[其他]高耐磨性高韌性氮化硅基陶瓷刀具材料

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101985000000177
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN85100177B
• 公開（公告）日: 1987-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗赫濯;馬德金;羅振璧;衷待群;江作昭;劉兆男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 代理公司: 清華大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 穆湘容

一種改進(jìn)的以碳化鈦為耐磨分散相，氧化釔、氧化鋁或其它氧化物為致密化助劑的高耐磨性高韌性氮化硅基復(fù)合陶瓷材料。這種陶瓷材料中加入了氧化鋁，同時(shí)在燒結(jié)后經(jīng)過退火處理，具有優(yōu)良的高溫性能（強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性等）和化學(xué)穩(wěn)定性。用這種陶瓷制作的刀具在加工淬硬鋼（ＣｒＷＭｎ，ＨＲＣ５８～６２）和冷硬鑄鐵（ＨＳ７１－７３）工件時(shí)，其刀具壽命是以往的復(fù)合氮化硅陶瓷刀具的２．１倍，Ａｌ₂Ｏ₃－ＴｉＣ復(fù)合刀具的６～７倍，硬質(zhì)合金刀具的７０～１１０倍。這種陶瓷材料還可制作多種精密機(jī)械零件（量塊、導(dǎo)軌、軸承等），也可制作拔絲模等工具。

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的氮化硅（Si₃N₄）基陶瓷材料，特別是一種適宜于用作刀具的由氮化硅基體、耐磨的分散相和耐高溫的晶界相組成的陶瓷材料。

近年來氮化硅作主晶相基體，碳化鈦（TiC）作耐磨分散相做成的刀具，具有很好的切削效果，這是因?yàn)榈韬吞蓟伓加泻芎玫哪湍バ浴５且酝@類刀具材料的晶界相，常常是高溫性能較差的玻璃相，在切削溫度下由于晶界玻璃相的軟化將會(huì)影響到刀具的切削性能。歐洲專利EP0035777，采用氮化硅作基體，碳化鈦?zhàn)髂湍シ稚⑾啵趸悾╕₂O₃）等，作為致密化助劑。實(shí)際上，由致密化助劑和材料中的雜質(zhì)如SiO₂等所形成的晶界常為玻璃相，因而影響刀具的耐磨性和切削壽命。

由于在切削過程中，刀尖部分溫度很高，可達(dá)1000℃以上。因此晶界玻璃相不良的耐熱性將嚴(yán)重影響氮化硅主晶相固有耐磨性能的發(fā)揮，從而影響刀具的切削性能和切削壽命。

本發(fā)明的任務(wù)就是維持Si₃N₄作為主晶相基體和耐磨的TiC作為分散相，通過改變致密化助劑和適當(dāng)?shù)墓に嚕瑏砀纳芐i₃N₄晶界相的結(jié)構(gòu)，從而提高其耐熱性和高溫強(qiáng)度，增加刀尖部分在切削高溫下的耐磨性。

本發(fā)明的任務(wù)以下述兩方面來完成，在配料中除加少量的Y₂O₃或其他稀土氧化物，還可加入Al₂O₃或MgAl₂O₄，MgO，ZrO₂等氧化物中的一種或一種以上的混合物，為了阻止晶粒過分發(fā)展和促進(jìn)致密化的作用，還加入少量AlN;為了盡可能減少晶界的玻璃相，提高晶界相的耐熱性，可對(duì)材料進(jìn)行退火處理，使晶界形成一部分熔點(diǎn)較高的結(jié)晶相。如釔鋁石榴石、氧氮化鋁硅固溶體等，由于致密化助劑的加入量是很小的，所以主晶相仍為β-Si₃N₄。通過上述措施，最后可獲得高耐磨性高韌性的陶瓷刀具材料。

對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述如下：根據(jù)本發(fā)明，在重量100份的α-Si₃N₄粉末中，外加入耐磨的分散相TiC粉末5～30份，致密化助劑Y₂O₃或其他稀土氧化物1～10份，Al₂O₃或其他氧化物如MgAl₂O₄，ZrO₂，MgO等，0.5～5份，AlN0.5～5份。

對(duì)原材料的技術(shù)要求可為：Si₃N₄粉末中α相大于90%，純度＞95%，平均粒徑在0.1～2.0μ范圍內(nèi);TiC的純度＞98%，平均粒徑在0.1～3μ范圍內(nèi);致密化助劑的純度大于98%，平均粒徑為0.1～3μ的范圍。