一种仿生陶瓷刀具及制得仿生陶瓷刀具的模具

本实用新型公开了一种仿生陶瓷刀具及制得仿生陶瓷刀具的模具。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

众所周知，陶瓷刀具具有高硬度、高强度、可实现切削等优点，但也存在脆性大、低断裂韧度、低机械可靠性的特点。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种仿生陶瓷刀具及制得仿生陶瓷刀具的模具，该刀具根据仿生学将贝壳珍珠层的特殊结构和矿物桥作用和陶瓷刀具的应用相结合，不牺牲综合性能的情况下，改善低断裂韧度的难点，制备仿生陶瓷刀具，实现性能可控、界面可调等优点，从而提高陶瓷刀具的机械可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案来实现：

第一方面，本实用新型的实施例提供了一种仿生陶瓷刀具，包括交替铺设的硬材料层和软材料层，相邻的硬层材料层和软层材料层的交界面过渡区具有不同的织构、犬牙交错。

作为进一步的技术方案，所述的硬材料层和软材料层交界面均为锯齿形、方形或波浪形。

作为进一步的技术方案，硬材料层和软材料层交界面为锯齿型和直线型；或硬材料层和软材料层交界面为方型和直线型；硬材料层和软材料层交界面为波浪型和直线型；硬材料层和软材料层交界面为锯齿型和方型；硬材料层和软材料层交界面为波浪型和方型；硬材料层和软材料层交界面为波浪型和锯齿型；硬材料层和软材料层交界面为波浪型、锯齿型和方型。

第二方面，本实用新型提供了一种仿生陶瓷刀具的制备模具，包括压头模具和石墨套筒，所述的石墨套筒的底部通过石墨垫片封住，顶部敞口，所述的压头模具的工作面为直线型、方型、锯齿型或波浪型。

上述本实用新型的实施例的有益效果如下：

本实用新型公开的仿生陶瓷刀具，可使异质层间的过渡区界面具有不同的织构、犬牙交错，从而提高裂纹扩展路径，提高界面结合强度，提高断裂韧度，使用寿命大大提高。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型装料时的机械结构示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)、图2(f)、图2(g)分别表示本实用新型不同压头模具示意图；

图3(a)为现有仿生陶瓷刀具的截面示意图；

图3(b)、图3(c)、图3(d)、图3(e)、图3(f)、图3(g)、图3(h)、图3(i)、图3(j)、图3(k)、图3(l)分别表示本实施例提出的不同仿生陶瓷刀具的截面示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

1压头模具，2石墨套筒，3仿生陶瓷刀具生坯，31第一层粉料，32第二层粉料，33第三层粉料，4石墨垫片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，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；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种仿生陶瓷刀具及制得仿生陶瓷刀具的模具。

实施例1

本实用新型的一种典型的实施方式中，本实施例公开了一种仿生陶瓷刀具，包括交替铺设的硬材料层和软材料层，相邻的硬层材料层和软层材料层的交界面过渡区具有不同的织构、犬牙交错。

该制备方法用的模具包括压头模具和石墨套筒，石墨套筒的底部通过石墨垫片封住，顶部敞口；其中，压头模具的工作面可以是直线型、方型、锯齿型、波浪型或反向波浪型等等，具体的参见图2(a)-图2(g)，在本实施例中，采用波浪型和直线型两种压头模具，具体的制备工艺的步骤为：

(1)硬层以al2o3为基体，si3n4、ti(c,n)为增强相，y2o3为烧结助剂，配置si3n4、ti(c,n)、y2o3含量分别为25％(wt％)、10％(wt％)、1.5％(wt％)的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末，软层以al2o3为基体，sicw、ni为增韧增强相，配置sicw、ni含量分别为20％(vol％)的al2o3、sicw、ni复合粉末；

(2)将配置好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末进行球磨72h，细化晶粒，硬层材料采用无水乙醇作为分散介质，软层材料采用无水乙醇+peg2000+蒸馏水进行磁力搅拌2h，添加sicw后超声振动+磁力搅拌30min，将al2o3、ni球磨72h加入后形成浆料，再球磨15h；

(3)将球磨好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3和al2o3、sicw、ni复合粉末分别放置真空干燥箱中干燥，干燥后过120目筛；

