本发明专利技术公开了一种石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷材料的制备方法，将Ti(C,N)、石墨烯、纳米Al2O3制备成浆料，然后混合均匀干燥获得复合陶瓷材料粉体，再预压成坯体，最后将坯体真空热压烧结成Ti(C,N)基陶瓷刀具材料；真空热压烧结过程为：炉内的真空度低于0.01MPa，烧结前的初始压力设置为15MPa，保温阶段再将压强提高至30MPa，升温速度为25℃/min，烧结温度为1450℃，保温时间60min，烧结完成后随炉冷却降温。本发明专利技术提供了所述陶瓷刀具的制备方法。本发明专利技术制备的陶瓷刀具与传统陶瓷刀具相比具有优良综合力学性能，能够满足市场对陶瓷刀具日益提高的性能要求，且有利于进一步拓展陶瓷刀具的应用范围。步拓展陶瓷刀具的应用范围。
【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法
[0001]本专利技术涉及陶瓷领域，具体是石墨烯/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料的制备方法。
技术介绍
[0002]高速切削技术作为先进制造技术中关键的一环，在模具，汽车，航空制造等当代各个领域中可以说都占有重要地位。目前，超硬刀具材料制造成本较高，且资源储备日趋紧张，因此开发新型陶瓷刀具不仅对高速切削加工的发展具有重要影响，而且能有效节省资源，降低费用，有利于实现资源的可持续发展。
[0003]Ti(C,N)基金属陶瓷作为一种复合陶瓷材料，其具有优异的高温红硬性、耐磨性、抗氧化腐蚀性、抗粘附性、自润滑性；作为陶瓷刀具其使用寿命、切削速率对比硬质合金刀具可分别提高2
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5倍和3
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10倍，此外其原材料资源丰富，成本较低，是硬质合金刀具的理想升级替代产品。然而其强韧性不足尤其是抗热震性差等缺点，限制了其在高速高效切削刀具、热作模具材料等领域的应用。因此，提高Ti(C,N)基金属陶瓷材料的韧性是研制新型Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料主要解决的问题。
[0004]纳米颗粒增韧是陶瓷材料常见的一种增韧方法。纳米添加相在材料中能形成晶内型、晶间型与晶内/晶间等纳米复合结构，有效的改善了陶瓷刀具材料的力学性能。同时纳米材料的添加能够细化晶粒，提高材料的致密度，进而提高材料的综合性能。
[0005]Al2O3作为一种陶瓷基体,具有优良的高温强度、抗氧化性、耐磨性、耐腐蚀性等优点。CN1632150A公开了一种复合Ti(C,N)陶瓷材料，其在Ti(C,N)中添加Al2O3，Ti(C,N)/Al2O3复合陶瓷材料，同时兼顾氧化铝基陶瓷和碳氮化钛基陶瓷的优点，具有良好的稳定性。
[0006]CN105112756A公开了一种超细晶粒的Ti(C,N)复合陶瓷材料，其所制备的复合陶瓷材料的硬度有所改善，从2050GPa提升到了2200GPa，从而提高了刀具的耐磨性和使用寿命。
[0007]然而在这些公开的专利中，仅仅改善了材料的硬度，而陶瓷材料断裂韧性和抗弯强度的改善有限，陶瓷材料的整体性能依旧不理想。
[0008]石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子以六边形周期排列形成的二维碳纳米材料。其单层厚度为0.335nm，是目前所发现的最薄、最强、最硬的材料。近年来，由于石墨烯自身优异的性能，其被广泛应用于各个领域。石墨烯的力学性能优异，其拉伸模量和强度很高，在陶瓷基体中引入石墨烯，能通过裂纹偏转、桥接等多种增韧方式来提高材料的强度和断裂韧性。
[0009]CN201610528819.4公开了一种添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料及制备方法。在该专利技术中，添加适量的石墨烯能有效地提高复合陶瓷材料的断裂韧性。然而该专利中，石墨烯的分散方法太过复杂、繁琐不适用大批量生产，实用价值有限。
[0010]针对上述情况，本专利技术提出在Ti(C,N)金属陶瓷中同时添加石墨烯和纳米Al2O3，石
墨烯提高材料的断裂韧性和抗弯强度，纳米Al2O3提高材料的硬度。石墨烯和纳米Al2O3协同增韧共同提高复合陶瓷材料的综合力学性能。
技术实现思路
[0011]本专利技术的目的在于提供一种新型Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料及其制备方法，以此改善高速切削时陶瓷刀具的韧性问题。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:
[0013]一种新型Ti(C,N)基金属陶瓷刀具，所述新型Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料组分质量配比制备如下：碳氮化钛(Ti(C,N))：47
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62％，碳化钨(WC)：15％，碳化钼(Mo2C):10％，镍(Ni)：8％，钴(Co)：4％，纳米氧化铝(Al2O3)：0
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15％，石墨烯(GNPs)：0
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1.5％。
[0014]在本专利技术中采用Ti(C,N)为基体材料，WC、Mo2C为碳化物增强相，选择Ni、Co等金属相作为粘结相。石墨烯和纳米Al2O3为强化相。
[0015]本专利技术同时保护新型Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的制备工艺，所述方法包括如下步骤：
