专利名称：一种陶瓷刀具材料的制作方法
技术领域：
本发明属于陶瓷材料，适用于制成金属切削刀具。
《山东工学院学报》(1982年第4期P1-16)发表了一篇氧化铝-碳化物系组合陶瓷刀具材料。资料中介绍了一种陶瓷刀具材料，氧化铝-碳化钨、碳化钛饱和固溶体系。认为其微观组织是骨架组织，它是由作为耐磨相的氧化铝形成一个连续的骨架而作为硬质相的碳化钨、碳化钛饱和固溶体形成另一个连续骨架，两个骨架相互均匀地穿插，从而结合成为一个整体陶瓷，此种材料切削多种淬硬钢性能优异。但因微观组织中，两骨架组织主要为静电结合，表现在性能上强度。韧性值偏低，三点抗弯强度为≥80kg/mm2。断裂韧性为5.6MPa·m
(压痕法)，因此刀具使用寿命偏低。
本发明的任务就是维持氧化铝作为耐磨相，通过加入合适的金属成分，从而加强碳化物骨架及两骨架的结合，在保证硬度满足使用要求的前提下，提高其抗弯强度和断裂韧性，增加刀具的抗冲击性，从而提高刀具的使用寿命。本发明在陶瓷刀具材料组成配方中加入了适当配比的钴或镍，钼或钨，铝，钛金属成分而实现其目的。
本发明的配方组成为氧化铝为市售的α晶型Al2O3或铝酸盐如硫酸铝、氢氧化铝、醋酸铝等热分解所获得的α-Al2O3，其纯度＞99%，粒度＜50μm，所占组成体积比的35-65%。
碳化物为市售的碳化钨、碳化钛饱和固溶体。使用固溶体比单独使用碳化钨和碳化钛粉的优点在于碳化物形成固溶体会使硬度增加。且能使部分碳化物自动消除石墨、氧化物和氮化物。其化学成份为Ti22-25%，C总9.3-9.7%、C游＜0.3%Fe＜0.3%，其余为W。粒度为2-4μm，所占组成体积比的30-60%。
金属可加入钴或镍(即加入钴就可不加镍，或是加入镍就不加钴)、钼或钨、铝、钛金属成分中的三种或三种以上的金属，其纯度＞99%。粒度250目，所占组成体积比的2-8%，各金属在金属成分中所占的重量比为钴或镍30-80%，钼或钨10-50%，铝0-20%，钛0-20%。
晶粒生长抑制剂用于防止陶瓷材料烧结时晶粒长大，抑制剂为氧化镁、氧化钴、氧化镍、氧化钛中的一种或两种，为外加入量。添加量为所加氧化铝、碳化物、金属三种组成物总重量的0.4-1.5%。
本发明陶瓷材料采用如下工艺制做将各组成物料按配方混合，装入不锈钢制球磨罐中，采用钢球或硬质合金球，用丙酮或无水乙醇作球磨介质，球磨时采用较大的球料比5-10∶1，球磨时间为130-170小时球磨后的粉料在真空干燥箱中烘干，干燥完毕后在氮气流中过筛，然后密封待用。
粉碎干燥后的粉末可直接放入石墨模中在热压炉中热压烧结或先在钢模中冷压成型后再装入石墨模中热压烧结，热压温度为1650-1800℃，热压压力为200-400kg/cm2，用氢气或氩气做保护气，热压保温时间为3-20分钟，可直接压出所需形状，也可将热压后的材料用金钢石锯片或线切割加工成所需形状。
实施例1，取氧化铝微粉53%，碳化钨、碳化钛饱和固溶体44%，金属3%(均为体积比)，金属组成重量比为钴粉66%钼粉10%、铝粉14%钛粉10%，按总重量1000g配料，外加氧化镁5g，氧化镍4.5g，采用硬质合金球，用无水乙醇作球磨介质，装入不锈钢球磨罐内，球磨160-170小时，然后干燥过筛，称一定量的粉末装入石墨模内热压烧结，热压温度1750℃，热压压力280kg/cm2保温6分钟，测得烧结体密度6.63g/cm3、硬度HRA94、三点抗弯强度140kg/mm2、断裂韧性6.5MPa·m (压痕法)。