(4)将干燥好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末材料装入石墨套筒中，下部采用石墨垫片封住，使用表面具有波浪型织构的压头模具预压，然后装入al2o3、sicw、ni复合粉末材料，使用表面具有波浪型织构的压头模具预压，再装入al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末材料，最后使用表面具有直线型织构的压头模具预压成坯；

(4)将装好的坯体放在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度1600℃，烧结压力32mpa，保温时间30min；

(5)烧结完成后冷却至室温，取出试样，进行表面处理，至此仿生陶瓷刀具制备完成，制备得到的仿生陶瓷刀具截面如图3(h)所示。

上述的压头模具材质为石墨，在其表面为波浪型织构，波浪型高度为0.52mm，单个波浪型织构尺寸为0.52mm，压头模具总高度120.52mm，直径42mm；本制备工艺的主要特征是分批分层装料，每填一层料，就采用压头模具进行预压，由于压头模具表面具有波浪型织构，可使异质层(相邻层)间的过渡区界面具有不同的织构、犬牙交错，从而提高裂纹扩展路径，提高界面结合强度，提高断裂韧度，使用寿命大大提高。

实施例2：

本实施例公开了一种仿生陶瓷刀具的制备方法，其主要特征是分批装料，每填一层料，采用压头模具进行预压，压头模具表面具有锯齿型和方型织构；

(1)硬层以al2o3为基体，si3n4、ti(c,n)为增强相，y2o3为烧结助剂，配置si3n4、ti(c,n)、y2o3含量分别为25％(wt％)、10％(wt％)、1.5％(wt％)的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末，软层以al2o3为基体，sicw、ni为增韧增强相，配置sicw、ni含量分别为20％(vol％)的al2o3、sicw、ni复合粉末；

(2)将配置好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末进行球磨72h，细化晶粒，硬层材料采用无水乙醇作为分散介质，软层材料采用无水乙醇+peg2000+蒸馏水进行磁力搅拌2h，添加sicw后超声振动+磁力搅拌30min，将al2o3、ni球磨72h加入后形成浆料，再球磨15h；

(3)将球磨好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3和al2o3、sicw、ni复合粉末分别放置真空干燥箱中干燥，干燥后过120目筛；

(4)将干燥好的al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末材料装入石墨套筒中，下部采用石墨垫片封住，使用表面具有波浪型织构的压头模具预压，然后装入al2o3、sicw、ni复合粉末材料，使用表面具有方型织构的压头模具预压，再装入al2o3、si3n4、ti(c,n)、y2o3复合粉末材料，最后使用表面具有直线型织构的压头模具预压成坯；

(5)将装好的坯体放在真空热压烧结炉中进行烧结，烧结温度1600℃，烧结压力32mpa，保温时间30min；

(6)烧结完成后冷却至室温，取出试样，进行表面处理，至此仿生陶瓷刀具制备完成，制备得到的仿生陶瓷刀具截面如图3(k)所示。

本实施例采用的压头模具材质为石墨，在其表面分别为锯齿型和方型织构，锯齿型高度为0.52mm，边长为0.6mm，夹角为60°，方型高度为0.52mm，相邻两个方型的间距为0.52mm，压头模具总高度120.52mm，直径42mm；

本制备工艺的主要特征是分批分层装料，每填一层料，就采用压头模具进行预压，由于压头模具表面具有锯齿型和方型织构，可使异质层(相邻层)间的过渡区界面具有不同的织构、犬牙交错，从而提高裂纹扩展路径，提高界面结合强度，提高断裂韧度，使用寿命大大提高。

不难理解的，在其他实施例中，压头模具还可以采用其他的锯齿型与波浪型组合的方式，或者两个反向方型组合的方式，或者两个锯齿型组合的方式，或者是方型与波浪型组合的方式等等，具体的参见图3(b)-图3(l)。

最后还需要说明的是，上述两个实施例中虽然是以三层粉料为例进行地说明，但是不难理解的，还可以是四层、五层、六层等粉料，具体根据实际粉料层的设计进行制备，且不同层之间可以采用相同的压头模具进行预压，也可以采用不同的压头模具进行预压。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。