[其他]高耐磨性高韌性氮化硅基陶瓷刀具材料

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85100177
• 申請(qǐng)日: 1985-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN85100177B
• 公開(kāi)（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(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B35/58
• 分類(lèi)號(hào): C04B35/58
• 代理公司: 清華大學(xué)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 穆湘容

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(lái)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(lèi)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(zhuān)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(guò)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(guò)改變致密化助劑和適當(dāng)?shù)墓に嚕瑏?lái)改善Si₃N₄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(lái)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(guò)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(guò)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。

根據(jù)本發(fā)明，這種耐磨的氮化硅基陶瓷刀具材料，可采用熱壓或高溫等靜壓法來(lái)達(dá)到致密化。熱壓的溫度范圍可為1600～1850℃，壓力可為150～400kg/cm²，恒溫時(shí)間可為15～90分鐘。其工藝過(guò)程如下：將α-Si₃N₄、TiC、致密化助劑等粉末按合適的比例稱(chēng)量，進(jìn)行混磨、烘干、造粒，然后將混合粉末裝入石墨模具中，置于熱壓爐內(nèi)進(jìn)行升溫加壓工藝，得到的β-Si₃N₄為基的材料，再進(jìn)行退火處理，退火是在氮?dú)饣驓鍤庵羞M(jìn)行，退火溫度可在1200～1500℃范圍內(nèi)，升溫時(shí)間為0.5～2小時(shí)，恒溫時(shí)間為0.5～4小時(shí)，最后切割成刀片使用。

用本發(fā)明所述的工藝制得的高耐磨性氮化硅基陶瓷材料，其主晶相應(yīng)為β-Si₃N₄分散相為T(mén)iC，其晶界相應(yīng)為結(jié)晶相與極小量玻璃相。

根據(jù)本發(fā)明所制得的高耐磨性氮化硅基陶瓷材料，可用來(lái)加工淬硬鋼，冷硬鑄鐵等難加工材料，不僅可以作刀具，還可用來(lái)制作精密軸承、軸套、量塊、導(dǎo)軌、噴嘴和拔絲模等多種機(jī)械零部件。