【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械加工，涉及铣削加工和切削加工，具体涉及热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具及制备方法。
技术介绍
1、
技术介绍
部分所公开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。
2、切削温度是反映机械加工(例如铣削加工和切削加工)状态的重要信息来源，其大小与动态变化反映了刀具切削状态的变化与零件加工质量的变化。由于刀具与切屑区狭小的接触区域，以及大应力/应变、陡峭的温度梯度等恶劣的切削环境，使得现有的温度传感器很难深入到切削区域并实现温度的原位测量。若能在切削过程中对切削温度进行实时准确监测，可以通过建立刀具状态与温度的关系实现切削参数优化，有效延长刀具磨损寿命，提高工件加工精度对切削过程的基础研究具有重要意义。
技术实现思路
1、为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具及制备方法与应用，该陶瓷刀具将切削温度测量功能和高力学性能集于一体，使其在满足切削性能要求的前提下能够测量切削温度，即切削时不需要额外测温传感器，即可测量切削温度，具有结构简单、体积小、硬度高、抗弯强度与断裂韧度高、安装方便等优点。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种测温功能和切削功能一体化的陶瓷刀具，其包括热敏层和陶瓷基体层；所述热敏层由测温材料和添加剂烧结形成；所述陶瓷基体层由基体材料、粘结剂和增强相烧结形成；
3、所述测温材料为
4、所述添加剂为zno、mgo、sic、al2o3中的一种或多种；
5、所述基体材料为al2o3、si3n4、cbn中的一种或多种；
6、所述粘结剂为mo、ni、co中的一种或多种；
7、所述增强相为tic、wc、sic、cr2o3、tio2中的一种或多种；
8、其中，热敏层中测温材料的质量百分数50％～100％，添加剂的质量百分数0～5％；陶瓷基体层中粘结剂的质量百分数为0～5％，增强相的质量百分数为30～45％，基体材料的质量百分数为50％～70％；
9、热敏层的总厚度占总刀具厚度的30～50％，陶瓷基体层的总厚度占总刀具厚度的50～70％；热敏层与陶瓷基体层采用层叠的方式组成陶瓷刀具。
10、优选的，至少由m个热敏层和n个陶瓷基体层组成，m、n都为正整数，陶瓷基体层和热敏层交错叠放。
11、优选的，一个热敏层分为多个子热敏层，子热敏层根据组成测温材料的不同进行区分。
12、优选的，陶瓷基体层与热敏层之间设置混合层，所述混合层中的原料为al2o3、si3n4、cbn、ni、co、mgo中的一种或多种；
13、增加混合层后，混合层的总厚度为陶瓷刀具总厚度的5～15％，热敏层的总厚度占总刀具厚度的25～45％，陶瓷基体层的厚度占总刀具厚度的50～70％。
14、优选的，所述陶瓷刀具为正方形。
15、优选的，热敏层中8ysz质量百分数为40％-80％，3y-tzp质量百分数为0％-50％、lamno3的质量百分数为0％-50％，al2o3质量百分数为5％-30％，zno、mgo、sic的质量百分数分别为0％-15％；陶瓷基体层中al2o3质量百分数为50％-70％，si3n4、cbn的质量百分数分别为0％-20％；mo、ni、co的质量百分数分别为0％-5％，tic的质量百分数为5％-40％；wc、siccr2o3、tio2的质量百分数分别为0％-20％。
16、本专利技术还公开了热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具的制备方法，将各层材料制成粉体，按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实，最后进行放电等离子烧结(sps)。
17、优选的，将各层材料制成粉体，按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实，最后进行放电等离子烧结(sps)的具体过程为：
18、将各个粉末状材料分别装入球磨罐中，以al2o3陶瓷球为磨球、无水乙醇为介质，球磨时间为48h，将球磨后的悬浮液在真空干燥箱中进行干燥，干燥后过160目筛子后封存备用；
19、随后按照陶瓷刀具每层材料的要求将相应的粉末材料均匀混合，将混合后的粉末材料按照预定的顺序和厚度逐层装填入模具中，每层粉末材料均需要铺平压实，直至粉末填装完毕；压实采用的压强为4～6mpa；
20、随后将模具放入放电等离子烧结(sps)炉中进行热压烧结，烧结温度为1400～1600℃，烧结时间为220～30min，烧结压力为30～35mpa；烧结后获得致密度高的陶瓷坯料；
21、对陶瓷坯料经切割抛光加工后制成刀具。
22、本专利技术进一步公开了热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具在切削加工/或铣削加工中的应用，所述热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具安装在机床上。
23、本专利技术进一步公开了一种切削机床，其包括机座，机座安装切削刀具和温度测量仪表，所述切削刀具为所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，温度测量仪表通过导线连接所述陶瓷刀具中的热敏层。
