專(zhuān)利名稱(chēng):一種線(xiàn)路板或電路板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料及其制備方法
一種線(xiàn)路板或電路板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬涉及一種晶須增韌碳化鎢基體的線(xiàn)路板/電路板/電路板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料及 制備方法，可用于作廢線(xiàn)路板/電路板粉碎設(shè)備的刀具，而且適合做其它粉碎設(shè)備的刀具材料。
技術(shù)背景隨著電子廢物的迅速增長(zhǎng)，廢印刷線(xiàn)路板/電路板的回收利用成為日益關(guān)注的課題。破碎是 廢印刷線(xiàn)路板/電路板的主流資源化技術(shù)中不可缺少的步驟。廢線(xiàn)路板/電路板呈板狀結(jié)構(gòu)，含有 多種組分，韌性較大，粉碎較難，刀具磨耗嚴(yán)重。因此線(xiàn)路板/電路板常溫破碎技術(shù)一直是研究 的熱點(diǎn)問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有線(xiàn)路板/電路板破碎機(jī)的專(zhuān)用刀具，粉碎機(jī)的廠(chǎng)家一般采用不銹鋼、 高速鋼和Crl2三種材料作為刀具材料。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，這三種材料制作的粉碎機(jī)刀具在使 用幾天后便被嚴(yán)重磨損。隨著科技的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品日益更新，導(dǎo)致廢電子產(chǎn)品的數(shù)量劇增，給環(huán)境和人類(lèi)健 康帶來(lái)很大的危害，因此迫切需要一種實(shí)用的廢線(xiàn)路板/電路板粉碎刀具以滿(mǎn)足對(duì)廢線(xiàn)路板/電路 板資源化回收利用的要求。為了解決當(dāng)前線(xiàn)路板/電路板粉碎的刀具在使用方面的不足，研究者們相繼嘗試了金屬合金 刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、涂層刀具和超硬材料刀具等，但應(yīng)用的結(jié)果表明，它們不適合 做線(xiàn)路板/電路板粉碎的刀具材料，原因是在使用不久后，金屬刀具不久被磨損，其它刀具不及 便崩刃或折斷。原因是有它們?yōu)檫m合線(xiàn)切割等的需要開(kāi)發(fā)的，而廢線(xiàn)路板/電路板粉碎工藝對(duì)刀 具的要求與線(xiàn)切割差別很大。當(dāng)前沒(méi)有線(xiàn)路板/電路板專(zhuān)用粉碎刀具的報(bào)導(dǎo)，相近的專(zhuān)利有一些，如 公開(kāi)號(hào)為CN2300454的實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種豆?jié){機(jī)組合粉碎刀具，包括電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn) 軸，高低粉碎刀，該刀具的材質(zhì)為高速鋼，適合粉碎大豆等植物，但是不適合粉碎線(xiàn)路板/電路 板。公開(kāi)號(hào)為CN1994573的實(shí)用新型專(zhuān)利公開(kāi)了一種橡塑粉碎機(jī)的刀具，該刀具的材質(zhì)是Crl2 鋼，適合粉碎橡膠，而不適合粉碎線(xiàn)路板/電路板。公開(kāi)號(hào)為CN2759353的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種Ti(C， N)基金屬陶瓷及制備方法。該金屬陶瓷
主要組成成分重量百分比為T(mén)i30 65， W8 25， Tal.0 15.0， Zr0.1 5.0， Nb0 10， Al 0 1.0。該金屬陶瓷雖然具有較高的韌性，但硬度低，耐磨性較差，因此不適合做粉碎線(xiàn)路板/電路 板的粉碎刀具。公開(kāi)號(hào)為CN2759353的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種廢舊電子線(xiàn)路板/電路板機(jī)械粉碎和靜電分離的 回收處理工藝及其所用設(shè)備。該廢舊電子線(xiàn)路板/電路板的粉碎設(shè)備包括強(qiáng)力破碎機(jī)、磁選機(jī)、 中碎機(jī)、精細(xì)粉碎機(jī)、超微分級(jí)機(jī)、高壓靜電分離機(jī)。其刀具的材質(zhì)為Crl2鋼，刀具使用幾天 后便嚴(yán)重磨損，因此不適合做粉碎線(xiàn)路板/電路板的粉碎刀具。