一种Al2O3/TiB2/Ni3Al陶瓷刀具材料的制备方法与流程

本发明涉及陶瓷领域，具体是一种al2o3/tib2/ni3al陶瓷刀具材料的制备方法。

背景技术：

高速切削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，超硬刀具材料制造成本较高且资源储备日趋紧张，开发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。

由于金属间化合物同时具有金属键和共价键，各项性能通常处于金属和陶瓷之间。相对金属来说，硬度和熔点更高，能适应更高的工作温度，具备很好的抗氧化和高温抗蠕变能力，同时塑性韧性要高于陶瓷材料。将金属间化合物引入到陶瓷材料中，可以在发挥自身优良性能的同时，提高其断裂韧性，改善陶瓷刀具材料硬度与韧性难以兼顾的问题，烧结出来的金属间化合物陶瓷刀具材料具有良好的力学性能，符合高速切削对刀具的要求，有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属间化合物复合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塑韧性问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案:

一种金属间化合物复合陶瓷刀具，所述金属间化合物复合陶瓷刀具由如下材料的组分质量配比制备得到：氧化铝(al2o3):42-63％，硼化钛(tib2):17.7-26.7％,镍三铝(ni3al):10-40％.硼(b):0.3％。

在本发明中以采用al2o3为基体材料，tib2为增强相，选择金属间化合物ni3al替代金属相作为粘结相。

本发明同时保护上述金属间化合物复合陶瓷刀具的制备工艺，所述方法包括如下步骤：

(1)根据质量配比把粉末配好后以无水乙醇为球磨媒介，在球磨机中球磨，球磨罐以及磨球材料均为不锈钢。

(2)将球磨后的流动浆料倒在玻璃器皿内，放入dz-1bcⅱ真空干燥箱中加热干燥。

(3)干燥完冷却至室温后过200目筛。

(4)将混合均匀的粉末铺填到金属模具内套里。

(5)生坯预压采用的压力机为769yp-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-石墨垫片-生坯-石墨垫片-下压头，将制作好的生坯装入石墨模具中进行烧结。

所述步骤(1)中，在球磨机中球磨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。

所述步骤(1)中，该材料的组分质量配比为：氧化铝(al2o3):42-63％，硼化钛(tib2):17.7-26.7％,镍三铝(ni3al):10-40％.硼(b):0.3％。

所述步骤(2)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。

所述步骤(5)中，生坯预压压强为50mpa，时间保持20min。

本发明与现有技术相比，具有以下显著特点：

相比于金属增韧复合陶瓷，金属间化合物复合陶瓷材料试样的力学性能均有一定程度提高，金属间化合物复合陶瓷材料的抗弯强度、硬度以及断裂韧度在ni3al含量提高的同时均有不同幅度的改善。

附图说明：

图1为实施例1-4制备的复合陶瓷刀具材料力学性能与ni3al含量的关系；

图2为实施例1-4制备的复合陶瓷刀具材料的xrd图；

图3为实施例1-4制备的复合陶瓷刀具材料的sem图。

具体实施方式：

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。

实施例1

一种金属间化合物复合陶瓷刀具，主要制备步骤如下：

(1)称量：按照体积分数称量63％的al2o3粉，26.7％的tib2粉，10％的ni3al粉，0.3％的b粉。

(2)球磨：将配比好的粉末倒入球磨罐内，球磨罐于使用前用超声清洗机清洗干净并烘干，把不同直径的球磨珠以球料比为8:1放入罐中，并以无水乙醇为介质湿磨，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。

(3)干燥：将球磨后的流动浆料倒在玻璃器皿中，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，干燥完冷却至室温后过200目筛。

(4)成型：将混合均匀的粉末铺填到金属模具内套里，生坯预压压强为50mpa，时间保持20min，生坯预压采用的压力机为769yp-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-石墨垫片-生坯-石墨垫片-下压头，将制作好的生坯装入石墨模具中进行烧结。

(5)烧结：将装有生坯的石墨模具放入烧结炉中，进行真空热压烧结，需炉内的真空度低于0.01mpa，考虑到体积变化对致密度的影响，烧结前的初始压力设置为10mpa，保温阶段再将压力提高至25mpa，保温完成卸压，升温速度为50℃/min从室温达到1450℃，保温30min，随后随炉冷却降温，获得金属间化合物ni3al增韧al2o3基陶瓷刀具材料。

实施例2

该实施例与实施例1相同，不同在于按照体积分数称量56％的al2o3粉，23.7％的tib2粉，20％的ni3al粉，0.3％的b粉。

实施例3

该实施例与实施例1相同，不同在于按照体积分数称量49％的al2o3粉，20.7％的tib2粉，30％的ni3al粉，0.3％的b粉。

实施例4

该实施例与实施例1相同，不同在于按照体积分数称量42％的al2o3粉，17.7％的tib2粉，40％的ni3al粉，0.3％的b粉。、

实施例1-4的力学性能如表1和图1所示。从图1中可以看出，随着ni3al含量的增加，样品的抗弯强度逐渐升高，自583.46mpa增加到了1156.13mpa，增长幅度达到了98.15％；样品的断裂韧性展示出了与抗弯强度相似的变化规律，自5.9mpa·m^1/2增加到了15.98mpa·m^1/2，增长幅度达到了170.85％；样品的维氏硬度变化趋势为随ni3al比例的增加表现为先有略微增加后降低的变化，维氏硬度最高为17.62gpa，最低为15.55gpa，降低幅度为11.6％。相比于牌号lp1刀具材料，实施例4的抗弯强度和断裂韧性分别提高了44.52％和206.92％。

表1力学性能

实施例1-4的xrd衍射图谱如图2所示。从图2可以看出，样品的各图谱中只包括al2o3、tib2、ni3al三种物质的衍射峰，说明在烧结前后各物质没有产生变化，各物相之间也没有进行化学反应，三者间拥有很好的化学相容性。随着ni3al比例的增加，ni3al的峰逐渐变高，而基体相al2o3和增强相tib2的强度变化不大。

实施例1-4的sem形貌如图3所示。从材料的配比来看，白色相为ni3al，而黑色相为基体al2o3和增强相tib2，从图3中可以看出，随着ni3al增多，图中白色相逐渐变多，而浅灰色和灰黑色相逐渐减少。从图中可以看出样品烧结后颗粒尺寸均在2μm以下，并且细小均匀，没有晶粒异常长大的现象，材料表面没有明显的孔洞和气孔，同时也没有裂纹产生，致密性良好。

本发明制备的陶瓷刀具具有良好的抗弯强度及断裂韧性，能够满足市场对陶瓷刀具日益提高的性能需求，且有利于进一步拓展陶瓷刀具的应用范围。

以上所述仅为本公开的优选实施例，并不用于限制本公开，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

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