本發(fā)明屬于瓷磚、玻璃等建筑材料切割刀具材料制造領(lǐng)域，具體的說是一種高強度、高韌性且耐磨性強的氮化硅陶瓷材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、瓷磚切刀是瓷磚、玻璃等重要建筑材料加工常用工具之一，切刀的刀頭質(zhì)量決定了材料的加工質(zhì)量。目前，刀頭材料主要為天然金剛石、人造金剛石和硬質(zhì)合金三類。天然金剛石和人造金剛石具有超高的硬度和強度，但天然金剛石價格高昂，人造金剛石雖極大地降低了成本，但合成條件較高，合成溫度、壓力區(qū)間狹小，且金剛石切刀對操作者操作要求苛刻；硬質(zhì)合金相對金剛石具有良好的韌性，但其硬度和耐磨性較差，作為切刀易磨損，使用壽命短，且切割材料范圍有限。因此選取合適的瓷磚切刀刀頭材料對建筑材料加工至關(guān)重要。

2、氮化硅(si3n4)陶瓷材料因其高硬度、高強度、耐腐蝕性以及耐磨性好等性能上的優(yōu)異表現(xiàn)而受到廣泛關(guān)注，其硬度和強度僅次于金剛石和立方氮化硼超硬材料，遠高于瓷磚、玻璃，且儲量豐富，不受資源限制，合成條件區(qū)間寬，如作為切刀材料可進一步降低生產(chǎn)成本。但其韌性相對硬質(zhì)合金較差，增加了刀頭加工受力不均或撞擊破損的幾率。因此，保證氮化硅基本性能的同時提高基體韌性成為一個重要的發(fā)展方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法及應(yīng)用，該方法可操作性強，氮化硅陶瓷強度高、韌性和耐磨性強。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

4、①、選取α-si3n4粉末、燒結(jié)助劑粉末和粘結(jié)劑粉末為原料；

5、②、將上述①中選取的混合粉末原料按照一定的比例進行配料，真空高能球磨1-10h充分濕混后，利用真空干燥箱中烘干得到無碳混合原料；

6、③、將②中獲得的無碳混合原料預壓成型，將圓柱形坯體裝入真空管式爐腔體中，采用真空燒結(jié)技術(shù)在真空環(huán)境下對坯體進行高溫處理；

7、④、將③中獲得的高溫處理后的無碳坯體進行破碎，加入少量石墨粉，真空低速球磨充分混合，得到含碳混合原料，預壓成型，獲得含碳坯體；

8、⑤、將④中的含碳坯體裝入石墨加熱腔體，組裝葉臘石復合塊，利用金剛石液壓機在高溫高壓下燒結(jié)，完成β-si3n4燒結(jié)體的制備。

9、本發(fā)明的有益效果：

10、1、本發(fā)明采用w、co粉作為粘結(jié)劑，并加入少量的石墨粉，可形成wc-co硬質(zhì)合金相，增強基體韌性；co可“消耗”掉基體內(nèi)多余的c，c進入co的晶格中，形成co-c固溶體合金相，有效避免剩余的c影響基體性能，同時增強基體韌性。

11、2、本發(fā)明采用高能球磨技術(shù)，在原料充分混合的同時，對原料顆粒進行破碎、細化，在一定程度上可增強基體的致密度、韌性和耐磨性，同時增加材料顆粒缺陷度，降低反應(yīng)激活能。

12、3、本發(fā)明以剛玉管作為容器，對si3n4坯體進行真空高溫處理，在si3n4和w顆粒間隙的毛細作用下，熔融的co和ni在坯體內(nèi)充分熔滲，能夠有效地促進基體成分均勻，降低粉末混料工序引入的“團聚”、“架橋”現(xiàn)象等缺陷；真空(負壓)的環(huán)境能夠抽除各組分顆粒間的空氣，有效防止材料氧化，更利于熔融金屬向周圍融滲。

13、4、本發(fā)明以葉臘石復合腔體作為高壓反應(yīng)容器，在高溫高壓的驅(qū)動下制備出高韌性的氮化硅陶瓷燒結(jié)體。該方法操作性強，并適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

14、5、本發(fā)明制備的氮化硅陶瓷材料維氏硬度在20gpa以上，具有高韌性和高致密度，成品率超過95％。

技術(shù)特征：

1.一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：步驟①中，所述原料均為納米級或微米級粉末材料，單一粒度或多種粒度的混合，所述燒結(jié)助劑為zro2，粘結(jié)劑為w、co，α-si3n4、燒結(jié)助劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量比為7：x：3-x(x＝0.05-0.5)，粘結(jié)劑w和co的質(zhì)量比為30：0.5-2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：所述粘結(jié)劑還包括其它元素cr或ni或ti或其混合物，粘結(jié)劑中co和其它元素的質(zhì)量比為1：0-2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：步驟②中，所述的高能球磨機轉(zhuǎn)速500-800rad/min，球磨時間為1-10h，真空干燥箱烘干溫度為70℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：步驟③中，所述的粉末成型壓強為5-20mpa，高溫處理溫度為1500-1700℃，處理時間為10-30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：步驟④中，所述的石墨粉與w粉的質(zhì)量比為1:16，低速球磨速度為200-300rad/min，球磨時間1-5h，粉末成型壓強為5-20mpa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法，其特征在于：步驟⑤中，所述的含碳坯體裝進石墨管中，石墨管放入葉臘石復合塊腔體中，在金剛石液壓機上進行高溫高壓燒結(jié)，燒結(jié)條件為4.0-5.5gpa,1250-1600℃，燒結(jié)保溫時間為15min-1h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任何一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法制備的氮化硅陶瓷用于制造建筑用切刀刀具。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種瓷磚切刀陶瓷刀頭材料的制備方法及應(yīng)用，選取氮化硅粉末、燒結(jié)助劑和粘結(jié)劑為原料混合，真空高能球磨充分濕混，利用真空干燥箱中烘干得到無碳混合原料；將無碳混合原料預壓成型，將圓柱形坯體裝入真空管式爐腔體中，采用真空燒結(jié)技術(shù)在真空環(huán)境下對坯體進行高溫處理；將高溫處理后的無碳坯體進行破碎，加入少量石墨粉，真空低速球磨充分混合，得到含碳混合原料，預壓成型，獲得含碳坯體；將含碳坯體裝入石墨加熱腔體，組裝葉臘石復合塊，利用金剛石液壓機在高溫高壓下燒結(jié)，完成β?Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;燒結(jié)體的制備。本申請方法制備出強度高、韌性和耐磨性良好的β?Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;燒結(jié)體，可操作性強，并適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：齊亞麗,高興宇,李建奇,李天剛,劉辰雪,張淑艷
受保護的技術(shù)使用者：吉林工程職業(yè)學院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17