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)公知技術(shù)存在的不足而研制出一種一晶須增韌碳化鉤基體的線(xiàn)路板/電路 板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具及制備方法，應(yīng)用于廢線(xiàn)路板/電路板粉碎設(shè)備。該專(zhuān)用刀具以晶須為增韌材料，以碳化鎢基體材料，以碳化鈦為耐磨劑，以碳為脫氧劑，以含鉻化合物、氧化鑭、氧化鈰為添加劑。上述組分均勻混合后，采用熱壓的方法直接成型。 '本發(fā)明制備的專(zhuān)用韌性陶瓷刀具材料具有良好的沖擊韌性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)， 同時(shí)在線(xiàn)路板/電路板粉碎過(guò)程中刀具穩(wěn)定，無(wú)裂紋或崩刃現(xiàn)象。該刀具不僅制備工藝簡(jiǎn)單，而 且生產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于常規(guī)的先將混勻的原料壓制成型，然后進(jìn)行燒結(jié)成型的制備方法。該刀具 材料不僅適合作廢線(xiàn)路板/電路板粉碎設(shè)備的刀具，而且適合做其它粉碎設(shè)備的刀具材料。本發(fā)明的技術(shù)方案為以碳化鎢基體材料，以晶須為增韌材料，以碳化鈦為耐磨劑，以碳 為脫氧劑，以含鉻化合物、氧化鑭、氧化鈰為添加劑，以鈷、鐵為基體增強(qiáng)劑。將碳化鉤、晶 須和碳等上述的其它材料按比例均勻混合，然后放到熱壓機(jī)的樣品槽中直接熱壓成型，便可制 得線(xiàn)路板/電路板粉碎專(zhuān)用刀具材料。該刀具由晶須、碳化鎢和添加劑等構(gòu)成，屬于復(fù)合材料刀具。碳化鉤具有優(yōu)良的啤度和耐 磨性，并且價(jià)格不高，碳化鈦盡管價(jià)格較高，但能夠明顯提高WC基體的硬度和耐磨性。晶須 具有很高的強(qiáng)度，能夠顯著提高滑板材料的斷裂韌性。碳、氧化鑭、氧化鈰、鈷等具有優(yōu)化材 料的基體組織，提高刀具材料基體致密度的作用。因此在理論上該設(shè)計(jì)的專(zhuān)用刀具材料具有良 好的硬度、斷裂韌性和優(yōu)良的耐磨性。與公知技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)該刀具由于采用晶須增韌，因此有利于顯著地提高刀具材 料的斷裂韌性，并且不降低材料的硬度，因此大大提高了材料的耐磨性。另外，該滑板中碳纖維的含量為晶須含量為0.5 4wt^，因此刀具的原料成本不高。而其它的類(lèi)似刀具依靠增大基體中金屬的含量來(lái)提高陶瓷材料的韌性，雖然韌性增加，但硬度大大降低，導(dǎo)致耐磨性很差。
也有的刀具盡管不含或者少含金屬組分，但韌性很差，導(dǎo)致刀具在線(xiàn)路板/電路板粉碎過(guò)程中不 久便出現(xiàn)崩刃或斷裂現(xiàn)象。可見(jiàn)，該線(xiàn)路板/電路板粉碎專(zhuān)用刀具不僅原料成本不高，而且在性 能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于硬質(zhì)合金材料，也好于不銹鋼、高速鋼和Crl2常用的三種刀具材料。同時(shí)該刀具 的制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，原料成本不高。制成的刀具密度8.6 10.2g/cm3 ，硬度值為18-22GPa， 斷裂韌性8 —9MPam1/2，磨損量為0.008-0.016mm/h。而當(dāng)前線(xiàn)路板池路板粉碎常用刀具中最耐 磨的Crl2鋼在相同條件下的磨損量為0.06-0.08 mm/h。該刀具材料不僅適合作廢線(xiàn)路板/電路板 粉碎設(shè)備的刀具，而且適合做其它粉碎設(shè)備的刀具材料。該刀具的具體制備方法如下 第一步原材料預(yù)處理將碳化鎢、碳化鈦、晶須、鈷、鐵原料在氫氣還原爐中進(jìn)行還原預(yù)處理。 第二步混料按比例稱(chēng)量所需的碳化鎢、碳化鈦、晶須、氧化鑭、氧化鈰、鈷、鐵等原料，放到球磨罐 中均勻混料，時(shí)間為6 24h。 第三步成型原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為10 50MPa，熱壓溫 度的為148(TC 1600'C，保溫時(shí)間為20 60分鐘。具體實(shí)施方法實(shí)施例l:碳化鎢含量為77wt^，晶須含量為0.5wt^，碳化鈦含量為18wt%，碳含量0.5 wt%，含鉻化合物為2wtX,氧化鑭含量為0.4 wt%,氧化鈰含量為0.2 wt%，鈷含量為0.4wt %，鐵含量為lwtW。