高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高韧性聚晶复合材料，具体包括质量百分比分别为72%～92%的聚晶超硬相、7.5%～25%的结合剂、0.5%～15%的增韧剂，其中所述增韧剂为氧化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种的组合。本发明专利技术还提供一种利用所述高韧性聚晶复合材料制得的高韧性聚晶刀片及制备方法，所述制备方法包括等静压成型、真空热处理活化、高温高压烧结步骤。所述高韧性聚晶刀片具有较好的韧性和切削性能，且制备工艺简单易行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超硬材料领域，具体的说，涉及了一种高韧性聚晶复合材料和高韧性聚晶刀片及其制备方法。
技术介绍
超硬材料中的立方氮化硼、金刚石等材料因其耐热性能好、化学惰性强且具有较高的硬度、较好的导热率，被广泛用于刀具行业，对难加工材料具有独特的加工优势，可满足高硬度、高耐磨、高耐崩损性、耐高温的要求。随着材料科学的进步，对刀具材料的硬度、耐磨性、韧性和强度的要求提出了更高的要求，理想的刀具材料应既具有极高的硬度、耐磨性，有利于提高切削效率，有利于延长刀具耐用度，同时又要具有好的抗冲击韧性，使得其能够承受大的切削力。如果韧性差，使用过程中容易出现“崩刃”现象，不仅破坏被加工工件，甚至会对设备有所损害或出现对操作者的伤害事故，必须停止加工过程，更换新的刀片，导致生产成本明显增加。中国专利CN201010542237.4公开了一种表面镀镍Si3N4晶须增韧聚晶立方氮化硼复合片的制备方法，采用Si3N4晶须及表面镀覆纳米镍的Si3N4晶须的引入来增加聚晶立方氮化硼复合片的韧性，提高了刀具的耐冲击性能，从而实现其长时间的连续车削，提高刀具的使用寿命和企业的生产效率。中国专利201010615047.0还公开了一种聚晶立方氮化硼复合片用的粉末状粘结剂，包含有TiN、AlN、Si3N4、Co和SiO2，能增强复合片的抗冲击性能，在不降低复合片耐磨性的基础上，提高了材料的抗冲击韧性和稳定性，但上述方法都存在工艺复杂、产品的韧性还需进一步改善的问题。为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种高韧性聚晶复合材料，具体包括下述质量百分比的组分：聚晶超硬相72%～92%、结合剂7.5%～25%，增韧剂0.5%～15%，其中，所述增韧剂为氧化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种的组合，优选地，所述碳纳米管为多壁型碳纳米管。基于上述，所述聚晶超硬相为立方氮化硼、金刚石、碳化硼和碳化硅中的一种或几种的组合。其中，所述立方氮化硼的粒度优选为0.05～25μm、所述金刚石的粒度优选为0.05～20μm、所述碳化硼的粒度优选为0.05～25μm、所述碳化硅的粒度优选为0.05～20μm。基于上述，所述结合剂为钴、铝、铜、镍、钨、钛、氮化钛、碳氮化钛、氧化铝、氧化硅、氮化硅、碳化硅中的一种或几种的组合。本专利技术还提供一种高韧性聚晶刀片，所述高韧性聚晶刀片是由上述高韧性聚晶复合材料制备的。本专利技术还提供一种高韧性聚晶刀片的制备方法，具体包括以下步骤：将质量百分比分别为72%～92%的聚晶超硬相、7.5%～25%的结合剂，0.5%～15%的增韧剂在惰性气体保护条件下进行混合，制得高韧性聚晶复合材料；采用压力为160 MPa等静压成型工艺将所述高韧性聚晶复合材料压制成聚晶刀片生坯，并采用真空热处理工艺对所述聚晶刀片生坯进行活化处理，其中，控制真空热处理的升温速率为10℃/min、真空热处理温度为600℃、真空热处理保温时间为20 min；在烧结压力为3.5×109～6×109 Pa、烧结温度为1250℃～1850℃条件下对活化处理后的所述高韧性聚晶刀片生坯进行烧结10 min～15 min即得高韧性聚晶刀片。本专利技术利用高韧性聚晶复合材料制得的聚晶刀片，充分利用具有纳米结构或高长径比的晶须类增韧剂独有的特性高韧性及与结合剂较好的相容性,使得裂纹在扩展时发生择或偏转，吸收能量而达到增韧目的；同时利用纳米粒子、高长径比的晶须与结合剂的良好相容性，使基体对冲击能量的分散能力和吸收能力提高，导致韧性增大。具体地，本专利技术中的碳纳米管是一种一维量子材料，其主要由呈六边形排列的碳原子组成的数层至数十层的同轴圆管构成，层与层之间保持约0.34nm固定的距离，碳纳米管的直径一般为2～20nm，在具有与金刚石相当的硬度的同时，还拥有良好的柔韧性；石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍；同时它又有很好的弹性，氧化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须等材料是一种二维片状或一维线性材料，可以使得聚晶复合材料在烧结过程中有降低密度、并形成晶须交叉排布的显微结构，提高了材料的韧性。