[发明专利]WB2

说明书

本发明涉及WB₂与氧化石墨烯自组装包覆Si₃N₄协同强韧化的陶瓷刀具材料及其制备方法。该陶瓷刀具材料是以Al₂O₃为基体，WB₂和氧化石墨烯自组装包覆Si₃N₄为增强相，MgO、Ni和Mo为烧结助剂。该陶瓷刀具材料的制备包括氧化石墨烯自组装包覆Si₃N₄复合粉体制备、刀具材料粉体混合、干燥过筛、冷压装模和热压烧结等步骤。本发明的陶瓷刀具材料，可明显提高陶瓷刀具材料的断裂韧性和抗弯强度，刀具使用寿命长，加工工件表面质量高，前刀面摩擦系数显著降低。

技术领域

本发明涉及一种协同强韧化的陶瓷刀具材料，尤其是添加WB₂与氧化石墨烯自组装包覆Si₃N₄协同强韧化的陶瓷刀具材料及其制备方法。

背景技术

Al₂O₃陶瓷因其所具有的高硬度特性，在机械加工以及其它领域常作为基体材料进行复合陶瓷的研发设计，在陶瓷发展中得到广泛的关注。大量研究表明，由于Al₂O₃陶瓷材料断裂韧性低，通常在Al₂O₃基体中添加增强相来提高材料的断裂韧性，这是解决Al₂O₃陶瓷材料断裂韧性低的有效方法。目前已研制的Al₂O₃复合陶瓷材料体系有Al₂O₃/SiC、 Al₂O₃/Si₃N₄、Al₂O₃/TiC、Al₂O₃/Ti(C,N)、Al₂O₃/diamond、Al₂O₃/Fe、Al₂O₃/W、Al₂O₃/Ni等。但是，添加的增强相在基体材料中形成团聚，使得烧结后产生大量的缺陷和气孔，造成陶瓷材料的致密性和力学性能下降。

过渡金属硼化物是一种具有高熔点、高硬度、强耐磨性和良好的化学惰性的材料，是潜在的新型超硬材料，引起了广泛的关注。大多数过渡金属硼化物的晶体结构为过渡金属层和硼层交替排列的层状结构。在硼层中，硼原子和硼原子之间形成非常强的共价键。因此，硼层和金属层之间的共价键是决定过渡金属硼化物硬度的关键因素。二硼化钨是过渡金属硼化物中的一种典型材料，理论预测WB₂具有强的B-B共价键和W-B共价键，因此 WB₂作为新型的多功能超硬材料被人们所关注。例如CN107285329A公开了一种二硼化钨硬质材料。

石墨烯是碳原子通过很强的σ键与其他3个碳原子相连接，致使其表现出优异的物理性能：比表面积2630m²/g、杨氏模量1100GPa、断裂强度125GPa等。鉴于石墨烯突出的物理性能，可成为陶瓷刀具材料更高效的增韧补强体。但由于石墨烯片层之间较强的范德华力和π-π堆叠效应使得石墨烯在陶瓷基体中很难实现均匀分散，并且石墨烯在陶瓷基体中的团聚现象不可避免地导致孔隙的出现并产生应力集中，这极大地阻碍了石墨烯与陶瓷基体之间形成良好的接触界面，破坏石墨烯的微观组织结构，进而影响了复合材料力学性能的提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供WB₂与氧化石墨烯自组装包覆Si₃N₄协同强韧化的陶瓷刀具材料及其制备方法。