本發(fā)明涉及一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，具體涉及一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具的制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是最薄的材料，也是最強(qiáng)韌的材料，斷裂強(qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。同時(shí)它又有很好的彈性，拉伸幅度能達(dá)到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強(qiáng)度最高的材料，比鉆石還堅(jiān)硬。目前超硬刀具一般由聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼粉末加工而成或在硬質(zhì)合金刀刃部分涂覆超硬涂層，但以上刀具壽命仍達(dá)不到理想要求，尤其是超硬涂層壽命更短且易脫落。因此耐磨、耐高溫長(zhǎng)壽命的超硬刀具仍需要人們?nèi)パ兄啤?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，石墨烯是目前最堅(jiān)硬的材料，在超硬粉體中加入石墨烯燒結(jié)成型后可有效提升刀具的強(qiáng)度。

一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，該超硬刀具包括刀體和刀刃兩部分，刀體部分采用聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成；刀刃部分采用石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成。

所述刀體部分中各組分的質(zhì)量份數(shù)為：聚晶金剛石0.5-8份，聚晶立方氮化硼9-1份，粘結(jié)劑0.5-1份。

所述刀刃部分中各組分的質(zhì)量份數(shù)為：石墨烯0.1-7份、聚晶金剛石1-8份，聚晶立方氮化硼1-8份，粘結(jié)劑0.5-3份。

所述刀刃部分的石墨烯片徑為0.1μm-50μm、厚度0.34nm-5nm。

所述刀體及刀刃部分中的粘結(jié)劑為鈷、鉬、鈦、鐵、鋁、鎳、銅、鎢、鉻單質(zhì)及其氧化物、氮化物中的任意一種或幾種。

該超硬刀具的制備方法為：將刀體及刀刃部分物料按配比配好后置入模具中壓制成胚體，在惰性氣體保護(hù)下，高溫高壓燒制而成。此方法制備的晶粒大小均勻，晶界嚴(yán)密閉合，石墨烯、金剛石與立方氮化硼晶界之間硼、碳、氮原子形成高原子密度、三維網(wǎng)狀、強(qiáng)共價(jià)鍵的致密結(jié)構(gòu)，石墨烯的引入使得刀刃部分強(qiáng)度遠(yuǎn)大于刀體部分。

所述刀體及刀刃胚體的壓制壓強(qiáng)為8-30gpa，壓制時(shí)間5s-50min。

所述刀體及刀刃胚體的燒制壓強(qiáng)為10-30gpa，溫度為800-3000℃，時(shí)間30s-40min，惰性氣體為n2、ar中的一種。

一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，其加工方法如下：

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石0.5-8份，聚晶立方氮化硼9-1份，粘結(jié)劑0.5-1份。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，石墨烯0.1-7份、聚晶金剛石1-8份，聚晶立方氮化硼1-8份，粘結(jié)劑0.5-3份。

步驟三：超硬刀具胚體的壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力8-30gpa下壓制時(shí)間5s-50min制成超硬刀具的胚體。

步驟四：超硬刀具胚體的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為10-30gpa，燒結(jié)溫度為800-3000℃，燒結(jié)時(shí)間為30s～40min，惰性氣體為n2或ar保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：此方法制備的超硬刀具由于刀體與刀刃部分基本組成一致，燒結(jié)后刀體與刀刃可成為一體，本發(fā)明通過將世界上最堅(jiān)硬的材料石墨烯加入至刀刃部分可有效提高刀刃部分的強(qiáng)度、耐磨性及耐高溫性能，有效延長(zhǎng)超硬刀具的使用壽命。

具體實(shí)施方式

使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：

本發(fā)明提供的石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，其加工方法如下：

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石0.5份，聚晶立方氮化硼9份，粘結(jié)劑0.5份。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，石墨烯0.1份,聚晶金剛石1份，聚晶立方氮化硼6.9份，粘結(jié)劑2份。

步驟三：超硬刀具胚體的壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力8gpa下壓制時(shí)間50min制成超硬刀具的胚體。

