高韧性氮化硅基陶瓷刀具材料及其制造方法

专利名称:高韧性氮化硅基陶瓷刀具材料及其制造方法
本发明所属技术领域：
是陶瓷中的高温工程陶瓷。
本发明是关于以Si3N4为基质，加入一定量的烧结助剂，并加入一定量的未稳定ZrO2和微细WC粉，热压或烧结制成具有高韧性的Si3N4基陶瓷刀具材料及其制造方法。
以往，高硬耐磨铸铁、淬硬钢等难加工材料的切削加工系采用磨削或采用硬质合金刀具、纯Al2O3刀具，或一般热压Si3N4刀具，材料抗冲击性差，切削速度低，工效低，特别在粗(荒)坯加工和断续切削等冲击较严重的情况下，更加难以胜任。
国内七十年代末期几个单位研制的热压Si3N4刀具材料韧性较差，抗冲击强度仅4公斤-厘米/厘米2。清华大学在Si3N4基体中掺加TiC进行弥散强化，抗冲击强度和断裂韧性均有所提高。国际上多采用在Si3N4基质中添加ZrO2作为弥散体，进行增韧，如美国专利NO4322249，日本公开特许公报57-71871，55-47276在Si3N4基体中加入稳定或未稳定ZrO2作为弥散体，制成陶瓷刀具材料。
本发明为了解决陶瓷刀具材料抗冲击性低下的问题，采用以Si3N4为基质，加入一定量的烧结助剂，并加入未稳定ZrO2和微细WC粉为双弥散体，制得高韧性陶瓷刀具材料，其抗冲击性、断裂韧性和洛氏硬度均有大幅度提高。
Si3N4是强共价键材料，自身难以烧结，必须加入烧结助剂才能烧结，单独添加ZrO2到Si3N4中，因高温下发生产生气体的反应，致使材料不能致密化。以MgO·Al2O3，或Y2O3+Al2O3为烧结助剂，使材料在高温下快速致密化，ZrO3便不致与Si3N4发生产生气体的反应，因而可以得到高致密陶瓷材料。ZrO2在烧结一冷却过程或烧后处理中发生相变，产生微裂纹，微裂纹在使用时吸收能量，或使用时发生相变吸收能量，起到增韧作用。高硬度的WC微细颗粒弥散分布在Si3N4基体中，提高了材料的微区硬度，并改善了材料的脆性，阻止了裂纹的增长。
烧结助剂的添加量在1%以下时，作用过小，材料不能烧结，添加量达15%以上时，材料性能显著恶化，刀具材料应具有的耐磨性、抗冲击性显著降低，材料不能作为刀具材料。ZrO2添加量在1%以下时增韧效果显示不出，15%以上时，ZrO2的变态量增加，体积膨胀量过大，烧结体可能发生破坏，WC的添加量在1～10%的范围内，便有明显效果。
将本发明的配料，在1600～1800℃，150～300公斤/厘米2压力，非氧化气氛下热压20分钟～2小时，得到高致密Si3N4基陶瓷烧结体。还可将掺加WC的配料与不掺加WC的配料按一定比例混合热压，制得花斑状高致密陶瓷材料。
根据本发明制造的Si3N4基陶瓷刀具材料，抗冲击性、断裂韧性和洛氏硬度均有显著提高。用此种材料制成的陶瓷刀具可顺利地进行高硬耐磨铸铁等难加工材料的粗(荒)坯切削加工和非连续切削加工。
权利要求
本发明是关于以Si3N4为基质，加入一定数量的烧结助剂，并同时加入ZrO2和WC，制成高韧性Si3N4基陶瓷刀具材料及其制造方法。本发明所属技术领域：
是陶瓷中的高温工程陶瓷。一般为改善Si3N4基陶瓷刀具材料的抗冲击性多采用加入ZrO2或TiC等碳化物中之一种为弥散体，以改善Si3N4基陶瓷材料的抗冲击性。1、本发明的特征是以70～90重量%的Si3N4为基质，加入1～15重量%的MgO·Al2O3或Y2O3+Al2O3为烧结助剂，加入1～15重量%的未稳定ZrO2和外加1～10重量%的WC粉制成的高韧性Si3N4基陶瓷刀具材料。
2.权利要求
1.中的WC粉，可用粉末形式加入，也可用YG类硬质合金球磨和球作为权力要求1.中Si3N4、MgO·Al2O3或Y2O2+Al2O3和ZrO2配料的混合工具，从混合工具混合配料过程中磨损得到微细的WC粉和少量CO，并使之混合更均匀的方法。
3.权利要求
1.中的配料，或权利要求
2中的配料，在1600～1800℃温度，150～300公斤/厘米2压力下，非氧化气氛中，20分钟至2小时压制而成。
4.将权利要求
1.中的配料30～70份，和以Al2O3质球磨和球作为权利要求
1.中的Si3N4、MgO·Al2O3或Y2O3+Al2O3和ZrO2配料的混合工具得到的配料30～70份混合，在1600～1800℃，150～300公斤/厘米2压力下，非氧化气氛中，20分钟至2小时压制而成花斑状陶瓷刀具材料的制造方法。
专利摘要
陶瓷材料作为刀具，进行高硬耐磨铸铁等难加工材料的粗(荒)坯或非连续切削时，存在着抗冲击性低下的问题。一般在Si
文档编号C01F5/00GK85103011SQ85103011
公开日1986年9月10日 申请日期1985年4月3日
发明者李文宏, 范景林, 赵惠琴, 李 杰, 王树海 申请人:国家建材局山东工业陶瓷研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan