一种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料及其制备方法
【专利摘要】一种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷材料由下列重量份的原料组成：方解石9-12、氧化镁4-5、石英7-9、氧化锆65-70、氮化硅18-25、纳米氧化钛5-7、碳化硅晶须20-30、锂瓷石4-6、碳酸钠1-2、磷酸三丁酯0.6-0.9、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5；本发明的陶瓷添加了碳化硅晶须、纳米氧化钛，使得陶瓷具有极高的硬度，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温性能，该陶瓷用于制作切削刀具，耐热性好，切削工件光滑，刀具使用寿命长；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
【专利说明】
一种改性碳化硅晶须増强陶瓷材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料及其制备方法。
技术背景
[0002]随着新技术革命的发展，要求不断提高切削加工生产率和降低生产成本，特别是数控机床的发展，要求开发比硬质合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。目前各种高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨和耐高温的难以切削的新材料日益增多。据文献估计，这类材料已占国际上加工总数的50%以上，硬质合金刀具对其中不少新材料的加工难以胜任。另一方面，现在国际上硬质合金产量已达20000-25000t。每年消耗大量的金属，如W、Co、Ta和Nb等。这些金属的矿产资源正日益减少，价格上涨，按目前消耗速度，用不了几十年.有些资源将耗尽。陶瓷刀具就是在这样的背景下发展起来的。
[0003]目前陶瓷刀具以氧化锆陶瓷、氧化铝、氮化铝等陶瓷应用最为广泛，具有高硬度、高密度、耐高温，抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性好等特点，但是这些陶瓷成本高，还需要进一步研究新的材料，降低成本，还要提高陶瓷韧性、散热性、抗热震性、抗磨性等性能，以适应不断发展的技术要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料及其制备方法，该陶瓷具有极高的硬度，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温性能，该陶瓷用于制作切削刀具，耐热性好，切削工件光滑，刀具使用寿命长。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:方解石9-12、氧化镁4-5、石英7-9、氧化锆65-70、氮化硅18-25、纳米氧化钛5_7、碳化硅晶须20-30、锂瓷石4-6、碳酸钠1-2、磷酸三丁酯0.6-0.9、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5 ；
[0007]所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成:硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量。
[0008]抗磨助剂制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80°C，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130 °C油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800 °C下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。
[0009]所述纳米氧化钛为市售产品，平均粒径为50-100nm。
[0010]所述改性碳化硅晶须增强陶瓷的制备方法，包括以下步骤:
[0011](I)将锂瓷石、方解石混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入磷酸三丁酯，加热至70-80°C，搅拌10-15分钟，再加入纳米氧化钛、氧化镁、碳酸钠，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800 V下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；
[0012](2)将石英、氧化锆、氮化硅混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，
干燥，得到颗粒；
[0013](3)将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120°C下烘干，过40目筛，得到颗粒;
[0014](4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670°C下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]本发明的陶瓷添加了碳化硅晶须、纳米氧化钛，使得陶瓷具有极高的硬度，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温性能，该陶瓷用于制作切削刀具，耐热性好，切削工件光滑，刀具使用寿命长；通过使用本发明的抗磨助剂，能够增加陶瓷的耐磨性和耐热性。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0018]—种改性碳化硅晶须增强陶瓷，由下列重量份(公斤)的原料制成:方解石11、氧化镁4.5、石英8、氧化锆68、氮化硅22、纳米氧化钛6、碳化硅晶须25、锂瓷石5、碳酸钠1.5、磷酸三丁酯0.8、聚丙烯酸1.3、聚乙二醇1.4、抗磨助剂4.5 ;