24、本专利技术的有益效果为：
25、本专利技术通过选择温度敏感材料及对刀具结构的设计，实现陶瓷刀具的切削功能及切削过程中对切削温度的实时测量，刀具即是传感器又是切削工具，且安装简单，对机床没有影响，无需对现有机床结构与系统进行改变即可使用。
26、本专利技术获得陶瓷刀具的维氏硬度为20～22gpa，抗弯强度为800～1000mpa，断裂韧度为8～10mpa·m1/2，完全满足工业生产中对刀具性能的要求。
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1.一种热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，其包括热敏层和陶瓷基体层；所述热敏层由测温材料和添加剂烧结形成；所述陶瓷基体层由基体材料、粘结剂和增强相烧结形成；
2.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，至少由M个热敏层和N个陶瓷基体层组成，M、N都为正整数，陶瓷基体层和热敏层交错叠放。
3.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，一个热敏层分为多个子热敏层，子热敏层根据组成测温材料的不同进行区分。
4.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，陶瓷基体层与热敏层之间设置混合层，所述混合层中的原料为Al2O3、Si3N4、CBN、Ni、Co、MgO中的一种或多种；
5.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，所述陶瓷刀具为正方形。
6.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，热敏层中8YSZ质量百分数为40％-80％，3Y-TZP质量百分数为0％-50％、LaMnO3的质量百分数为0
7.一种权利要求1～6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具的制备方法，其特征是，将各层材料制成粉体，按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实，最后进行放电等离子烧结。
8.如权利要求7所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具的制备方法，其特征是，将各层材料制成粉体，按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实，最后进行放电等离子烧结(SPS)的具体过程为：
9.一种权利要求1～6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具在切削加工和/或铣削加工中的应用，其特征是，所述热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具安装在机床上。
10.一种切削机床，其包括机座，其特征是，机座安装切削刀具和温度测量仪表，所述切削刀具为权利要求1～6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，温度测量仪表通过导线连接所述陶瓷刀具中的热敏层。
...【技术特征摘要】
1.一种热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，其包括热敏层和陶瓷基体层；所述热敏层由测温材料和添加剂烧结形成；所述陶瓷基体层由基体材料、粘结剂和增强相烧结形成；
2.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，至少由m个热敏层和n个陶瓷基体层组成，m、n都为正整数，陶瓷基体层和热敏层交错叠放。
3.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，一个热敏层分为多个子热敏层，子热敏层根据组成测温材料的不同进行区分。
4.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，陶瓷基体层与热敏层之间设置混合层，所述混合层中的原料为al2o3、si3n4、cbn、ni、co、mgo中的一种或多种；
5.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，所述陶瓷刀具为正方形。
6.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具，其特征是，热敏层中8ysz质量百分数为40％-80％，3y-tzp质量百分数为0％-50％、lamno3的质量百分数为0％-50％，al2o3质量百分数为5％-30％，zno、mgo...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄传真，李金蕊，王真，徐龙华，黄水泉，曲美娜，许征凯，张迪嘉，刘含莲，刘盾，姚鹏，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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