一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法，由以下重量组分组成：a

【技术实现步骤摘要】
一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法


[0001]本专利技术属于无机非金属材料领域，具体涉及一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法。

技术介绍

[0002]滑冰运动中，竞技水平的影响因素除了运动员个人技巧以外，最重要的就是冰刀的服役性能，如对蹬冰力的传递能力、抗塑性变形能力、抗脆性断裂能力和长时间耐磨性能等，在冰刀的机械构造中刀片的物理特性和力学性能是决定冰刀质量水平的主要因素之一，这涉及到刀片的整体强度、刀刃的硬度和触冰面的表面粗糙度等，现有的陶瓷材料难以满足高强度高润滑的要求。
[0003]上海硅酸盐研究所曾宇平、王为得等人在专利“一种高热导率、高强度氮化硅陶瓷材料及其制备方法”中以稀土金属单质和碱土金属氧化物作为烧结助剂，通过调控液相组成，以减少氮化硅晶格中缺陷，降低对声子的散射，进而提高热导率。所制备的氮化硅陶瓷材料的热导率可达125.7W/(m.K)以上，抗弯强度也得以改善(可达985MPa)，断裂韧性也得以改善(可达9.86MPa.ml/2)，可满足氮化硅陶瓷在高密度、大功率半导体器件、大功率电子电力器件领域的应用要求。
[0004]范兴宽在专利“一种氧化锆增强氮化硅陶瓷制备工艺的研究”中以氮化硅为基，加15
‑
40％的钇稳定氧化锆粉，氧化铝粉，滑石粉，把原料放入球磨机中球磨、混料，过筛陈腐一定时间后等静压成型，然后把经过修坯的毛坯在高温高纯氮气条件下烧结呈氧化锆增强氮化硅陶瓷瓷坯，工艺简单，烧成温度低，成品合格率高，生产成本低，自润滑效果优异，高温强度高，抗氧化性能好，产品硬度大、抗弯强度和断裂韧性高，耐磨、耐腐蚀，使用寿命大大延长，广泛的应用在石油、化工、矿山、火电等行业中。
[0005]西安交通大学刘马宝、李昂等人在专利“一种高强耐磨钛合金的制备方法”中将钛基粉末与高纯石墨球同时加入三维振动混粉机进行三维振动混粉；将三维振动混粉后的粉末进行放电等离子体活化及致密化烧结；通过以上步骤完成高强耐磨钛合金的制备。制备出的高强耐磨钛合金内部具有连续三维石墨烯空间网络结构，使得钛合金的强度和耐磨性能大幅度提高。硬度达到472HV以上，屈服强度达到1264MPa以上，抗压强度达到1651MPa以上。
[0006]福建工程学院花能斌、王乾廷等人在专利“一种高硬高耐磨钛合金机器制备方法和应用”中以Ti、Pt二元合金为基础，进一步合金化Pd、Au、Ag、Rh等元素，可显著提高合金硬度，由于所选择的合金化元素具有较高的化学稳定性，因此能改善合金的耐腐蚀性和生物相容性；并且，其主晶相为Ti3Pt金属间化合物，其显微硬度值大于700HV，远高于纯钛即传统医用钛合金，能有效缓解耐磨性差的问题；另外，Pt、Pd、Au、Ag、Rh等为贵金属元素，具有较高的化学稳定性，在生理环境中具有高的耐腐蚀性，能有效降低离子析出，降低生物毒性。
[0007]冰刀材料钛合金的硬度多在400
‑
700HV，陶瓷材料硬度一般为1000HV以上，在耐磨
性上陶瓷有着突出优势。现有陶瓷材料性能的提高主要集中在热导率和抗弯强度方面，韧性及润滑性暂未达到冰刀使用要求，强度大多为1000MPa以下，也没有达到冰刀运动所需材料强度。
[0008]本专利技术以满足氮化硅陶瓷冰刀的高强度、高韧性、高润滑、免磨等特性需求为目标，致力于开发一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀。

