一种陶瓷刀具材料及其制备方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201210132002.7	申请日：	2012.04.28
公开号：	CN102653467A	公开日：	2012.09.05
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C04B 35/10申请公布日:20120905\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):C04B 35/10申请日:20120428\|\|\|公开
IPC分类号：	C04B35/10; C04B35/645	主分类号：	C04B35/10
申请人：	成都鑫三洋科技发展有限公司
发明人：	曾维松
地址：	610000 四川省成都市龙泉驿区洛带镇双槐村二组
优先权：
专利代理机构：	四川省成都市天策商标专利事务所 51213	代理人：	刘兴亮
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内容摘要

本发明公开了一种新型陶瓷刀具材料及其制备方法。该陶瓷刀具材料含有Al2O3、WC、TiC及稀土添加剂。该陶瓷刀具材料的制备方法包括：步骤1：将Al2O3粉末、WC粉末、TiC粉末混合，得到原料混合物；步骤2：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；步骤3：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨100h，得到料浆；步骤4：将上述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；步骤5：将粉料热压成型。该陶瓷刀具材料所制备的陶瓷刀具具有抗弯强度高、断裂韧性大、硬度高、耐磨性能好等明显优势。该方法工艺简单，生产效率高，适合大规模生产。

权利要求书

1：一种陶瓷刀具材料，其组成成分包括 Al2O3 粉末、 WC 粉末和 TiC 粉末，其特征在于，所述陶瓷刀具材料还包括稀土添加剂。
2：根据权利要求 1 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。
3：根据权利要求 1 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述含钇稀土添加剂占刀具材料总重量的 0.1％～ 1.0％。
4：根据权利要求 2 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述 Al2O3 粉末的直径为 0.8μm。
5：根据权利要求 4 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述 WC 粉末和 TiC 粉末的直径为 1.5μm。
6：一种陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤 1 ：将 Al2O3 粉末、 WC 粉末和 TiC 粉末混合，得到原料混合物步骤 2 ：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；步骤 3 ：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；步骤 4 ：将所述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；步骤 5 ：将所述粉料热压成型。
7：根据权利要求 6 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。
8：根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述含钇稀土添加剂占所述原料混合物总重量的 0.1％～ 1.0％。
9：根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述 Al2O3 粉末的直径为 0.8μm。
10：根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述 WC 粉末和 TiC 粉末的直径为 1.5μm。

说明书

一种陶瓷刀具材料及其制备方法
    【技术领域】
     本发明涉及陶瓷刀具技术领域，具体涉及一种陶瓷刀具材料及其制备方法。背景技术 Al2O3 系陶瓷刀具材料以其优异的物理力学性能和切削性能，在金属切削特别是难加工材料加工领域得到了日益广泛的应用。但是，由于陶瓷刀具材料自身固有的脆性，致使其强度和韧性较低，这在一定程度上限制了它的进一步扩大应用。目前，众多学者围绕其补强增韧问题作了大量研究，并已取得较大进展。对于颗粒增强 Al2O3 系陶瓷刀具材料，以 TiC、 TiN、 TiB2、 SiC 以及 WC 等硬质材料为增强相，通过各种增韧机制如裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥联、微裂纹及其协同作用等，使其力学性能得到较大改善。
     发明内容本发明的目的在于提供一种抗弯强度高、断裂韧性大，硬度高，耐磨性能好，抗破损性能强的 Al2O3 系陶瓷刀具材料，该陶瓷刀具材料生产的陶瓷刀具切割更锋利，切口更整齐，用于切削加工生产，能够极大的提高切削速度，并提高抗破损性能约 17％～ 21％。
     本发明的另一目的在于，提供一种陶瓷刀具材料的制备方法，以制作具有所述优势的陶瓷刀具，该方法制作工艺简单，生产效率高，可大规模生产。
     为实现上述目的，本发明提供的陶瓷刀具材料组成成分包含 Al2O3 粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末及稀土添加剂。
     所述 Al2O3 粉末的直径可为 0.8μm ； WC 粉末的直径可为 1.5μm ； TiC 粉末的直径可为 1.5μm。
     在上述本发明的配方中，稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述陶瓷刀具材料总重量的 0.1％～ 1.0％。
     本发明提供的陶瓷刀具材料制备方法包括：
     步骤 1 ：将 Al2O3 粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末混合，得到原料混合物；
     步骤 2 ：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；
     步骤 3 ：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；
     步骤 4 ：将所述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；
     步骤 5 ：将所述粉料热压成型。
     在上述陶瓷刀具材料制备方法中，步骤 1 所述 Al2O3 粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末的直径可分别为 0.8μm、 1.5μm、 1.5μm。
     所述稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述原料混合物总重量的 0.1％～ 1.0％。
     本发明所提供的陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧性分别高达 853MPa 和 6.03MPam1/2，其抗弯强度和断裂韧性明显提高，相应地，其抗破碎性能也更强。
     具体实施方式
     为进一步本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例进行详细描述。
     实施例 1 ：
     选择直径为 0.8μm Al2O3 粉末、直径为 1.5μm WC 粉末、直径为 1.5μmTiC 粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 0.4％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。
     采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 853MPa 和 1/2 6.03MPam ，材料硬度为 19.1GPa。
     切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 ～ 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 ＝ -5b， A0 ＝ 5b， KS ＝ -5b， Jr ＝ 75b， bC1@C01 ＝ 0.2mm@(-20b)， rE ＝ 0.3mm( 连续切削 )， rE ＝ 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高 19％。
     实施例 2 ：
     选择直径为 0.9μm Al2O3 粉末、直径为 1.4μm WC 粉末、直径为 1.5μmTiC 粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 0.6％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 850MPa 和 1/2 6.04MPam ，材料硬度为 19.2GPa。
     切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 ～ 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 ＝ -5b， A0 ＝ 5b， KS ＝ -5b， Jr ＝ 75b， bC1@C01 ＝ 0.2mm@(-20b)， rE ＝ 0.3mm( 连续切削 )， rE ＝ 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高 18％。
     实施例 3 ：
     选择直径为 0.9μm Al2O3 粉末、直径为 1.6μm WC 粉末、直径为 1.7μmTiC 粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 1.0％的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。
     采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 851MPa 和
     6.05MPam1/2，材料硬度为 19.1GPa。
     切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 ～ 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 ＝ -5b， A0 ＝ 5b， KS ＝ -5b， Jr ＝ 75b， bC1@C01 ＝ 0.2mm@(-20b)， rE ＝ 0.3mm( 连续切削 )， rE ＝ 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高 20％。5