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為10 h，原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中 直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為18MPa，熱壓溫度的為1480°C，保溫時(shí)間為25分鐘。制成的 刀具密度9.1 g/cm3 ,硬度值為20.86GPa，斷裂韌性8.25 MPam1/2，磨損量為O.Ollmnj/h (Crl2 鋼在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。實(shí)施例2:碳化鎢含量為75wt% ，晶須含量為0.4 wt% ，碳化釹含量為20 wt% ，碳含量0.6wt %，含鉻化合物為1.6 wt%，氧化鑭含量為0.5 wt%，氧化鈰含量為0.3 wt%，鈷含量為0.2wt %，鐵含量為1.4wt^。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為12h，原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中 直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為20MPa，熱壓溫度的為150(TC，保溫時(shí)間為30分鐘。制成的 刀具密度8.9 g/cm3，硬度值為22.86GPa，斷裂韌性8.67 MPam1/2，磨損量為0.010mm/h (Crl2 鋼在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。實(shí)施例3:碳化鎢含量為65wtX，晶須含量為0.4wt^，碳化鈦含量為30wtX，碳含量0.6 wt%，含鉻化合物為2wtX,氧化鑭含量為0.5 wt%，氧化鈰含量為0.1 wt%，鈷含量為0.4wt %，鐵含量為lwtX。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為10 h，原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中 直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為22MPa，熱壓溫度的為158(TC,保溫時(shí)間為40分鐘。制成的 刀具密度8.8 g/cm3，硬度值為22.68 GPa，斷裂韌性8.34 MPam"2，磨損量為0.008mm/h (Crl2 鋼在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。實(shí)施例4:碳化鎢含量為65wt%，晶須含量為1 wt%，碳化鈦含量為30wt%，碳含量0.2wt %，含鉻化合物為1.8 wt%，氧化鑭含量為0.2wt%，氧化鈰含量為0.2 wt%，鈷含量為0.6 wt %，鐵含量為2wtM。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為6h，原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中直 接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為30MPa，熱壓溫度的為1570°C,保溫時(shí)間為50分鐘。制成的刀 具密度8.5g/cm3 ，硬度值為23.86GPa，斷裂韌性8.46 MPam1/2，磨損量為0.009mm/h (Crl2鋼 在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。實(shí)施例5:碳化鎢含量為76wt%，晶須含量為2wt%，碳化鈦含量為18wt%，碳含量O.l wt %，含鉻化合物為1.9 wt%,氧化鑭含量為0.2wt%，氧化鈰含量為0.2 wt%,鈷含量為0.4 wt %，鐵含量為1.2wt%。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為20h,原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中 直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為lOMPa，熱壓溫度的為1590'C，保溫時(shí)間為48分鐘。制成的 刀具密度9.7 g/cm3 ,硬度值為19.86GPa，斷裂韌性8.45 MPam1/2，磨損量為0.012mm/h (Crl2 鋼在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。實(shí)施例6:碳化鎢含量為86wt%，晶須含量為1.5 wt%，碳化鈦含量為8wt%，碳含量0.5 wt %，含鉻化合物為2.2 wt%，氧化鑭含量為0.4 wt%，氧化鈰含量為0.2 wt%，鈷含量為0.2wt鐵含量為lwt^。在球磨罐中均勻混料時(shí)間為24 h,原料取出后，放到熱壓機(jī)的樣品槽中 直接熱壓成型。熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為18MPa,熱壓溫度的為1600°C，保溫時(shí)間為20分鐘。制成的 刀具密度10.2 g/cm3 ,硬度值為19.42GPa，斷裂韌性8.92 MPam1/2，磨損量為O.OlOmm/h (Crl2 鋼在相同條件下的磨損量為0.06mm/h)。
