[发明专利]氮化硅基纳米复合梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法

权利要求书

1.一种氮化硅基纳米复合梯度功能陶瓷刀具材料，具有五层对称梯度层次结构，相对中心层对称的层中组分含量相同，各层厚度一致，其特征是：第一层和第五层的组分按体积百分比均为61.5％的微米Si₃N₄、20.5％的纳米Si₃N₄、5％的纳米TiC、5％的纳米TiN、2％的微米Al₂O₃和6％的微米Y₂O₃，第二层和第四层的组分按体积百分比均为57.75％的微米Si₃N₄、19.25％的纳米Si₃N₄、5％的纳米TiC、10％的纳米TiN、2％的微米Al₂O₃和6％的微米Y₂O₃，第三层的组分按体积百分比为54％的微米Si₃N₄、18％的纳米Si₃N₄、10％的纳米TiC、10％的纳米TiN、2％的微米Al₂O₃和6％的微米Y₂O₃。

2.一种权利要求1所述氮化硅基纳米复合梯度功能陶瓷刀具材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按下表给出的每层各组分体积比配料：

 微米Si₃N₄ 纳米Si₃N₄ 纳米TiC 纳米TiN  Al₂O₃  Y₂O₃  第一层 61.5 20.5 5 5  2  6  第二层 57.75 19.25 5 10  2  6  第三层 54 18 10 10  2  6  第四层 57.75 19.25 5 10  2  6  第五层 61.5 20.5 5 5  2  6

(2)各层中纳米颗粒的分散：以聚甲基丙烯酸氨(PMAA-NH4)为分散剂，以去离子水为分散介质，将一层中的纳米Si₃N₄、纳米TiC和纳米TiN分别加入去离子水，配制成每种纳米材料占质量分数为0.2％的悬浮液，在悬浮液中加入相对每种纳米材料质量大于0小于3％的分散剂，超声分散搅拌30分钟，然后调整悬浮液的PH值为9.5～10，最后再放在超声分散搅拌机上分散30分钟；

(3)混料：将一层中的微米Si₃N₄、Al₂O₃、Y₂O₃和该层分散好的各纳米材料的悬浮液进行混合，放在超声分散搅拌机上分散30分钟后倒入混料桶中，在行星式球磨机上球磨72小时，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的复合陶瓷材料粉末料；

(4)装料及烧结：采用粉末分层铺填法，五层梯度层厚度一致，采用热压烧结工艺，采用高纯度氮气作为保护气氛，烧结时升温速度为75℃/分钟～85℃/分钟，压力缓慢加至30MPa；保温阶段温度为1700℃～1800℃，压力30MPa，保温时间30分钟。

3.根据权利要求2所述的氮化硅基纳米复合梯度功能陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中分散剂的含量为纳米材料质量的2％。