件、航天飛機熱防護系統和火箭發動機噴管等領域具有廣泛的應用前景，連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料在從毛坯料到零件的生產過程中涉及到大量的機械加工問題，SiC陶瓷材料硬度高(HV＝22.2±2GPa)，連續纖維強度大(拉伸強度：T300型號C纖維3530MPa；三代SiC纖維2.5-4GPa)，其復合材料更是結合了二者的性能優勢，因此連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料屬于新興的難加工材料，加工工具必須選用硬度大于SiC陶瓷的金剛石或者CBN(立方氮化硼)工具，目前國內連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的生產規模有限，因此對于其加工所用的工具方面的研究相對匱乏。

當前數控加工中心常用的金剛石工具為電鍍金剛石玻璃鉆、電鍍金剛石麻花鉆、燒結金剛石鋸片、燒結金剛石砂輪以及PCD(聚晶金剛石)銑刀，常用于銑削加工的為電鍍金剛石玻璃鉆，其在加工過程中存在的問題有：1、使用壽命短，更換頻繁；2、不適用于三維針刺類產品的加工，三維針刺類產品硬度高，電鍍金剛石玻璃鉆在加工三維針刺類產品時容易出現接觸報廢現象，具體表現為玻璃鉆在接觸產品的瞬間，玻璃鉆最前端的金剛石鍍層即脫落，無法繼續使用；此外，用于三維針刺類產品加工的PCD刀具存在成本較高的問題。連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料制備的飛行器零部件以骨架蒙皮為主，典型特點為壁薄，約4mm，尺寸大，約3000-4000mm，其加工過程對金剛石工具的壽命要求高。

金剛石工具的制備方法主要包括電鍍、釬焊及燒結，電鍍類和釬焊類兩種工藝方法制備的金剛石工具都具有鋒利性較高的優點，但由于工作層(金剛石層)較薄，不適用于長時間及大進給的加工，壽命普遍較短；燒結類金剛石工具可以將工作層厚度設計為遠大于電鍍及釬焊類，因此壽命方面有明顯的優勢，同時目前金剛石燒結工具的制備工藝流程簡單，所需設備廉價易得，因此其產品普遍性價比較高。

發明內容

本發明目的在于解決目前金剛石工具壽命短，不適用于加工連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料產品，且成本較高的技術問題，提出一種用于連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的金剛石工具及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種用于加工連續纖維增韌SiC陶瓷基復合材料的金剛石工具，其特殊之處在于：

包括金剛石刀頭及與金剛石刀頭固定連接的金屬基體；

所述金屬基體的第一端設置有連接軸，用于與機床主軸連接；金屬基體的第二端端面設置有定位凸臺；

所述金剛石刀頭與金屬基體的第二端相連接的一端設置有定位凹槽，所述定位凸臺與定位凹槽相適配；

所述金剛石刀頭由包括按照重量計的金剛石粉15-30份，碳化硅粉5-20份，銀粉2-19份，錫粉3-20份，青銅粉30-70份和氧化鋁陶瓷空心球5-40份燒結制備。

進一步地，所述金剛石刀頭與金屬基體直徑相同；

所述定位凸臺與定位凹槽的適配精度為0.5～1mm。