技术实现思路

[0009]本专利技术解决以上现有技术的不足，提供一种高强度、高韧性、高润滑的高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法。
[0010]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0011]一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法，由以下重量组分组成：a
‑
Si3N4粉69
‑
85.5份、Lu2O3‑
Al2O3‑
MgO4
‑
10份、钇稳定氧化锆粉10
‑
20份和石墨烯0.5
‑
1.5份；
[0012]步骤一、按比例称取原料、混合，加入聚乙烯吡咯烷酮、异丙醇和无水乙醇置于尼龙球磨罐，放入氮化硅研磨球用行星球磨机研磨至呈浆料；
[0013]步骤二、将浆料置于60
‑
80℃烘箱中干燥4
‑
6h，干燥后的粉体经破碎、研磨后过100
‑
140目标准筛，得均匀混合粉体；
[0014]步骤三、将混合粉体在5
‑
20MPa压力下干压成型，再在200
‑
300MPa压力进行冷等静压处理，得到坯体；
[0015]步骤四、将坯体放入铂金坩埚中，在惰性气氛下，以2
‑
5℃/min的升温速率升至500
‑
1000℃，保温4
‑
6h预烧结；
[0016]步骤五、向铂金坩埚中充入氮气，使氮气压力为2
‑
7MPa，以10℃/min升至1700
‑
1900℃，保温4h，进行气压烧结；
[0017]步骤六、烧结结束后，以10℃/min的降温速率冷却至1200℃，然后随炉冷却至室温；
[0018]步骤七、将制备的氮化硅陶瓷材料进行加工处理，制成氮化硅陶瓷冰刀。
[0019]作为限定，步骤二中烘箱的温度为70℃，干燥时间为5h。
[0020]作为另一种限定，步骤二中标准筛的目数为120目。
[0021]作为另一种限定，步骤三中干压成型压力为10
‑
15MPa,冷等静压处理压力为240
‑
260MPa。
[0022]作为另一种限定，步骤四的惰性气氛为Ar惰性气氛。
[0023]作为另一种限定，步骤五中氮气压力为4
‑
5MPa。
[0024]作为另一种限定，步骤五中保温温度为1800℃。
[0025]本专利技术与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
[0026](1)本专利技术的复合烧结助剂中Al2O3有助于氮化硅粒子的溶解，MgO为低熔点的烧结助剂，有助于降低氮化硅的烧结温度，提高致密度，Lu2O3有助于提高陶瓷晶界强度，在摩擦过程中表面会氧化形成保护层；
[0027](2)本专利技术的石墨烯具有良好的润滑性能，石墨烯的添加能降低复合陶瓷刀具材料的摩擦系数和磨损率，起到减磨耐磨的作用；
[0028]综上，本专利技术所制备的氮化硅陶瓷材料抗弯强度可达1000MPa以上，断裂韧性达到
10MPa.ml/2以上，摩擦系数、耐磨性润滑性也得到显著提升，适用于制造氮化硅陶瓷冰刀。
附图说明
[0029]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。
[0030]在附图中：
[0031]图1为本专利技术氮化硅陶瓷冰刀的制备工艺图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本专利技术的优选实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高韧性高润滑氮化硅陶瓷冰刀制备方法，其特征在于：由以下重量组分组成：a
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Si3N4粉69
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85.5份、Lu2O3‑
Al2O3‑
MgO 4
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10份、钇稳定氧化锆粉10
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20份和石墨烯0.5
‑
1.5份；步骤一、按比例称取原料、混合，加入聚乙烯吡咯烷酮、异丙醇和无水乙醇置于尼龙球磨罐，放入氮化硅研磨球用行星球磨机研磨至呈浆料；步骤二、将浆料置于60
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80℃烘箱中干燥4
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6h，干燥后的粉体经破碎、研磨后过100
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140目标准筛，得均匀混合粉体；步骤三、将混合粉体在5
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20MPa压力下干压成型，再在200
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300MPa压力进行冷等静压处理，得到坯体；步骤四、将坯体放入铂金坩埚中，在惰性气氛下，以2
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5℃/min的升温速率升至500
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1000℃，保温4
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6h预烧结；步骤五、向铂金坩埚中充...

【专利技术属性】
技术研发人员：张光磊，张诚，金华江，秦国强，李彦芳，杨治刚，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：