Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，先将钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉按照摩尔质量比混合、球磨，再将球磨的粉料进行烧结，得到Ti3SiC2粉末；按质量百分比称取Ti3SiC2、Co和MBD8人造金刚石，粉末球磨后加入定量液体石蜡，装入搅拌器混合均匀；将所得混合粉末装入模具中冷压成形，所得生坯装入热压烧结炉中烧结成形，最终获得Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料。本发明专利技术用Ti3SiC2-Co基粉末替代Co粉作为基体，制备的金刚石超薄锯片材料径向抗弯强度≥980MPa、1000转/分下的进给速度(以加工99.5％纯度刚玉为例)≥60mm/min。

【技术实现步骤摘要】
Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法
本专利技术涉及一种金刚石耐磨损材料的制备方法。
技术介绍
金刚石超薄锯片材料是以金属、无机非金属、高分子或复合材料为基，以金刚石为增强相，用节能、绿色、少切屑或无切屑近净成形的粉末冶金技术制备的耐磨损材料。其广泛应用于特种陶瓷、硬质合金、磁性材料、宝石等脆硬材料的精细加工。应当前社会工业节能、绿色、高效的发展趋势，对金刚石超薄锯片的综合性能及寿命提出了更高要求，特别是航空航天、微电子、微加工等高端工业应用领域，急迫需求生产超薄、高强、可快速切削的金刚石超薄锯片。Co元素因具有优良综合性能，与金刚石润湿性好而被用作金刚石超薄锯片材料的关键基体。但由于其存在高温软化、氧化、相变等缺点，缩短了金刚石超薄锯片的使用寿命，限制了其在快速切削(＞1000转/分)条件下的应用。因此，急需一种具有优良高温性能的新型黏结剂材料替代Co金属。
技术实现思路
本专利技术是针对Co基金刚石超薄锯片在快速切削条件下应用限制的研发领域现状，提供一种采用Ti3SiC2-Co基合金作为基体的金刚石超薄锯片材料的制备方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的，一种Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)按Ti3SiC2的化学计量式采用钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉为原料合成Ti3SiC2粉；(2)按质量百分比，称取87～91％的Ti3SiC2、5～9％的Co、3.8～4％的人造金刚石MBD8，在氩气气氛保护下球磨至少26小时，得到混合粉末；(3)按质量百分比，称取96.5％的混合粉末、3.5％液体石蜡，搅拌均匀为填装料；(4)将填装料置入模具中冷压成形为生坯；(5)在真空条件下将生坯置于热压烧结炉中，于720～810℃烧结，至少保温4分钟；(6)控制降温速率冷却，最后得到金刚石超薄锯片材料。上述方法中，步骤(1)所述Ti3SiC2粉的合成，是按照摩尔质量比2.8：1.3：2.1：0.25，将钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉预混合1.5小时后，将预混合粉在氩气气氛保护下球磨14小时后；再在氩气气氛保护下于1450℃烧结，保温2小时，控制降温速率冷却，得到Ti3SiC2粉末。其中，球磨的球磨罐和磨球均为不锈钢，球磨介质为无水乙醇，料：球：无水乙醇＝1：19：0.3。烧结时的升温速率为5℃/min，降温速率为16℃/min。步骤(2)所述人造金刚石MBD8的平均颗粒尺寸为40μm。该步骤所述球磨，球磨罐为含尼龙内衬的不锈钢，磨球为硬质合金球，料球比为1：13。步骤(4)所述冷压压力为90～110Mpa。步骤(6)所述降温速率为20～30℃/min。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优势：(1)本专利技术完全改变了已有方法中单纯采用Co金属及其合金作为基体制备金刚石超薄锯片的思路，而是采用一种Ti3SiC2-Co基粉末作为锯片材料的基体，并研究Ti3SiC2-Co基粉末配比、金刚石锯片原料组分、烧结组织和基体/金刚石界面之间的关系，即：对于Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料，主轴转速＞1000转/分条件下保持较高加工精度的最佳Ti3SiC2-Co基粉末配比和金刚石锯片原料配比。此方法具有成分控制精度高，工艺稳定性和重复性较强，克服了因Co金属高温相变和软化对金刚石超薄锯片高速切削性能的不良影响。(2)用Ti3SiC2-Co代替Co作为基体的本质特点是：利用Ti3SiC2三元碳化物与金刚石更佳的亲和性和高温力学性能，减小锯片材料的翘曲，优化锯片材料自锐性。其科学原理是：Ti3SiC2与金刚石的亲和性可抑制锯片材料在交变温度场条件下产生内应力，并减小变形。Ti3SiC2的优良高温强度使基体在高温下扔可以牢固把持金刚石，使其充分参与切削。本专利技术用Ti3SiC2-Co基粉末替代Co粉作为黏结剂，制备的金刚石超薄锯片材料，其径向抗弯强度≥980Mpa，1000转/分下的进给速度(以99.5％纯度刚玉为例)≥60mm/min。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。以下各实施例制备的金刚石超薄锯片材料，其抗弯强度测试条件符合《GB3851-83》标准。