一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，由以下重量百分比的组分制备而成：氧化铝2～3％，氧化镧4～5％，氧化镝1～2％，耐磨助剂1～1.5％，其余为氮化硅，各组分的重量百分比之和为100％。本发明专利技术还提供了该耐磨氮化硅陶瓷刀具材料的制备方法。本发明专利技术所提供的耐磨氮化硅陶瓷刀具材料具有较强的耐磨性能和较高的硬度、抗弯强度、致密度。致密度。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种刀具材料，特别是涉及一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化硅陶瓷由于具有优异的耐高温性能、耐磨损、耐腐蚀以及高硬度等优点，在切削刀具、轴承、高压柱塞、密封环、耐磨元件等方面得到了广泛运用。目前氮化硅陶瓷的主要研究方向包括：烧结助剂选择，烧结工艺参数控制，微观结构(包括晶粒尺寸，α
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氮化硅向β
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氮化硅转化的晶相转化率)，力学性能，热学性能，电性能等。氮化硅陶瓷的摩擦因数较低，适用于大进给量或断续切削铸铁、高温合金、镍基合金等的切削刀具，但是在高速切削过程中，氮化硅陶瓷刀具的化学稳定性下降，导致其表面产生磨损，甚至会产生严重的月牙洼磨损。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是提供一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其具有较强的耐磨性能和较高的硬度、抗弯强度、致密度。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，由以下重量百分比的组分制备而成：氧化铝2～3％，氧化镧4～5％，氧化镝1～2％，耐磨助剂1～1.5％，其余为氮化硅，各组分的重量百分比之和为100％。
[0006]进一步地，本专利技术所述耐磨助剂由以下步骤制成：
[0007]A1.将硝酸锆加入去离子水中混合均匀得到硝酸锆溶液，将硫酸钛加入去离子水中混合均匀得到硫酸钛溶液，将硝酸锆溶液、硫酸钛溶液混合后滴加入氨水直至pH值为9得到沉淀，室温老化3小时后将沉淀抽滤得到固体物，将固体物水洗至中性后100℃下干燥24小时，转入箱式炉中400℃下煅烧3小时得到钛锆复合氧化物；
[0008]A2.将炭黑、步骤A1所得钛锆复合氧化物混合均匀，转入管式炉中，通氩气保护下升温至1500℃后保温反应3小时，随炉冷却至室温后得到耐磨助剂。
[0009]进一步地，本专利技术所述耐磨助剂的制备步骤A1中，硝酸锆溶液的浓度为0.4mol/L，硫酸钛溶液的浓度为0.4mol/L，硝酸锆溶液、硫酸钛溶液的体积比为2:3。
[0010]进一步地，本专利技术所述耐磨助剂的制备步骤A2中，炭黑、钛锆复合氧化物的重量比为1:2，管式炉的升温速度为10℃/分。
[0011]进一步地，本专利技术所述氮化硅中α
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氮化硅的含量为96wt％，β
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氮化硅的含量为4wt％。
[0012]本专利技术要解决的另一技术问题提供上述耐磨氮化硅陶瓷刀具材料的制备方法。
[0013]为解决上述技术问题，技术方案是：
[0014]一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]B1.按重量百分比称取各组分后混合均匀得到混合粉，将混合粉加入无水乙醇中超声分散30～40分钟得到混合液；
[0016]B2.将步骤B1所得混合液、磨球加入球磨罐中，球磨18～24小时后得到混合浆料；
[0017]B3.将步骤B2所得混合浆料旋转蒸发干燥后转入真空烘箱中100℃下烘干，取出后研磨过100目筛得到混合粉料；
[0018]B4.将步骤B3所得混合粉料装入模具中干压成型，然后冷等静压保压2分钟得到坯料；
[0019]B5.将步骤B4所得压坯置于通氮气保护的烧结炉中，真空热压烧结后随炉冷却至室温得到耐磨氮化硅陶瓷刀具材料。
[0020]进一步地，本专利技术所述步骤B1中，混合粉、无水乙醇的重量比为1:1.5。
[0021]进一步地，本专利技术所述步骤B2中，磨球为氮化硅球，混合液、磨球的重量比为1:7。
[0022]进一步地，本专利技术所述步骤B4中，冷等静压保压时的压力为300MPa。
[0023]进一步地，本专利技术所述步骤B5中，真空热压烧结的压力为30MPa，温度为1700～1800℃，升温速度为10℃/分，保温时间为1～1.5小时。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术将硝酸锆与硫酸钛通过共沉淀法制得钛锆复合氧化物，然后将其与炭黑通过碳热还原法原位还原得到耐磨助剂，该耐磨助剂具有较高的硬度和优异的耐磨性能，能有效提高氮化硅陶瓷刀具材料的硬度和耐磨性能；此外，本专利技术使用的氧化镝能起到较好的助烧结作用，有效促进氮化硅液相形成和致密化，进而提高氮化硅陶瓷刀具材料的致密度和抗弯强度。
