[發(fā)明專利]原位生長碳氮化鈦系晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料粉末及其制備工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910014462.8
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101492306A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃傳真;崇學(xué)文;徐亮;劉含蓮;鄒斌;艾興
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C04B35/81
• 分類號: C04B35/81;C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王緒銀;薛玉麟

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到復(fù)相陶瓷粉末及其制備工藝，尤其是用于制備高性能原位生長碳氮化鈦系晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料粉末及其制備工藝。

二、背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)陶瓷材料具有高硬度、高耐磨性、高化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫等優(yōu)點，但是陶瓷材料所固有的脆性限制了它的應(yīng)用。適量添加具有較高彈性模量的晶須能夠大大提高陶瓷材料的斷裂韌度和抗彎強度。傳統(tǒng)工藝制備晶須增韌陶瓷刀具材料粉末一般采用外部添加適量晶須和機械混合的方式，其制備工藝存在工藝復(fù)雜、晶須易團聚、晶須價格昂貴、污染環(huán)境以及危害人體健康等缺點。

中國知識產(chǎn)權(quán)局專利局授權(quán)的，專利號為ZL200610043597.3的“原位生長碳氮化鈦晶須增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料粉末及其制備工藝”，以α-Al₂O₃顆粒為基體，加入能夠原位生成晶須的先驅(qū)體復(fù)合粉末，然后在合適的生長溫度和保溫時間下，合成具有一定碳氮化鈦晶須體積含量的氧化鋁基復(fù)相陶瓷粉末，作為制備高性能晶須增韌陶瓷刀具材料的原料。該專利，雖然涉及到了原位生長碳氮化鈦晶須，但是其碳氮化鈦晶須是單一的性能品種，生成碳氮化鈦晶須的前驅(qū)體有待于進一步優(yōu)化，原位生長碳氮化鈦晶須的產(chǎn)量和質(zhì)量及工藝均需提高。

三、發(fā)明內(nèi)容

Ti(C_xN_1-x)w是由TiC和TiN形成的連續(xù)固溶體，TiC點陣中的C原子可以被N原子以任何的比例替代，同理，TiN點陣中的N原子亦可以被C原子以任何的比例替代。Ti(C_1-xN_x)w的性能隨C/N成分的改變而有所變化，能起到增韌補強的作用，因此可制備碳氮化鈦系列晶須材料。

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的復(fù)相陶瓷粉末及其制備工藝的缺陷，通過直接在氮化硅基體中原位生長具有高彈模量的碳氮化鈦系晶須，為制備力學(xué)性能優(yōu)良的原位生長系列晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料提供高品質(zhì)、低價格、多品種的復(fù)相陶瓷粉末材料及其制備工藝，用以替代傳統(tǒng)外部添加晶須增韌陶瓷刀具材料粉末及其制備工藝。

本發(fā)明的基本構(gòu)思是以氮化硅顆粒為基體，加入能夠原位生成晶須的先驅(qū)體復(fù)合粉末，然后在合適的生長溫度和保溫時間下，合成具有不同碳氮化鈦晶須及其一定晶須體積含量的氮化硅基復(fù)相陶瓷粉末，作為制備高性能晶須增韌陶瓷刀具材料的原料。

原位生長碳氮化鈦晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料粉末，其原料由氮化硅和能夠生成碳氮化鈦晶須的先驅(qū)體粉末組成；材料成分為(重量比％)：TiO₂?25％-31％；C?9％-12％；NaCl15％-20％；KCl?15％-20％；NiCI?1％-2％；Si₃N₄余量。

生成后的碳氮化鈦晶須(含少量顆粒)有數(shù)種，如：TiC_0.1N_0.9、TiC_0.2N_0.8、TiC_0.3N_0.7、TiC_0.5N_0.5、TiC_0.7N_0.3、TiC_0.8N_0.2等，晶須在氮化硅基復(fù)相陶瓷粉末中的重量含量為：35％-55％。

原位生長碳氮化鈦晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料粉末的的制備工藝，主要是晶須原位生長工藝。該工藝是：(1)將按比例配制的碳氮化鈦晶須先驅(qū)體配料和氮化硅顆粒，加無水乙醇于缸式球磨機中用氧化鋁球混合24小時；(2)將混勻的混合料放入真空干燥箱中干燥，干燥后用100目篩篩選，得到復(fù)合粉末；(3)將復(fù)合粉末裝入石墨容器中，在升溫速率50℃/min、N₂流速0.1-0.4Nm³/h、溫度1250℃-1500℃、保溫60min-120min條件下，合成原位生長碳氮化鈦系列晶須增韌氮化硅基陶瓷刀具材料粉末。

本發(fā)明構(gòu)思新穎，能夠大幅度提高氮化硅基陶瓷刀具材料斷裂韌度和抗彎強度。其材料質(zhì)量高、品種多、成本低，工藝簡單、環(huán)境污染輕、易于產(chǎn)業(yè)化。

四、實施例：