一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于陶瓷材料制备技术领域，涉及一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用，所述陶瓷材料包括：按照各原料组分的体积百分数：α

【技术实现步骤摘要】
一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于陶瓷材料制备
，涉及一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]干切削已经成为现在切削加工技术的研究热点。由于干切削中没有切削液的参与，所以对环境的污染和切削加工的成本要比使用切削液的加工小得多。虽然干切削具有上述的优点，但是干切削中工件材料与刀具之间的摩擦系数显著增加，切削温度较高，这会造成刀具磨损较快，进而影响刀具的使用寿命和切削加工质量。所以干切削加工对刀具的耐磨性和润滑性要求较高。针对上述问题有学者研究了自修复陶瓷刀具和自润滑陶瓷刀具，通过对陶瓷刀具材料组分进行合理的设计使陶瓷刀具具备自修复或者自润滑能力。
[0004]专利技术人发现，虽然提高陶瓷刀具的自修复或自润滑能力对于提升陶瓷材料具有较好的作用。但是，经过陶瓷材料仍然面临断裂韧性较差的问题，这将不利于延长陶瓷材料的使用寿命。为了提高陶瓷材料的断裂韧性，有的专利通过控制对陶瓷材料的烧结处理，调控烧结条件来提高韧性，但是这种方法对于陶瓷材料断裂韧性的调节是有限的。有的技术通过添加石墨烯或者氧化硅来提高陶瓷韧性，但是，这些方法不仅制备工艺复杂，而且，对于陶瓷材料断裂韧性的提高都是有限的，甚至还会影响陶瓷材料的其他性能。因此，如何进一步提高陶瓷材料的断裂韧性至关重要。
专利技术内容
[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用，通过制备纳米核壳结构的h
‑
BN@SiO2与基体材料形成晶内型结构，极大的提高断裂韧性。
[0006]具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]在本专利技术的第一方面，一种断裂韧性强的陶瓷材料，包括：按照各原料组分的体积百分数：α
‑
Si3N
4 55
‑
75％，TiC 5
‑
15％，ZrSi
2 0
‑
15％，纳米h
‑
BN@SiO
2 0
‑
15％，Al2O
3 3
‑
7％，Y2O
3 5
‑
7％，其中，纳米h
‑
BN@SiO2不为0。
[0008]在本专利技术的第二方面，一种断裂韧性强的陶瓷材料的制备方法，包括：
[0009](1)、按照陶瓷材料的组分配比分别称量α
‑
Si3N4、TiC、ZrSi2、Al2O3和Y2O3粉体，在各个组分中分别加入分散剂和无水乙醇，搅拌分散制得悬浮液；然后，将各个组分悬浮液混合得到复相悬浮液；
[0010](2)、将(1)中的复相悬浮液在惰性氛围下球磨；球磨40
‑
50h后，按照组分配比称取纳米h
‑
BN@SiO2，在纳米h
‑
BN@SiO2中加入分散剂后倒入球磨装置中继续球磨3
‑
6h；球磨结束
后，烘干得到混合粉料。
[0011](3)、将(2)中的混合粉料放入SPS烧结炉中进行放电等离子烧结。
[0012]在本专利技术的第三方面，任一所述的制备方法得到的陶瓷材料，所述陶瓷材料的抗弯强度为750
‑
820MPa，硬度为13
‑
16GPa，断裂韧性为8.00
‑
8.73MPa
·
m
1/2
。
[0013]在本专利技术的第四方面，任一所述的断裂韧性强的陶瓷材料和/或所述的断裂韧性强的陶瓷材料的制备方法在制备刀具中的应用。
[0014]本专利技术一个或多个实施例具有以下有益效果：
[0015](1)、通过纳米h
‑
BN@SiO2与ZrSi2修复剂之间的协同作用，能够提高陶瓷材料的切削性能。
