本發明涉及一種石墨烯增強的超硬刀具，具體涉及一種石墨烯增強的超硬刀具的制備方法。
背景技術：
石墨烯是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比最好的鋼材還要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、強度最高的材料，比鉆石還堅硬。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合金刀刃部分涂覆超硬涂層，但以上刀具壽命仍達不到理想要求，尤其是超硬涂層壽命更短且易脫落。因此耐磨、耐高溫長壽命的超硬刀具仍需要人們去研制。
技術實現要素：
為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種石墨烯增強的超硬刀具，石墨烯是目前最堅硬的材料，在超硬粉體中加入石墨烯燒結成型后可有效提升刀具的強度。
一種石墨烯增強的超硬刀具，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、粘結劑經高溫高壓燒結而成；刀刃部分采用石墨烯、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結劑經高溫高壓燒結而成。
所述刀體部分中各組分的質量份數為：聚晶金剛石0.5-8份，聚晶立方氮化硼9-1份，粘結劑0.5-1份。
所述刀刃部分中各組分的質量份數為：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劑為鈷、鉬、鈦、鐵、鋁、鎳、銅、鎢、鉻單質及其氧化物、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，在惰性氣體保護下，高溫高壓燒制而成。此方法制備的晶粒大小均勻，晶界嚴密閉合，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、三維網狀、強共價鍵的致密結構，石墨烯的引入使得刀刃部分強度遠大于刀體部分。
所述刀體及刀刃胚體的壓制壓強為8-30gpa，壓制時間5s-50min。
所述刀體及刀刃胚體的燒制壓強為10-30gpa，溫度為800-3000℃，時間30s-40min，惰性氣體為n2、ar中的一種。
一種石墨烯增強的超硬刀具，其加工方法如下：
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑0.5-1份。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力8-30gpa下壓制時間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，在壓強為10-30gpa，燒結溫度為800-3000℃，燒結時間為30s～40min，惰性氣體為n2或ar保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
本發明提供的技術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，燒結后刀體與刀刃可成為一體，本發明通過將世界上最堅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度、耐磨性及耐高溫性能，有效延長超硬刀具的使用壽命。
具體實施方式
使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
實施例1：
本發明提供的石墨烯增強的超硬刀具，其加工方法如下：
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑0.5份。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力8gpa下壓制時間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，在壓強為10gpa，燒結溫度為3000℃，燒結時間為40min，在惰性氣體n2保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
實施例2：
本發明提供的一種石墨烯增強的超硬刀具，其加工方法如下：
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑1份。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力30gpa下壓制時間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，在壓強為30gpa，燒結溫度為1000℃，燒結時間為20min，在惰性氣體ar保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
實施例3：
本發明提供的一種石墨烯增強的超硬刀具，其加工方法如下：
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑1份。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力20gpa下壓制時間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，在壓強為25gpa，燒結溫度為2000℃，燒結時間為20min，惰性氣體為n2保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
對比例1
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑1份。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力30gpa下壓制時間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，在壓強為30gpa，燒結溫度為1000℃，燒結時間為20min，在惰性氣體ar保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
對比例2
步驟一：刀具胚體制備
將硬質合金切割打磨成刀具形狀，并對刀刃部分進行開刃處理。
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。
對比例3
步驟一：刀體部分制備
將陶瓷材料al2o3添加至模具內加工成刀體。
步驟二：刀刃部分物料準備
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應的位置，在壓力20gpa下壓制時間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，在壓強為25gpa，燒結溫度為2000℃，燒結時間為20min，在惰性氣體ar保護下燒制即可制得超硬刀具。
對比例4
步驟一：刀體部分物料準備
將刀體部分所需物料聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、粘結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，粘結劑0.5份。
步驟二：刀刃部分準備
將al2o3這種陶瓷材料在模具內加工成刀刃部分。
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應的位置，在壓力8gpa下壓制時間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，在壓強為10gpa，燒結溫度為3000℃，燒結時間為40min，在惰性氣體n2保護下燒制即可制得石墨烯增強的超硬刀具。
刀具加工成型后對其硬度進行檢測，本發明實施例1-3和對比例的工藝參數及其產品性能檢測數據對比結果如表1所示。
表1實施例與對比例性能對比
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。