另一方面，同时结合剂中的金属成分或陶瓷成分会滞留于聚晶超硬相晶界之间，形成裂纹传播壁垒，降低了裂纹的传播能量，从而提高了聚晶刀片的韧性。本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术采用含有碳纳米管、晶须和石墨烯等材料的增韧剂、含有金属陶瓷结合剂的高韧性聚晶复合材料来制备聚晶刀片，充分利用碳纳米管、晶须和石墨烯等材料的固有特性与聚晶超硬相有机结合，使得制备的聚晶刀片具有较高的断裂韧性和较高的抗冲击性能等特点，可以大大避免“崩刃”现象，延长了使用寿命；且制备所述高韧性聚晶刀片生产工艺简单、原料易得。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本实施例提供一种高韧性聚晶复合材料，具体成分包括质量百分比为55%的粒度为3～5μm立方氮化硼、质量百分比为17%的50 nm的金刚石颗粒、质量百分比为15%的碳化硅晶须和质量百分比为13%粒度为2μm的铝。本实施例还提供一种由上述高韧性聚晶复合材料制备的高韧性聚晶刀片及高韧性聚晶刀片的制备方法，该方法具体包括以下步骤：在氮气保护条件下将质量百分比为55%粒度为3～5μm立方氮化硼、质量百分比为17%的50 nm的金刚石颗粒、质量百分比为15%碳化硅晶须和质量百分比为13%的粒度为2 μm的铝进行混合，制得高韧性聚晶复合材料；采用压力为160 MPa等静压成型工艺将所述高韧性聚晶复合材料压制成聚晶刀片生坯，并采用真空热处理工艺对所述聚晶刀片生坯进行活化处理，其中，控制真空热处理的升温速率为10℃/min、真空热处理温度为600℃、真空热处理保温时间为20 min；在烧结压力为3.5×109 Pa、烧结温度为1850℃条件下对活化处理后的所述高韧性聚晶刀片生坯进行烧结12 min制得高韧性聚晶刀片。实施例2本实施例提供一种高韧性聚晶复合材料，具体成分包括质量百分比为86%的粒度为10～20μm的金刚石颗粒、质量百分比为5%的多壁型碳纳米管和质量百分比为9%的粒度为2 μm的钴粉。本实施例还提供一种由上述高韧性聚晶复合材料制备的高韧性聚晶刀片及高韧性聚晶刀片的制备方法，该方法具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于采用烧结压力为5.5×109 Pa、烧结温度为1550℃的烧结条件对活化处理后的所述高韧性聚晶刀片生坯进行烧结12 min制得所述高韧性聚晶刀片。实施例3本实施例提供一种高韧性聚晶组合物，具体包括质量百分比为55%的粒度为5～10μm的立方氮化硼颗粒、质量百分比为20%的粒度为50 nm的金刚石颗粒、质量百分比为2%的碳纳米管和质量百分比为1%的石墨烯、质量百分比为10%的粒度为2 μm的氮化铝、质量百分比为12%的粒度为3μm的钛粉。本实施例还提供一种由上述高韧性聚晶组合物制备的高韧性聚晶刀片及高韧性聚晶刀片的制备方法，该方法具体步骤与实施例1中的步骤大致相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高韧性聚晶复合材料，其特征在于，它包括下述质量百分比的组分：聚晶超硬相72%～92%、结合剂7.5%～25%、增韧剂0.5%～15%，其中，所述增韧剂为氧化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种的组合。

【技术特征摘要】
1.一种高韧性聚晶复合材料，其特征在于，它包括下述质量百分比的组分：聚晶超硬相72%～92%、结合剂7.5%～25%、增韧剂0.5%～15%，其中，所述增韧剂为氧化铝晶须、氮化硅晶须、碳化硅晶须、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种的组合。2.根据权利要求1所述的高韧性聚晶复合材料，其特征在于，所述聚晶超硬相为立方氮化硼、金刚石、碳化硅和碳化硼中的一种或几种的组合。3.根据权利要求2所述的高韧性聚晶复合材料，其特征在于，所述立方氮化硼的粒度为0.05～25μm。4.根据权利要求2所述的高韧性聚晶复合材料，其特征在于，所述金刚石的粒度为0.05～20μm。5.根据权利要求2所述的高韧性聚晶复合材料，其特征在于，所述碳化硼的粒度为0.05～25μm。6.根据权利要求2所述的高韧性聚晶复合材料，其特征在于，所述碳化硅的粒度为0.05～20μm。7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩倩菲，张颂，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41