[0016](2)、具有核壳结构的纳米h
‑
BN@SiO2的作用，在SPS烧结过程中纳米h
‑
BN与基体材料形成晶内型的结构，极大地提高了陶瓷材料的断裂韧性。
[0017](3)、本专利技术获得的陶瓷材料，不仅能够极大地提高陶瓷材料的断裂韧性，同时，还能够保持较高的抗弯强度，添加纳米h
‑
BN@SiO2和ZrSi2的陶瓷刀具材料裂纹试样恢复到光滑试样强度的99％，而仅添加ZrSi2的陶瓷材料裂纹试样的抗弯强度仅恢复到光滑试样的92％。
附图说明
[0018]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：
[0019]图1：为实施例2的陶瓷材料断面SEM图；
[0020]图2：为未进行热处理的陶瓷材料裂纹形貌；
[0021]图3：为实施例2中800℃热处理后的陶瓷材料裂纹形貌；
[0022]图4：为实施例2中陶瓷材料XRD检测图；
[0023]图5：为实施例2中陶瓷材料裂纹处Zr、Si、O元素的分布。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]目前，陶瓷刀具材料的断裂韧性仍然无法满足工业化需求，同时，现有提高断裂韧性的方法较为复杂、成本高，而且对于断裂韧性的提高有限。尤其是，有些方法无法同时做到在提高断裂韧性的同时获得较高的抗弯强度和硬度。为此，本专利技术提供了一种断裂韧性强的陶瓷材料及制备方法和应用。
[0027]在本专利技术的一种或多种实施例中，一种断裂韧性强的陶瓷材料，包括：按照各原料
组分的体积百分数：α
‑
Si3N
4 55
‑
75％，TiC 5
‑
15％，ZrSi
2 0
‑
15％，纳米h
‑
BN@SiO
2 0
‑
15％，Al2O
3 3
‑
7％，Y2O
3 5
‑
7％，其中，纳米h
‑
BN@SiO2不为0。
[0028]一方面，在空气热处理过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种断裂韧性强的陶瓷材料，其特征是，包括：按照各原料组分的体积百分数：α
‑
Si3N
4 55
‑
75％，TiC 5
‑
15％，ZrSi
2 0
‑
15％，纳米h
‑
BN@SiO
2 0
‑
15％，Al2O33
‑
7％，Y2O
3 5
‑
7％，其中，纳米h
‑
BN@SiO2不为0。2.如权利要求1所述的一种断裂韧性强的陶瓷材料，其特征是，包括：按照各原料组分的体积百分数：α
‑
Si3N
4 57
‑
72％，TiC 10％，ZrSi
2 10％，纳米h
‑
BN@SiO
2 0
‑
15％，Al2O
3 3％，Y2O
3 5％，，纳米h
‑
BN@SiO2不为0。3.如权利要求1所述的一种断裂韧性强的陶瓷材料，其特征是，所述纳米h
‑
BN@SiO2的制备方法包括：将纳米h
‑
BN颗粒和聚乙烯吡咯烷酮加入无水乙醇配置成悬浮液，搅拌分散；在30
‑
50℃条件下加热，加入蒸馏水和氨水，混合后搅拌均匀，缓慢加入正硅酸乙酯；陈化后离心分离，获得胶体；在胶体中加入正丁醇溶液后共沸干燥即得。4.一种断裂韧性强的陶瓷材料的制备方法，其特征是，包括：(1)、按照陶瓷材料的组分配比分别称量α
‑
Si3N4、TiC、ZrSi2、Al2O3和Y2O3粉体，在各个组分中分别加入分散剂和无水乙醇，搅拌分散制得悬浮液；然后，将各个组分悬浮液混合得到复相悬浮液；(2)、将(1)中的复相悬浮液在惰性氛围下球磨；球磨40
‑
50h后，按照组分配比称取纳米h
‑
BN@SiO2，在纳米h
‑
BN@SiO2中加入分散剂后倒入球磨装置中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈照强，张帅，肖光春，许崇海，衣明东，张静婕，崔昊，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：