实施例1(1)首先将钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉按照摩尔质量比2.8：1.3：2.1：0.25预混合1.5小时，再将预混合粉末在氩气气氛保护下球磨14小时，球磨机转速为280转/分，球磨介质为无水乙醇，磨球和球磨罐材料均为不锈钢，料：球：无水乙醇＝1：19：0.3；在氩气气氛保护下将球磨的粉料进行烧结，烧结温度1450℃，保温时间2小时，升温速率5℃/min，冷却速率16℃/min，得到Ti3SiC2粉末。(2)按质量百分比，称取87％的Ti3SiC2、9％的Co、4％的平均颗粒尺寸为40μm的MBD8人造金刚石，在氩气气氛保护下球磨30小时，球磨机转速160转/分，磨球为硬质合金球，球磨罐材料为含尼龙内衬的不锈钢，球料比为13：1；再按质量百分比，称取96.5％的球磨粉末和3.5％液体石蜡，装入搅拌器混合均匀，主轴转速为120转/分。(3)将所得混合粉末装入模具中冷压成形，成形压力为90MPa；在真空条件下将冷压成形的生坯装入热压烧结炉中，730℃温度下烧结，保温10分钟，冷却时，降温速率为20℃/min。实施例2(1)Ti3SiC2粉末制备同实施例1。(2)按质量百分比，称取89.2％的Ti3SiC2、7％的Co、3.8％的平均颗粒尺寸为40μm的MBD8人造金刚石，在氩气气氛保护下球磨26小时，球磨机转速180转/分，其余工艺参数与实例1相同。(3)将所得混合粉末装入特制模具中冷压成形，成形压力为100MPa；在真空条件下将冷压成形的生坯装入热压烧结炉中，780℃温度下烧结，保温6分钟，冷却时，降温速率为25℃/min。实施例3(1)Ti3SiC2粉末制备同实施例1。(2)按质量百分比，称取90％的Ti3SiC2、6.2％的Co、3.8％的平均颗粒尺寸为40μm的MBD8人造金刚石，在氩气气氛保护下球磨至少28小时，球磨机转速150转/分，其余工艺参数与实例1相同。(3)将所得混合粉末装入特制模具中冷压成形，成形压力为100MPa；在真空条件下将冷压成形的生坯装入热压烧结炉中，790℃温度下烧结，保温5分钟，冷却时，降温速率为30℃/min。实施例4(1)Ti3SiC2粉末制备同实施例1。(2)按质量百分比，称取91％的Ti3SiC2、5.1％的Co、3.9％的平均颗粒尺寸为40μm的MBD8人造金刚石，在氩气气氛保护下球磨27小时，球磨机转速190转/分，其余工艺参数与实例1相同。(3)将所得混合粉末装入特制模具中冷压成形，成形压力为110MPa；在真空条件下将冷压成形的生坯装入热压烧结炉中，810℃温度下烧结，保温4分钟，冷却时，降温速率为30℃/min。对以上实施例所得Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的性能(相对密度、平均晶粒、抗弯强度等)进行了测试，结果列于表1。表1由表1可以看出，用实施例1-4方法制备的Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料具有致密、晶粒细小、快速切削及长寿命等特点。本专利技术根据拟制备Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的界面结合性能和物相组成精确本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti3SiC2‑Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)按Ti3SiC2的化学计量式采用钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉为原料合成Ti3SiC2粉；(2)按质量百分比，称取87～91％的Ti3SiC2、5～9％的Co、3.8～4％的人造金刚石MBD8，在氩气气氛保护下球磨至少26小时，得到混合粉末；(3)按质量百分比，称取96.5％的混合粉末、3.5％液体石蜡，搅拌均匀为填装料；(4)将填装料置入模具中冷压成形为生坯；(5)在真空条件下将生坯置于热压烧结炉中，于720～810℃烧结，至少保温4分钟；(6)控制降温速率冷却，最后得到金刚石超薄锯片材料。

【技术特征摘要】
1.一种Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)按Ti3SiC2的化学计量式采用钛粉、硅粉、石墨粉和铝粉为原料合成Ti3SiC2粉；(2)按质量百分比，称取87～91％的Ti3SiC2、5～9％的Co、3.8～4％的人造金刚石MBD8，在氩气气氛保护下球磨至少26小时，得到混合粉末；所述人造金刚石MBD8的平均颗粒尺寸为40μm；(3)按质量百分比，称取96.5％的混合粉末、3.5％液体石蜡，搅拌均匀为填装料；(4)将填装料置入模具中冷压成形为生坯；冷压压力为90～110Mpa；(5)在真空条件下将生坯置于热压烧结炉中，于720～810℃烧结，至少保温4分钟；(6)控制降温速率冷却，最后得到金刚石超薄锯片材料。2.如权利要求1所述Ti3SiC2-Co基金刚石超薄锯片材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述Ti3SiC2粉的合成，是按照摩尔质量比2.8：1...

【专利技术属性】
技术研发人员：董洪峰，郭从盛，谭宏斌，
申请(专利权)人：陕西理工学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61