[其他]高韌性氮化硅基陶瓷刀具材料及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85103011
• 申請日: 1985-04-03
• 公開（公告）號: CN85103011A
• 公開（公告）日: 1986-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 李文宏;范景林;趙惠琴;李杰;王樹海
• 申請（專利權）人: 國家建材局山東工業(yè)陶瓷研究所
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C01F5/02;C01F7/02;C01F17/00;C01G25/02;C01B31/34;B23B27/14
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本發(fā)明所屬技術領域是陶瓷中的高溫工程陶瓷。

本發(fā)明是關于以Si₃N₄為基質(zhì)，加入一定量的燒結助劑，并加入一定量的未穩(wěn)定ZrO₂和微細WC粉，熱壓或燒結制成具有高韌性的Si₃N₄基陶瓷刀具材料及其制造方法。

以往，高硬耐磨鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的切削加工系采用磨削或采用硬質(zhì)合金刀具、純Al₂O₃刀具，或一般熱壓Si₃N₄刀具，材料抗沖擊性差，切削速度低，工效低，特別在粗（荒）坯加工和斷續(xù)切削等沖擊較嚴重的情況下，更加難以勝任。

國內(nèi)七十年代末期幾個單位研制的熱壓Si₃N₄刀具材料韌性較差，抗沖擊強度僅4公斤-厘米/厘米²。清華大學在Si₃N₄基體中摻加TiC進行彌散強化，抗沖擊強度和斷裂韌性均有所提高。國際上多采用在Si₃N₄基質(zhì)中添加ZrO₂作為彌散體，進行增韌，如美國專利NO4322249，日本公開特許公報57-71871，55-47276在Si₃N₄基體中加入穩(wěn)定或未穩(wěn)定ZrO₂作為彌散體，制成陶瓷刀具材料。

本發(fā)明為了解決陶瓷刀具材料抗沖擊性低下的問題，采用以Si₃N₄為基質(zhì)，加入一定量的燒結助劑，并加入未穩(wěn)定ZrO₂和微細WC粉為雙彌散體，制得高韌性陶瓷刀具材料，其抗沖擊性、斷裂韌性和洛氏硬度均有大幅度提高。

Si₃N₄是強共價鍵材料，自身難以燒結，必須加入燒結助劑才能燒結，單獨添加ZrO₂到Si₃N₄中，因高溫下發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應，致使材料不能致密化。以MgO·Al₂O₃，或Y₂O₃+Al₂O₃為燒結助劑，使材料在高溫下快速致密化，ZrO₃便不致與Si₃N₄發(fā)生產(chǎn)生氣體的反應，因而可以得到高致密陶瓷材料。ZrO₂在燒結一冷卻過程或燒后處理中發(fā)生相變，產(chǎn)生微裂紋，微裂紋在使用時吸收能量，或使用時發(fā)生相變吸收能量，起到增韌作用。高硬度的WC微細顆粒彌散分布在Si₃N₄基體中，提高了材料的微區(qū)硬度，并改善了材料的脆性，阻止了裂紋的增長。

燒結助劑的添加量在1%以下時，作用過小，材料不能燒結，添加量達15%以上時，材料性能顯著惡化，刀具材料應具有的耐磨性、抗沖擊性顯著降低，材料不能作為刀具材料。ZrO₂添加量在1%以下時增韌效果顯示不出，15%以上時，ZrO₂的變態(tài)量增加，體積膨脹量過大，燒結體可能發(fā)生破壞，WC的添加量在1～10%的范圍內(nèi)，便有明顯效果。

將本發(fā)明的配料，在1600～1800℃，150～300公斤/厘米²壓力，非氧化氣氛下熱壓20分鐘～2小時，得到高致密Si₃N₄基陶瓷燒結體。還可將摻加WC的配料與不摻加WC的配料按一定比例混合熱壓，制得花斑狀高致密陶瓷材料。

根據(jù)本發(fā)明制造的Si₃N₄基陶瓷刀具材料，抗沖擊性、斷裂韌性和洛氏硬度均有顯著提高。用此種材料制成的陶瓷刀具可順利地進行高硬耐磨鑄鐵等難加工材料的粗（荒）坯切削加工和非連續(xù)切削加工。