權(quán)利要求
1、一種線(xiàn)路板粉或電路板碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料，其特征在于該刀具材料以碳化鎢基體材料，以晶須為增韌材料，以碳化鈦為耐磨劑，以碳為脫氧劑，以含鉻化合物、氧化鑭、氧化鈰為添加劑，以鈷、鐵為基體增強(qiáng)劑，其中碳化鎢含量為60wt％～86wt％，晶須含量為0.5～4wt％，碳化鈦含量為6～30wt％，碳含量0.1～1wt％，含鉻化合物為0.1～2wt％，氧化鑭含量為0.1～0.5wt％，氧化鈰含量為0.1～0.5wt％，鈷含量為0.1～3wt％，鐵含量為0.1～3wt％，各組分含量均為重量百分比。
2、 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的刀具材料，其特征在于所述碳化鎢的粒度不大于4(Him，碳化 鈦、含鉻化合物、碳、氧化鑭、氧化鈰四種粉末的粒度都不大于82pm，晶須的直徑為8 18jmi， 晶須的長(zhǎng)度為22 210nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的刀具材料，其特征在于使用的晶須為氧化鋁晶須，也可使 用碳化硅晶須、氮化硅晶須，所用的含鉻化合物為氮化鉻、碳化鉻、氮碳化鉻和氧化鉻四種中 的一種或幾種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求
1的所述的刀具材料，其特征在于使用的碳包括石墨和不定型碳，其 粒度為20 30pm。
5、 一種制備線(xiàn)路板或電路板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料的方法，其特征在于所述方法是將所 有原料放在球磨罐中充分混合，混料時(shí)間為6h 24h，原料充分混合后取出，放在熱壓機(jī)的樣 品熱壓槽中直接熱壓成型，熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為10 40MPa,熱壓溫度的為148(TC 1600'C，保溫 時(shí)間為20 60分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求
1的制備方法，其特征在于所述易氧化的原料如碳化鈦、碳化鎢、含鉻 化合物、鈷、鐵在混合前須進(jìn)行還原預(yù)處理。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明一種線(xiàn)路板粉或電路板粉碎專(zhuān)用陶瓷刀具材料及其制備方法，屬于粉碎設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域：
。所述陶瓷刀具以晶須為增韌材料，以碳化鎢為基體材料，以碳化鈦為耐磨劑，以碳為脫氧劑，以含鉻化合物、氧化鑭、氧化鈰為添加劑，上述組分均勻混合后，采用熱壓的方法直接成型。原料充分混合后取出，放在熱壓機(jī)的樣品熱壓槽中直接熱壓成型，熱壓時(shí)的壓強(qiáng)為10～40MPa，熱壓溫度的為1480℃～1600℃。本發(fā)明研制的專(zhuān)用韌性陶瓷刀具具有良好的沖擊韌性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)硬度也很高。該刀具材料不僅制備工藝簡(jiǎn)單，而且生產(chǎn)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于常規(guī)的先將混勻的原料壓制成型，然后進(jìn)行燒結(jié)成型的制備方法。該刀具材料不僅適合于制作廢線(xiàn)路板/電路板粉碎設(shè)備專(zhuān)用刀具。
文檔編號(hào)C04B35/56GKCN101157554SQ200710175262
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年9月28日
發(fā)明者劉華峰, 李金惠, 楊連威, 石丕星 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan