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专利号: 202310895269X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,其包括热敏层和陶瓷基体层;所述热敏层由测温材料和添加剂烧结形成;所述陶瓷基体层由基体材料、粘结剂和增强相烧结形成;

所述测温材料为8YSZ、3Y‑TZP、LaMnO3中的一种或多种;

所述添加剂为ZnO、MgO、SiC、Al2O3中的一种或多种;

所述基体材料为Al2O3、Si3N4、CBN中的一种或多种;

所述粘结剂为Mo、Ni、Co中的一种或多种;

所述增强相为TiC、WC、SiC、Cr2O3、TiO2中的一种或多种;

其中,热敏层中测温材料的质量百分数50%~100%,添加剂的质量百分数0~5%;陶瓷基体层中粘结剂的质量百分数为0~5%,增强相的质量百分数为30~45%,基体材料的质量百分数为50%~70%;

热敏层的总厚度占总刀具厚度的30~50%,陶瓷基体层的总厚度占总刀具厚度的50~

70%;热敏层与陶瓷基体层采用层叠的方式组成陶瓷刀具;

陶瓷刀具的维氏硬度为20~22GPa,抗弯强度为800~1000MPa,断裂韧度为8~10MPa·

1/2

m 。

2.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,至少由M个热敏层和N个陶瓷基体层组成,M、N都为正整数,陶瓷基体层和热敏层交错叠放。

3.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,一个热敏层分为多个子热敏层,子热敏层根据组成测温材料的不同进行区分。

4.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,陶瓷基体层与热敏层之间设置混合层,所述混合层中的原料为Al2O3、Si3N4、CBN、Ni、Co、MgO中的一种或多种;

增加混合层后,混合层的总厚度为陶瓷刀具总厚度的5~15%,热敏层的总厚度占总刀具厚度的25~45%,陶瓷基体层的厚度占总刀具厚度的50~70%。

5.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,所述陶瓷刀具为正方形。

6.如权利要求1所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,其特征是,热敏层中

8YSZ质量百分数为40%‑80%,3Y‑TZP质量百分数为0%‑50%、LaMnO3的质量百分数为0%‑

50%,Al2O3质量百分数为5%‑30%,ZnO、MgO、SiC的质量百分数分别为0%‑15%;陶瓷基体层中Al2O3质量百分数为50%‑70%,Si3N4、CBN的质量百分数分别为0%‑20%;Mo、Ni、Co的质量百分数分别为0%‑5%,TiC的质量百分数为5%‑40%;WC、SiCCr2O3、TiO2的质量百分数分别为0%‑20%。

7.一种权利要求1~6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具的制备方法,其特征是,将各层材料制成粉体,按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实,最后进行放电等离子烧结。

8.如权利要求7所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具的制备方法,其特征是,将各层材料制成粉体,按顺序将各层材料粉体逐层填铺并压实,最后进行放电等离子烧结(SPS)的具体过程为:将各个粉末状材料分别装入球磨罐中,以Al2O3陶瓷球为磨球、无水乙醇为介质,球磨时间为48h,将球磨后的悬浮液在真空干燥箱中进行干燥,干燥后过160目筛子后封存备用;

随后按照陶瓷刀具每层材料的要求将相应的粉末材料均匀混合,将混合后的粉末材料按照预定的顺序和厚度逐层装填入模具中,每层粉末材料均需要铺平压实,直至粉末填装完毕;压实采用的压强为4~6MPa;

随后将模具放入放电等离子烧结(SPS)炉中进行热压烧结,烧结温度为1400~1600℃,烧结时间为220~30min,烧结压力为30~35MPa;烧结后获得致密度高的陶瓷坯料;

对陶瓷坯料经切割抛光加工后制成刀具。

9.一种权利要求1~6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具在切削加工和/或铣削加工中的应用,其特征是,所述热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具安装在机床上。

10.一种切削机床,其包括机座,其特征是,机座安装切削刀具和温度测量仪表,所述切削刀具为权利要求1~6任一所述的热敏电阻测温和切削功能一体化陶瓷刀具,温度测量仪表通过导线连接所述陶瓷刀具中的热敏层。