资源描述

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1、(10)申请公布号 CN 102653467 A (43)申请公布日 2012.09.05 CN 102653467 A *CN102653467A* (21)申请号 201210132002.7 (22)申请日 2012.04.28 C04B 35/10(2006.01) C04B 35/645(2006.01) (71)申请人成都鑫三洋科技发展有限公司地址 610000 四川省成都市龙泉驿区洛带镇双槐村二组 (72)发明人曾维松 (74)专利代理机构四川省成都市天策商标专利事务所 51213 代理人刘兴亮 (54) 发明名称一种陶瓷刀具材料及其制备方法 (57) 摘要本发。

2、明公开了一种新型陶瓷刀具材料及其制备方法。该陶瓷刀具材料含有 Al2O3、 WC、 TiC 及稀土添加剂。该陶瓷刀具材料的制备方法包括：步骤 1 ：将 Al2O3粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末混合，得到原料混合物；步骤 2 ：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；步骤 3 ：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨 100h，得到料浆；步骤 4 ：将上述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；步骤5 ：将粉料热压成型。该陶瓷刀具材料所制备的陶瓷刀具具有抗弯强度高、断裂韧性大、硬度高、耐磨性能好等明显优势。该方。

3、法工艺简单，生产效率高，适合大规模生产。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书 1 页说明书 3 页 1/1 页 2 1.一种陶瓷刀具材料，其组成成分包括Al2O3粉末、 WC粉末和TiC粉末，其特征在于，所述陶瓷刀具材料还包括稀土添加剂。 2. 根据权利要求 1 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。 3. 根据权利要求 1 所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述含钇稀土添加剂占刀具材料总重量的 0.1 1.0。 4.根据权利要求2所述的陶瓷刀具材料，其特。

4、征在于所述Al2O3粉末的直径为0.8m。 5.根据权利要求4所述的陶瓷刀具材料，其特征在于所述WC粉末和TiC粉末的直径为 1.5m。 6. 一种陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤 1 ：将 Al2O3粉末、 WC 粉末和 TiC 粉末混合，得到原料混合物步骤 2 ：向所述原料混合物中添加稀土添加剂；步骤 3 ：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；步骤 4 ：将所述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；步骤 5 ：将所述粉料热压成型。 7. 根据权利要求 6 所述的陶瓷刀具材料的。

5、制备方法，其特征在于所述稀土添加剂为含钇稀土添加剂。 8. 根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述含钇稀土添加剂占所述原料混合物总重量的 0.1 1.0。 9. 根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述 Al2O3粉末的直径为 0.8m。 10. 根据权利要求 7 所述的陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于所述 WC 粉末和 TiC 粉末的直径为 1.5m。权利要求书 CN 102653467 A 2 1/3 页 3 一种陶瓷刀具材料及其制备方法技术领域 0001 本发明涉及陶瓷刀具技术领域，具体涉及一种陶瓷刀具材料及其制。