[0019]所述抗磨助剂由下列重量份(公斤)的原料制成:硼酸镁晶须1.4、硼酸酯偶联剂0.3、三氯化锑0.4、尿素0.4、硼酸铝晶须1、纳米微晶纤维素0.3、氧化锡0.3、纳米石墨
0.6,1.5%盐酸溶液适量、水适量；制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入9重量份的水中，磁力搅拌23分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、继续搅拌2.5个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至75°C，搅拌反应25分钟，再加入纳米石墨，搅拌25分钟，在125°C油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，750°C下煅烧55分钟，加入2.5倍重量份的1.5%盐酸溶液洗涤2.5次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。
[0020]所述改性碳化硅晶须增强陶瓷的制备方法，包括以下步骤:
[0021](I)将锂瓷石、方解石混合后球磨，过250目筛，加入4.5倍重量份的水，搅拌后加入磷酸三丁酯，加热至75°C，搅拌13分钟，再加入纳米氧化钛、氧化镁、碳酸钠，继续搅拌35分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在750°C下煅烧45分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒；
[0022](2)将石英、氧化锆、氮化硅混合，加入0.9倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒；
[0023](3)将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3.5倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1.5小时，超声分散15分钟，在115°C下烘干，过40目筛，得到颗粒；
[0024](4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中，在1650°C下热压，热压压力为27MPa，热压时间为45分钟，自然冷却，即得。
[0025]该实施例陶瓷的维氏硬度为lOlGPa，抗弯强度为1238MPa，断裂韧性为15MPa.m1/2o
【主权项】
1.一种改性碳化硅晶须增强陶瓷材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成:方解石9-12、氧化镁4-5、石英7-9、氧化锆65-70、氮化硅18-25、纳米氧化钛5_7、碳化硅晶须20-30、锂瓷石4-6、碳酸钠1-2、磷酸三丁酯0.6-0.9、聚丙烯酸1-1.5、聚乙二醇1.2-1.6、抗磨助剂4-5 ； 所述抗磨助剂由下列重量份的原料制成:硼酸镁晶须1.3-1.5、硼酸酯偶联剂0.2-0.4、三氯化锑0.3-0.5、尿素0.4-0.5、硼酸铝晶须0.8-1.2、纳米微晶纤维素0.2-0.4、氧化锡0.2-0.3、纳米石墨0.4-0.8、1-2%盐酸溶液适量、水适量； 所述抗磨剂制备方法为:将三氯化锑、尿素、纳米微晶纤维素、氧化锡加入8-10重量份的水中，磁力搅拌20-25分钟，加入硼酸镁晶须、硼酸铝晶须、继续搅拌2-3个小时，再加入硼酸酯偶联剂，加热至70-80°C，搅拌反应20-30分钟，再加入纳米石墨，搅拌20-30分钟，在120-130°C油浴中搅拌至干燥，送入煅烧炉，在氮气氛围中，700-800°C下煅烧50-60分钟，加入2-3倍重量份的1-2%盐酸溶液洗涤2-3次，水洗至中性，烘干，粉碎，过40目筛，即得。2.根据权利要求1所述切削刀具用碳化硅晶须增强陶瓷材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: (1)将锂瓷石、方解石混合后球磨，过250目筛，加入4-5倍重量份的水，搅拌后加入磷酸三丁酯，加热至70-8(TC，搅拌10-15分钟，再加入纳米氧化钛、氧化镁、碳酸钠，继续搅拌30-40分钟，喷雾干燥，得到颗粒，再送入煅烧炉中，在氮气氛围中，在700-800 V下煅烧40-50分钟，粉碎，过200目筛，得到颗粒； (2)将石英、氧化锆、氮化硅混合，加入0.8-1倍重量份的乙醇，球磨至200目以下，干燥，得到颗粒； (3)将前两步得到的颗粒与其他剩余成分混合，取混合材料的3-4倍重量份的去离子水，加入聚丙烯酸、聚乙二醇，搅拌均匀，加入混合材料，球磨1-2小时，超声分散13-17分钟，在110-120°C下烘干，过40目筛，得到颗粒； (4)将第(3)步得到的颗粒在氮气氛围中，在1610-1670°C下热压，热压压力为25-30MPa，热压时间为40-50分钟，自然冷却，即得。
【文档编号】C04B35/49GK105884388SQ201410814488
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月22日
【发明人】岑伟, 郭雷
【申请人】青岛麦特瑞欧新材料技术有限公司