实施例2取氧化铝微粉50%，碳化钨、碳化钛饱和固溶体45%，金属5%(均为体积比)。金属组成为镍粉75%，钼粉15%，钛粉10%(均为重量比)按总重量1000g配料，外加氧化镁8.5g，使用同实施例1制备工艺，热压温度1800℃，热压压力280kg/cm2，保温时间8分钟，测得烧结体密度为6.7g/cm3，硬度HRA93.5，三点抗弯强度153kg/mm2，断裂韧性6.2MPa·m (压痕法)。
做实施例1和实施例2两种材料的微观分析知其微观结构为骨架组织，氧化铝形成一个连续骨架。碳化钨、碳化钛-金属形成另一个连续骨架，两骨架相互均匀地穿插，通过x射线衍射没有发现新相形成，因此判定金属的加入起到加固碳化物骨架作用，两骨架的结合除静电结合外，金属粘接也起到重要作用，表现在性能上强度和韧性都较高。
用实施例1和实施例2制成陶瓷刀具与市售的氧化铝-碳化钨、碳化钛系组合陶瓷刀具及氧化铝-碳化钛-金属系复合陶瓷刀具进行了切削对比实验。作端铣ZGMn13(HB190-220)实验，切削速度177m/min，切削深度2.5mm进给量0.08mm/齿。本发明实施例1和实施例2两种刀具材料铣削寿命为市售氧化铝-碳化钨、碳化钛系组合陶瓷刀具的2-2.5倍。为市售氧化铝-碳化钛-金属系复合陶瓷刀具的1.5-2倍。作车削GCr15(淬火HRC55-62)实验切削速度140m/min，走刀量0.084mm/转，切削深度0.5mm。本发明实施例1、例2两种刀具材料。切削走刀9分钟，其后刀面磨损VB为0.31mm，市售氧化铝-碳化钛-金属系陶瓷刀具切削走刀时间为5.8分钟。VB为0.32mm。
本发明制得的陶瓷刀具材料可加工多种淬硬钢、耐磨铸铁和高强度钢等难加工材料。本发明陶瓷刀具材料，还可用来制做非金属切削刀具、模具、喷嘴、拔丝模等多种耐腐蚀、耐磨机械零件。
权利要求
1.一种陶瓷刀具材料，由氧化铝，碳化钨、碳化钛饱和固溶体，晶粒生长抑制剂组成，其特征是加入了钴或镍、钼或钨、铝钛金属成分中的三种或三种以上的金属，其组成配比为氧化铝占组成体积比的35-65%，碳化钨、碳化钛饱和固溶体占组成体积比的30-60%，金属成分占组成体积比的2-8%，晶粒生长抑制剂所加入的为氧化铝、碳化钨—碳化钛饱和固溶体和金属总重量的0.4-1.5%。
2.根据权利要求1所述的陶瓷刀具材料，其特征是所加的各金属在金属成分中所占的重量比为钴或镍30-80%，钼或钨10-50%，铝0-20%，钛0-20%。
全文摘要
本发明属于陶瓷材料，适用于制做金属切削刀具，该材料选用氧化铝作为耐磨相，碳化钨、碳化钛饱和固溶体作为硬质相，优选合适的金属组份钴(或镍)、钼(或钨)、铝和钛等，以加强材料组织的接合，并添加晶粒生长抑制剂，以阻止晶粒长大，该材料制成的刀具，可加工多种淬硬钢，高强度钢等难加工材料，具有较高的寿命。本发明陶瓷材料还可制做非金属切削刀具、模具、喷嘴、拔丝模等多种耐腐蚀、耐磨机械零件。
文档编号C04B35/65GK1059328SQ9110645
公开日1992年3月11日 申请日期1991年6月17日 优先权日1991年6月17日
发明者何忠, 潘敏文, 杨熙珍 申请人:山东工业大学