[发明专利]一种梯度纳米复合陶瓷刀具材料及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度纳米复合陶瓷刀具材料，具有对称梯度层次结构，其特征是：层数为五层，相对于中心层对称的层中组分含量相同，相对中心层对称的层的厚度也相同；第一层和第五层的组分按体积百分比均为53.25％～57％的微米Si₃N₄、17.75％～19％的纳米Si₃N₄、7％～10％的纳米Al₂O₃、3％～5％的微米AlN、10％的微米TiCN和4％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、15％的微米TiCN、3.2％的微米Al₂O₃和4.8％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、20％的微米TiCN、3.2％的微米Al₂O₃和4.8％的微米Y₂O₃。

2.根据权利要求1所述的梯度纳米复合陶瓷刀具材料，其特征是：第一层厚度/第二层厚度＝第二层厚度/第三层厚度＝0.4。

3.根据权利要求1或2所述的梯度纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)配料：第一层和第五层的组分按体积百分比均为53.25％～57％的微米Si₃N₄、17.75％～19％的纳米Si₃N₄、7％～10％的纳米Al₂O₃、3％～5％的微米AlN、10％的微米TiCN和4％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、15％的微米TiCN、3.2％的微米Al₂O₃和4.8％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、20％的微米TiCN、3.2％的微米Al₂O₃和4.8％的微米Y₂O₃；

(2)各层中纳米颗粒的分散：纳米Si₃N₄和纳米Al₂O₃的分散均以无水乙醇为分散介质，以分子量为4000的聚乙二醇为分散剂，配制成纳米材料占质量分数为0.2％的悬浮液，将悬浮液放在超声分散搅拌机上分散15～20分钟，取下后采用氨水滴定法将悬浮液的PH值调整为9.5～10，使悬浮液呈碱性，然后放在超声分散搅拌机上分散15～20分钟；

(3)混料：将同一层中所取的微米粉末颗粒与该层分散好的纳米材料的悬浮液混合，放在超声分散搅拌机上分散15～20分钟后倒入混料桶中，在行星式球磨机上球磨48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)装料与烧结：采用粉末分层铺填法装料，采用分段温升、控制降温的热压烧结工艺，在真空环境中将复合粉末料烧结，在从室温加热到1200℃时，升温速度为75～80℃/min，压力加到5MPa；从1200℃到1750℃时，升温速度为45～50℃/min，压力平稳均匀加至35MPa；保温保压阶段温度为1750℃，压力为35MPa，保温保压时间为60min，从1750℃到1400℃时，降温速度为25～30℃/min，之后随炉冷却。

4.根据权利要求3所述的梯度纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是：步骤(2)中纳米Si₃N₄分散时分散剂的含量为纳米材料质量的0.5％，纳米Al₂O₃分散时分散剂的含量为纳米材料质量的1.0％。