6、备方法。背景技术 0002 Al2O3系陶瓷刀具材料以其优异的物理力学性能和切削性能，在金属切削特别是难加工材料加工领域得到了日益广泛的应用。但是，由于陶瓷刀具材料自身固有的脆性，致使其强度和韧性较低，这在一定程度上限制了它的进一步扩大应用。目前，众多学者围绕其补强增韧问题作了大量研究，并已取得较大进展。对于颗粒增强 Al2O3系陶瓷刀具材料，以 TiC、 TiN、 TiB2、 SiC 以及 WC 等硬质材料为增强相，通过各种增韧机制如裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥联、微裂纹及其协同作用等，使其力学性能得到较大改善。发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种。

7、抗弯强度高、断裂韧性大，硬度高，耐磨性能好，抗破损性能强的 Al2O3系陶瓷刀具材料，该陶瓷刀具材料生产的陶瓷刀具切割更锋利，切口更整齐，用于切削加工生产，能够极大的提高切削速度，并提高抗破损性能约 17 21。 0004 本发明的另一目的在于，提供一种陶瓷刀具材料的制备方法，以制作具有所述优势的陶瓷刀具，该方法制作工艺简单，生产效率高，可大规模生产。 0005 为实现上述目的，本发明提供的陶瓷刀具材料组成成分包含 Al2O3粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末及稀土添加剂。 0006 所述 Al2O3粉末的直径可为 0.8m ； WC 粉末的直径可为 1.5。

8、m ； TiC 粉末的直径可为 1.5m。 0007 在上述本发明的配方中，稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述陶瓷刀具材料总重量的 0.1 1.0。 0008 本发明提供的陶瓷刀具材料制备方法包括： 0009 步骤 1 ：将 Al2O3粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末混合，得到原料混合物； 0010 步骤 2 ：向所述原料混合物中添加稀土添加剂； 0011 步骤 3 ：以无水乙醇为介质，将混合有稀土添加剂的原料混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆； 0012 步骤 4 ：将所述料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料； 0013 步骤 5 ：。

9、将所述粉料热压成型。 0014 在上述陶瓷刀具材料制备方法中，步骤 1 所述 Al2O3粉末、 WC 粉末、 TiC 粉末的直径可分别为 0.8m、 1.5m、 1.5m。 0015 所述稀土添加剂可为含钇稀土添加剂，其重量可占所述原料混合物总重量的 0.1 1.0。 0016 本发明所提供的陶瓷刀具材料的抗弯强度和断裂韧性分别高达 853MPa 和 6.03MPam1/2，其抗弯强度和断裂韧性明显提高，相应地，其抗破碎性能也更强。说明书 CN 102653467 A 3 2/3 页 4 具体实施方式 0017 为进一步本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选。

10、实施例进行详细描述。 0018 实施例 1 ： 0019 选择直径为0.8m Al2O3粉末、直径为1.5m WC粉末、直径为1.5mTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 0.4的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。 0020 采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 853MPa 和 6.03MPa。

11、m1/2，材料硬度为 19.1GPa。 0021 切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 -5b， A0 5b， KS -5b， Jr 75b， bC1C01 0.2mm(-20b)， rE 0.3mm( 连续切削 )， rE 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破。

12、碎性能提高 19。 0022 实施例 2 ： 0023 选择直径为0.9m Al2O3粉末、直径为1.4m WC粉末、直径为1.5mTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 0.6的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。 0024 采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 850MPa 和 6.04MPam1。

13、/2，材料硬度为 19.2GPa。 0025 切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 -5b， A0 5b， KS -5b， Jr 75b， bC1C01 0.2mm(-20b)， rE 0.3mm( 连续切削 )， rE 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性。

14、能提高 18。 0026 实施例 3 ： 0027 选择直径为0.9m Al2O3粉末、直径为1.6m WC粉末、直径为1.7mTiC粉末作为原料混合配料，并向混合原料中添加重量百分比 1.0的含钇稀土添加剂；以无水乙醇为介质，将添加了稀土添加剂的混合物经湿式球磨 100 小时，得到料浆；料浆经真空干燥并在氮气流中过筛，得到粉料；再将粉料热压烧结成型。 0028 采用 3 点弯曲法、压痕法分别测定其抗弯强度、断裂韧性，并通过洛氏硬度计 Hv-120 测量材料的硬度，测出其力学性能如下：抗弯强度和断裂韧性分别高达 851MPa 和说明书 CN 10。

15、2653467 A 4 3/3 页 5 6.05MPam1/2，材料硬度为 19.1GPa。 0029 切削试验在 CA6140 机床上进行，工件材料为淬硬 45 钢，硬度 44 46HRC。其中，断续切削试验采用专门夹具，切削时间比约为 0.15。所用刀具为上述材料制作的陶瓷刀具及未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具，刀具几何角度为 C0 -5b， A0 5b， KS -5b， Jr 75b， bC1C01 0.2mm(-20b)， rE 0.3mm( 连续切削 )， rE 0.6mm( 断续切削 )，采用干式切削。试验结果表明，采用本发明陶瓷刀具材料制作的陶瓷刀具与未采用本发明陶瓷刀具材料制作的普通陶瓷刀具相比抗破碎性能提高 20。说明书 CN 102653467 A 5 。

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