[發(fā)明專利]一種氮化硅基導電陶瓷的制備方法及氮化硅基導電陶瓷刀具的成型方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510067122.7
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104609865A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 伍尚華;古尚賢;郭偉明;曾俊杰;李安瓊;蔣強國;高棱;周茂鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/596
• 分類號: C04B35/596;C04B35/622
• 代理公司: 深圳市精英專利事務(wù)所 44242
• 代理人: 馮筠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化硅基導電陶瓷的制備方法及氮化硅基導電陶瓷刀具的成型方法。

背景技術(shù)

氮化硅陶瓷作為非氧化物絕緣工程陶瓷，具有耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化性、抗熱沖擊及低比重等優(yōu)異性能，上世紀80年代初期由通用公司首先將氮化硅陶瓷試用于切削加工用刀具領(lǐng)域，它的出現(xiàn)使得刀具材料在耐高溫和硬度方面有著驚人的提高，使得很多加工溫度極高、耗費刀具的工件材料的加工變得容易，是加工領(lǐng)域的一次很大的突破。目前氮化硅基陶瓷刀具主要有純Si₃N₄陶瓷刀具、復(fù)合Si₃N₄陶瓷刀具、塞隆陶瓷刀具(Sialon)、納米增韌Si₃N₄陶瓷刀具、晶須增韌Si₃N₄陶瓷刀具這幾種。氮化硅陶瓷刀具的成型加工方法主要有以下兩種：一是采用金剛石砂輪磨削方法對燒結(jié)好的氮化硅陶瓷進行簡單型面加工，切削力大、消耗能量多、加工成本高、效率低；二是采用澆鑄或者等靜壓成型等方式，將粉體先成型為氮化硅刀具胚體，然后放入高溫爐子里進行燒結(jié)，出爐后對其進行平磨、研磨、倒棱角和刃磨等精加工。對于上述的兩種加工方法，第一種加工方法限制了復(fù)雜形狀氮化硅刀具的成型，加工成本較高，但不限制氮化硅基刀具材料的燒結(jié)制備工藝，氮化硅基刀具材料可以通過熱壓或者熱等靜壓的燒結(jié)方式制備出性能更加優(yōu)異的氮化硅基刀具。第二種加工方法雖然可制備出復(fù)雜形狀的刀具，但對材料的制備工藝提出了一定的要求，只能進行氣氛燒結(jié)或者氣壓燒結(jié)，材料性能會受到一定的限制。

另一方面，近幾十年，涂層刀具的成功推廣使用，使得人們對刀具涂層技術(shù)的研究越加重視，并使得刀具涂層技術(shù)有了長足的發(fā)展。而隨著陶瓷刀具在難加工材料等領(lǐng)域嶄露頭角，近十幾年，各刀具公司和研究機構(gòu)對將刀具涂層技術(shù)應(yīng)用于陶瓷刀具的巨大前景非常感興趣，并做了很多研究，但目前主要還是應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具上，可顯著提高刀具的切削壽命。盡管在21世紀初有人嘗試用PVD工藝在氮化硅陶瓷上制備涂層，但是由于氮化硅陶瓷的絕緣性，盡管有一批學術(shù)文章，在生產(chǎn)上仍無法實現(xiàn)。一直到兩三年前，德國有幾家公司采用革新的PVD濺射技術(shù)，使得在氮化硅陶瓷上應(yīng)用PVD涂層工藝成為可能。但是，他們的工藝也有其缺陷，還有技術(shù)障礙需要克服，如成本高，涂層與基體的結(jié)合力不是很理想等問題。

以上所述的各因素均限制了氮化硅陶瓷刀具的推廣使用，因此制備一種兼具良好導電性能和良好力學性能的氮化硅陶瓷刀具是非常必要的，也是未來氮化硅陶瓷刀具的發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的氮化硅陶瓷電學性能差、脆性大、難加工，且現(xiàn)有氮化硅陶瓷刀具的成型加工方法存在缺陷和不足的問題，提供一種兼具良好力學性能和良好電學性能的氮化硅陶瓷的制備方法，以及應(yīng)用該種氮化硅陶瓷制作刀具的成型方法。應(yīng)用該種氮化硅陶瓷制作的陶瓷刀具適宜PVD涂層工藝。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種氮化硅基導電陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

S1、將50-88％vol的Si₃N₄粉、10-45％vol的導電相、0-5％vol的粘結(jié)劑、2-5％vol的燒結(jié)助劑混合到一起，得混合原料。

優(yōu)選的，所述燒結(jié)助劑由MO和稀土氧化物組成，所述MO為MgO、Al₂O₃、CaO和SiO₂中的至少一種。

優(yōu)選的，所述導電相為TiN、TiC、TiC_1-xN_x、MoSi₂、TiB₂、ZrB₂、納米碳纖維(CNFs)、石墨烯、碳納米管(CNT)中的任一種；所述x為0.3-0.7。

優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為Co、Mo、Ni、W、Ta和Ti中的至少一種。

S2、將混合原料分散于有機溶劑中，得混合漿料，然后將混合漿料烘干并過50-200目篩，得混合粉料。

優(yōu)選的，混合原料與有機溶劑混合后，首先球磨4-48h，然后超聲分散3-5min，得混合漿料。接著，將混合漿料置于60-80℃下蒸發(fā)除去大部分有機溶劑，然后在60-100℃下將混合漿料烘干并過50-200目篩，得混合粉料。

優(yōu)選的，所述混合漿料中固相的體積百分比為35-45％；有機溶劑為無水乙醇。