[0016](1)根据质量分数配比把粉末配好后,先将Ti(C,N)、WC、Mo2C、Ni、Co等粉末倒入球磨罐，以无水乙醇为球磨媒介，在球磨机中球磨，球磨罐和球磨珠材料均为不锈钢。
[0017](2)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于无水乙醇中制成分散溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的质量分数为石墨烯质量的75％，将石墨烯倒入分散剂中，采用超声波分散机加机械搅拌进行分散，分散时间为30min。
[0018](3)将纳米Al2O3倒入无水乙醇溶液中，采用超声波分散机加机械搅拌进行30min的分散。
[0019](4)将步骤(2)和步骤(3)所得到的溶液倒入(1)球磨后的浆料中，然后在进行球磨。
[0020](5)将球磨后的流动浆料倒在玻璃器皿内，放入DZ
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1BCⅡ真空干燥箱中加热干燥。
[0021](6)干燥后冷却至室温后过150目筛。
[0022](7)将混合均匀的粉末铺填到金属模具内套里。
[0023](8)生坯预压采用的压力机为769YP
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30T粉末压片机，为保证生坯的完整性采用倒着取模的方式，从上至下依次为上压头
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石墨垫片
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生坯
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石墨垫片
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下压头，最后将制作好的生坯装入石墨模具中进行烧结。
[0024]所述步骤(1)(4)中，两次球磨的球磨时间均24小时，球料比为8:1，球磨机设置转速为275r/min，每30分钟自动改变一次正反转方向，中间停转5分钟。
[0025]步骤(1)中，该材料的组分质量分数配比为：碳氮化钛(Ti(C,N))：47
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62％，碳化钨(WC)：15％，碳化钼(Mo2C):10％，镍(Ni)：8％，钴(Co)：4％，纳米氧化铝(Al2O3)：0
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15％，石墨烯(GNPs)：0
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1.5％。
[0026]所述步骤(5)中，干燥时为避免酒精沸腾造成浆料的流失或复合材料相互污染，先在70℃的低真空度下干燥5小时，再在110℃的高真空度下干燥，直至干燥完成。
[0027]所述步骤(8)中，生坯预压压强为30MPa，时间保持15min。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下显著特点：
[0029]本专利技术通过选择合适的分散剂以及最佳的分散用量，解决了混料过程中石墨烯和
纳米Al2O3团聚的问题，通过采用两次球磨的方法，制备出了相对均匀的Ti(C,N)基金属复合陶瓷材料。
[0030]相比于普通的Ti(C,N)金属复合陶瓷材料，石墨烯/纳米Al2O3增韧的复合陶瓷材料试样的力学性能均有一定程度提高。复合陶瓷材料的抗本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种石墨烯(GNPs)/纳米Al2O3增韧Ti(C,N)基金属陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，其制备工艺如下：(1)根据质量分数比例把所需粉末配好后,先将Ti(C,N)、WC、Mo2C、Ni、Co等粉末倒入球磨罐，以无水乙醇为球磨媒介，在球磨机中球磨，球磨罐和球磨珠材料均为不锈钢。(2)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于无水乙醇中制成分散溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)占石墨烯质量的75％，将石墨烯倒入分散剂中，采用超声波分散机加机械搅拌分散30min。(3)将纳米Al2O3倒入无水乙醇溶液中，采用超声波分散机加机械搅拌分散30min。(4)将步骤(2)和步骤(3)所得到的溶液倒入(1)球磨后的浆料中，然后再进行球磨。(5)将球磨后的流动浆料倒在干净的玻璃器皿内，放入DZ
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1BCⅡ真空干燥箱中加热干燥。(6)干燥后冷却至室温后过150目筛。(7)将混合均匀的粉末铺填充到金属模具内套里。(8)生坯预压采用的压力机为769YP
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30T粉末压片机，为保证生坯的完整性，采用倒置取模的方式，从上至下依次为上压头
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石墨垫片
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生坯
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石墨垫片
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【专利技术属性】
技术研发人员：周后明，刘刚，周金虎，张高峰，陈皓月，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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