[發明專利]一種氮化硅-碳化鎢鈦納米復合陶瓷刀具材料的制備方法

無效

• 申請號: 201410001211.7
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103739292A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 趙軍;田憲華;劉帥;宮兆超
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/56;C04B35/622
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明屬于陶瓷材料技術領域，涉及一種氮化硅-碳化鎢鈦納米復合陶瓷刀具材料的制備方法。

背景技術

切削加工是機械制造業中占主導地位的加工方法，刀具材料的發展對切削加工的進步起決定性作用，陶瓷刀具因其具有高的耐磨性、耐熱性、抗氧化性等優點，80年代以來，已取得突破性進展，陶瓷刀具材料必將成為廿一世紀最主要的刀具材料之一。氮化硅陶瓷由于具有高強度、高抗熱震性、高耐磨性、化學穩定性等一系列優良性能，廣泛應用于切削刀具，但其硬度和斷裂韌度較低。

在陶瓷材料中加入納米顆粒可以有效提高復合陶瓷材料的抗彎強度和斷裂韌度（Sternitzke?M..Review:Structural?Ceramic?Nanocomposites[J].J.Eur.Ceram.Soc,1997,17:1061-1082）,并且明顯改善其高溫性能（李廣海，江安全，張立德.添加納米對陶瓷增韌和增強的影響[J].金屬學報，1996,32(12):1285-1288）。在微米Si₃N₄基體中加入納米Si₃N₄顆粒，有利于細化晶粒，促進β-Si₃N₄的形成，促進基體材料長柱狀類晶須晶粒直徑尺寸呈雙峰分布特征，提高材料的抗彎強度和斷裂韌度。在氮化硅基體材料中加入SiC顆粒可明顯提高其抗彎強度，但是硬度和韌性仍十分有限（Hirano?T,Niihara?K.Microstructure?and?mechanical?properties?of?Si₃N₄/SiC?composites[J].Mater?Lett,1995,22(5):249-254.）。當加入TiN顆粒時，可明顯提高氮化硅陶瓷的強度和韌性，但是硬度仍較低（Zou?B,Huang?C,Chen?M,et?al.Study?of?the?mechanical?properties,toughening?and?strengthening?mechanisms?of?Si₃N₄/Si₃N₄w/TiN?nanocomposite?ceramic?tool?materials[J].Acta?Mater,2007,55(12):4193-4202.）。

因此，如何同時獲得高的強度、韌性和硬度，是開發氮化硅基納米復合陶瓷材料的關鍵所在。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，通過在微米級氮化硅基體中，添加適量的納米相氮化硅以及增強相碳化鎢鈦，提供一種氮化硅-碳化鎢鈦納米復合陶瓷刀具材料的制備方法，制備具有高強度、高硬度、高韌性及良好高溫穩定性的氮化硅-碳化鎢鈦納米復合陶瓷刀具材料。

本發明是通過以下方式實現的。

一種氮化硅-碳化鎢鈦納米復合陶瓷刀具材料的制備方法，其特征是包括以下步驟：

(1)原料的準備：用無水乙醇作為介質，分別對微米α-Si₃N₄、納米α-Si₃N₄，微米Al₂O₃和微米(W,Ti)C原料粉末，進行球磨，以打散較大的團聚顆粒，獲得更為均勻的粉末，之后經過真空干燥、過篩，封裝以備用；

(2)納米顆粒的分散：應用步驟（1）中球磨好的納米α-Si₃N₄粉末，分散過程以無水乙醇為分散介質，加入相對納米α-Si₃N₄質量為0.5%的分子量為4000的聚乙二醇，配制成懸浮液；采用氨水滴定法將懸浮液的PH值調整為9.5～10，使懸浮液呈堿性；然后放在超聲分散攪拌機上分散25～30分鐘，得到分散良好的α-Si₃N₄懸浮液；