步驟四：超硬刀具胚體的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為10gpa，燒結(jié)溫度為3000℃，燒結(jié)時(shí)間為40min，在惰性氣體n2保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

實(shí)施例2：

本發(fā)明提供的一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，其加工方法如下：

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石8份，聚晶立方氮化硼1份，粘結(jié)劑1份。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，石墨烯7份,聚晶金剛石1份，聚晶立方氮化硼1份，粘結(jié)劑1份。

步驟三：超硬刀具胚體的壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力30gpa下壓制時(shí)間5s制成超硬刀具的胚體。

步驟四：超硬刀具胚體的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為30gpa，燒結(jié)溫度為1000℃，燒結(jié)時(shí)間為20min，在惰性氣體ar保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

實(shí)施例3：

本發(fā)明提供的一種石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具，其加工方法如下：

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石5份，聚晶立方氮化硼4份，粘結(jié)劑1份。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，石墨烯2份,聚晶金剛石3份，聚晶立方氮化硼3份，粘結(jié)劑2份。

步驟三：超硬刀具胚體的壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力20gpa下壓制時(shí)間30min制成超硬刀具的胚體。

步驟四：超硬刀具胚體的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為25gpa，燒結(jié)溫度為2000℃，燒結(jié)時(shí)間為20min，惰性氣體為n2保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

對(duì)比例1

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石8份，聚晶立方氮化硼1份，粘結(jié)劑1份。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，聚晶金剛石5份，聚晶立方氮化硼3份，粘結(jié)劑2份。

步驟三：超硬刀具胚體的壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力30gpa下壓制時(shí)間5s制成超硬刀具的胚體。

步驟四：超硬刀具胚體的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為30gpa，燒結(jié)溫度為1000℃，燒結(jié)時(shí)間為20min，在惰性氣體ar保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

對(duì)比例2

步驟一：刀具胚體制備

將硬質(zhì)合金切割打磨成刀具形狀，并對(duì)刀刃部分進(jìn)行開刃處理。

步驟二：刀刃部分涂層處理

將立方氮化硼單晶體通過焊接工藝固定在刀刃部分，形成均一涂層，制備成帶有超硬涂層的超硬刀具。

對(duì)比例3

步驟一：刀體部分制備

將陶瓷材料al2o3添加至模具內(nèi)加工成刀體。

步驟二：刀刃部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，石墨烯2份,聚晶金剛石3份，聚晶立方氮化硼3份，粘結(jié)劑2份。

步驟三：刀具胚體壓制

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力20gpa下壓制時(shí)間30min制成超硬刀具的胚體。

步驟四：刀具的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為25gpa，燒結(jié)溫度為2000℃，燒結(jié)時(shí)間為20min，在惰性氣體ar保護(hù)下燒制即可制得超硬刀具。

對(duì)比例4

步驟一：刀體部分物料準(zhǔn)備

將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結(jié)劑粉體材料按比例混合均勻，混合方法為濕混或干混，其中聚晶金剛石0.5份，聚晶立方氮化硼9份，粘結(jié)劑0.5份。

步驟二：刀刃部分準(zhǔn)備

將al2o3這種陶瓷材料在模具內(nèi)加工成刀刃部分。

步驟三：

將步驟一及步驟二中混合好的粉體材料放入模具中刀體及刀刃對(duì)應(yīng)的位置，在壓力8gpa下壓制時(shí)間50min制成超硬刀具的胚體。

步驟四：刀具的燒制

將步驟三中的超硬刀具胚體置于高溫高壓容器中，在壓強(qiáng)為10gpa，燒結(jié)溫度為3000℃，燒結(jié)時(shí)間為40min，在惰性氣體n2保護(hù)下燒制即可制得石墨烯增強(qiáng)的超硬刀具。

刀具加工成型后對(duì)其硬度進(jìn)行檢測(cè)，本發(fā)明實(shí)施例1-3和對(duì)比例的工藝參數(shù)及其產(chǎn)品性能檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1實(shí)施例與對(duì)比例性能對(duì)比

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。