具体实施方式
[0026]下面将结合具体实施例来详细说明本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例及其说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。
[0027]实施例1
[0028]耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，由以下重量百分比的组分制备而成：氧化铝2.5％，氧化镧4.4％，氧化镝1.5％，耐磨助剂1.4％，其余为氮化硅，各组分的重量百分比之和为100％，氮化硅中α
‑
氮化硅的含量为96wt％，β
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氮化硅的含量为4wt％。
[0029]耐磨助剂由以下步骤制成：
[0030]A1.将硝酸锆加入去离子水中混合均匀得到浓度为0.4mol/L的硝酸锆溶液，将硫酸钛加入去离子水中混合均匀得到浓度为0.4mol/L的硫酸钛溶液，将体积比为2:3的硝酸锆溶液、硫酸钛溶液混合后滴加入氨水直至pH值为9得到沉淀，室温老化3小时后将沉淀抽滤得到固体物，将固体物水洗至中性后100℃下干燥24小时，转入箱式炉中400℃下煅烧3小时得到钛锆复合氧化物；
[0031]A2.将重量比为1:2的炭黑、步骤A1所得钛锆复合氧化物混合均匀，转入管式炉中，通氩气保护下以10℃/分的升温速度升温至1500℃后保温反应3小时，随炉冷却至室温后得到耐磨助剂。
[0032]该耐磨氮化硅陶瓷刀具材料的制备方法包括以下步骤：
[0033]B1.按重量百分比称取各组分后混合均匀得到混合粉，按1:1.5的重量比将混合粉
加入无水乙醇中超声分散35分钟得到混合液；
[0034]B2.将重量比为1:7的步骤B1所得混合液、氮化硅球加入球磨罐中，球磨21小时后得到混合浆料；
[0035]B3.将步骤B2所得混合浆料旋转蒸发干燥后转入真空烘箱中100℃下烘干，取出后研磨过100目筛得到混合粉料；
[0036]B4.将步骤B3所得混合粉料装入模具中干压成型，然后300MPa压力下冷等静压保压2分钟得到坯料；
[0037]B5.将步骤B4所得压坯置于通氮气保护的烧结炉中，真空热压烧结后随炉冷却至室温得到耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，真空热压烧结的压力为30MPa，温度为1750℃，升温速度为10℃/分，保温时间为1.2小时。
[0038]实施例2
[0039]耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，由以下重量百分比的组分制备而成：氧化铝2.8％，氧化镧4.5％，氧化镝2％，耐磨助剂1％，其余为氮化硅，各组分的重量百分比之和为100％，氮化硅中α
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氮化硅的含量为96wt％，β
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其特征在于：由以下重量百分比的组分制备而成：氧化铝2～3％，氧化镧4～5％，氧化镝1～2％，耐磨助剂1～1.5％，其余为氮化硅，各组分的重量百分比之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其特征在于：所述耐磨助剂由以下步骤制成：A1.将硝酸锆加入去离子水中混合均匀得到硝酸锆溶液，将硫酸钛加入去离子水中混合均匀得到硫酸钛溶液，将硝酸锆溶液、硫酸钛溶液混合后滴加入氨水直至pH值为9得到沉淀，室温老化3小时后将沉淀抽滤得到固体物，将固体物水洗至中性后100℃下干燥24小时，转入箱式炉中400℃下煅烧3小时得到钛锆复合氧化物；A2.将炭黑、步骤A1所得钛锆复合氧化物混合均匀，转入管式炉中，通氩气保护下升温至1500℃后保温反应3小时，随炉冷却至室温后得到耐磨助剂。3.根据权利要求2所述的一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其特征在于：所述耐磨助剂的制备步骤A1中，硝酸锆溶液的浓度为0.4mol/L，硫酸钛溶液的浓度为0.4mol/L，硝酸锆溶液、硫酸钛溶液的体积比为2:3。4.根据权利要求2所述的一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其特征在于：所述耐磨助剂的制备步骤A2中，炭黑、钛锆复合氧化物的重量比为1:2，管式炉的升温速度为10℃/分。5.根据权利要求1所述的一种耐磨氮化硅陶瓷刀具材料，其特征在于：所述氮化硅中α
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氮化硅的含量为96wt％，β

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文伍，陈祯祯，任莉，
申请(专利权)人：宁波银瓷新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：