一种添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料及其制备方法与流程

文档序号:11801390阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,由以下质量百分比的原料制成:

石墨烯0.5~5%,MgO 0.5~5%,Y2O3 0.5~7%,A12O3 0.5~5%,其余为Si3N4;其中所述Si3N4平均粒径为0.05~1μm;所述石墨烯平均厚度为0.2~34nm,石墨烯平均最长向径为1~10μm。

2.如权利要求1所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,其特征在于所述MgO平均粒径为0.1~2μm;所述Y2O3和A12O3平均粒径为0.1~2μm。

3.如权利要求1所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,其特征在于原料组分质量百分比为:石墨烯0.5~2%,MgO 0.5~2%,Y2O3 2~6%,A12O3 1~4%,其余为Si3N4

4.如权利要求1所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,其特征在于所述Si3N4平均粒径为0.05~0.8μm;优选所述Si3N4平均粒径为0.4~0.6μm。

5.如权利要求1所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,其特征在于所述石墨烯平均厚度为0.2~20nm。

6.如权利要求1所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料,其特征在于所述石墨烯平均最长向径为1~5μm。

7.权利要求1-6任一项所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料制备方法,包括步骤:

将聚乙烯吡咯烷酮分别加入到异丙醇中,分散使完全溶解,分别得到:聚乙烯吡咯烷酮占Si3N4质量的0.5~2%的分散液A,聚乙烯吡咯烷酮占MgO、Y2O3和A12O3总质量的0.5~2%的分散液B,以及聚乙烯吡咯烷酮占石墨烯质量的50~200%的分散液C;

在上述分散液A中加入Si3N4,制成氮化硅分散液;在上述分散液B中依次加入MgO、Y2O3和A12O3,制成混合烧结助剂的分散液;在上述分散液C中加入石墨烯,制成石墨烯分散液;

将制得的氮化硅分散液与混合烧结助剂的分散液混合,在保护气氛下球磨,再加入所述的石墨烯分散液,球磨后得混合浆料;取上述混合浆料进行干燥、过筛,将所得粉体进行热压烧结。

8.如权利要求7所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料制备方法,其特征在于所述步骤如下:

(1)将聚乙烯吡咯烷酮加入到异丙醇中,超声分散并机械搅拌10~30min,待其完全溶解;加入Si3N4粉体,超声分散并机械搅拌10~30min,得到氮化硅分散液;聚乙烯吡咯烷酮占Si3N4质量的0.5~2%;

(2)将聚乙烯吡咯烷酮加入到异丙醇中,超声分散并机械搅拌10~30min,待其完全溶解;加入MgO粉体,超声分散并机械搅拌10~30min;加入Y2O3粉体,超声分散并机械搅拌10~30min;加入A12O3粉体,超声分散并机械搅拌10~30min,得到混合烧结助剂的分散液;聚乙烯吡咯烷酮占MgO、Y2O3和A12O3总质量的0.5~2%;

(3)将步骤(1)和步骤(2)所述的分散液混合,超声分散并机械搅拌10~30min,得到混合粉体的分散液;

(4)将步骤(3)所述的混合分散液倒入树脂球磨罐中,在惰性保护气氛下球磨48~60h,其中所述球磨所用球为硬质合金球,球料质量比为10~20:1;

(5)将聚乙烯吡咯烷酮加入到异丙醇中,超声分散并机械搅拌10~30min,待其完全溶解;加入石墨烯粉体,超声分散并机械搅拌10~30min,得到石墨烯分散液;聚乙烯吡咯烷酮占石墨烯质量的50~200%;

(6)将步骤(5)所制备的石墨烯分散液加入到步骤(4)的球磨罐中,保持所述保护气氛,继续球磨6~12h;

(7)待步骤(6)完成后,将混合浆料倒入托盘中,在真空干燥箱中干燥,干燥后粉体过200目筛,之后将粉体加入到石墨模具中进行热压烧结。

9.如权利要求8所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料制备方法,其特征在于,步骤(4)、(6)所述的球磨球是硬质合金球YG6或YG8;所述的保护气氛是氮气或氩气。

10.如权利要求8所述的添加石墨烯的Si3N4基陶瓷刀具材料制备方法,其特征在于,步骤(7)所述干燥温度为80~120℃,干燥时间为24~48h;优选的,所述的烧结为真空热压烧结,烧结参数为:烧结温度为1650~1750℃,保温时间为45~75min,压力为20~30MPa,升温速率为10~35℃/min。

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