[其他]高耐磨性高韌性氮化硅基陶瓷刀具材料

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85100177
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100177B
• 公開（公告）日: 1987-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗赫濯;馬德金;羅振璧;衷待群;江作昭;劉兆男
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58
• 代理公司: 清華大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 穆湘容

本發(fā)明涉及一種改進的氮化硅（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，這是因為氮化硅和碳化鈦都有很好的耐磨性。但是以往這類刀具材料的晶界相，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影響到刀具的切削性能。歐洲專利EP0035777，采用氮化硅作基體，碳化鈦作耐磨分散相，氧化釔（Y₂O₃）等，作為致密化助劑。實際上，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。

由于在切削過程中，刀尖部分溫度很高，可達1000℃以上。因此晶界玻璃相不良的耐熱性將嚴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，通過改變致密化助劑和適當?shù)墓に?，來改善Si₃N₄晶界相的結(jié)構(gòu)，從而提高其耐熱性和高溫強度，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，為了阻止晶粒過分發(fā)展和促進致密化的作用，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，可對材料進行退火處理，使晶界形成一部分熔點較高的結(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。通過上述措施，最后可獲得高耐磨性高韌性的陶瓷刀具材料。

對本發(fā)明的詳細描述如下：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達到致密化。熱壓的溫度范圍可為1600～1850℃，壓力可為150～400kg/cm²，恒溫時間可為15～90分鐘。其工藝過程如下：將α-Si₃N₄、TiC、致密化助劑等粉末按合適的比例稱量，進行混磨、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)進行升溫加壓工藝，得到的β-Si₃N₄為基的材料，再進行退火處理，退火是在氮氣或氬氣中進行，退火溫度可在1200～1500℃范圍內(nèi)，升溫時間為0.5～2小時，恒溫時間為0.5～4小時，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TiC，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，還可用來制作精密軸承、軸套、量塊、導(dǎo)軌、噴嘴和拔絲模等多種機械零部件。