[发明专利]一种高硬度陶瓷切削头

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造使用的高硬度耐磨陶瓷刀具技术领域，尤其是涉及一种石墨烯增强的高硬度陶瓷切削头。

背景技术

随着科学的发展与进步，机械加工朝着高速、高效加工方向发展，尤其是难加工材料的不断涌现，对切削刀具的性能提出了越来越高的要求。刀具的使用性能在很大程度上取决于刀具材料的性能。因陶瓷刀具材料具有硬度高、耐腐蚀、耐磨损和良好的化学稳定性等特点而得到了研究者广泛的关注。

陶瓷切削工具具备了高硬度、高密度、耐高温、抗磁化、抗氧化、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性等特点，是高速钢等传统切削工具良好的替代品，解决了钼、镍等资源稀缺的问题。但是目前陶瓷切削材料还是存在成本较高，韧性不够、脆性大、硬度参差不齐、散热性差、自润滑性不好等问题，需要解决。

随着高速切削加工技术的普遍应用以及难加工材料的大量涌现，在实际切削过程中，切削力与切削热大大增加，加剧了刀具材料的磨损。因此，要求刀具材料不仅具有良好的综合力学性能，还应兼具减摩耐磨特性。

目前，对于陶瓷刀具主要的增韧方式包括相变增韧、颗粒增韧和晶须、纤维增韧。但是相变增韧应用范围有限，基本仅限于ZrO₂的相转化。颗粒增韧通过晶粒的钉扎可提高刀具的韧性，但是效果不显著。晶须、纤维可显著提高刀具韧性，但是一维的纤维、碳纳米管易发生团聚，不利于刀具综合力学性能的改善。

石墨烯，碳纳米管的同素异构体，一种由sp²杂化的碳原子以六边形周期排列形成的二维结构。石墨烯具有非常优异的物化和力学性能，导热系数高达5000Wm^-1K^-1，强度达130GPa，断裂强度约为125GPa。其独特的2D片状结构，可以有效的抑制石墨烯的团聚。石墨烯纳米片是由几层石墨烯构成，具有超高的表面积和极好的力学性能。因此，石墨烯纳米片在陶瓷刀具增韧补强方面应用前景广阔，且其超高的导热性能也是陶瓷刀具必需的。

陶瓷刀具大多数是通过热压烧结得到的，热压烧结在加压的同时进行加热，利于颗粒的接触、扩散和流动，容易得到接近理论密度的烧结体的性能较高。但热压烧结效率较低，很难大批量生产且成本也高。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种高硬度陶瓷切削头。本发明制备得到的陶瓷切削头不仅具有现有陶瓷刀具共有的高硬度、高耐磨性，而且还具有高韧性，使用寿命长，不易开裂，大大提高了陶瓷刀具的实用性能。

本发明的技术方案如下：

一种高硬度陶瓷切削头，由以下重量份数的原料组成：

Al₂O₃：30～45份；

TiCN：15～25份；

WC：12～18份；

MoC：3～5份；

MgO：4～8份；

BN：5～7份；

SiN₄：3～5份；

预处理过的石墨烯粉：1～3份；

所述石墨烯的预处理方法为：将石墨烯与2-氯-4,6-二甲氧基-1,3,5-三嗪按照1:0.02～0.05的质量比混合，放入浓度为20～35wt％乙醇溶液中，边搅拌边超声分散30～50分钟，然后在微波炉中干燥。

所述各原料的粒径均小于80微米。优选的，所述各原料的粒径均小于30微米。

优选的，所述高硬度陶瓷切削头由以下重量份数的原料组成：

Al₂O₃：42份；

TiCN：21份；

WC：16份；

MoC：4份；

MgO：6份；

BN：6份；

SiN₄：3份；

预处理过的石墨烯粉：2份。

所述的高硬度陶瓷切削头的制备方法具体步骤如下：

(1)将除预处理过的石墨烯以外的其他原料混合后，加入重量为这些原料8～16％的无水乙醇，置入行星磨中进行混合和研磨1～4小时；

(2)然后加入预处理过的石墨烯粉以及重量为该石墨烯粉5～7％的硅烷偶联剂，继续球磨60～80分钟；

(3)将球磨后获得的泥状产物进行喷雾造粒，造粒后的物料在35～45MPa压力下压制25～45分钟成型；

(4)压制成型后的材料进行高温烧结，烧结温度为1620～1680℃，时间保持60～80分钟；