[发明专利]一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种Sialon‑Ti(CN)陶瓷材料及其制备方法，属于新材料技术领域，本发明Sialon‑Ti(CN)陶瓷材料包括如下重量百分比的原料：0.5μm Si₃N₄50％‑70％，0.5μm Al₂O₃8％‑10％，40nm AlN 3％‑4％，50nm Ti(CN)10％‑30％，Y₂O₃5％‑6％。先将40nm AlN粉末和50nm Ti(CN)粉末分别在无水乙醇中利用聚乙二醇分散剂进行超声搅拌分散制成悬浮液，然后将两悬浮液混合，并混入0.5μm Si₃N₄、0.5μm Al₂O₃粉末及助烧结剂Y₂O₃，球磨机混料，真空干燥，过筛，装入石墨模具，真空热压烧结。制备出Sialon‑Ti(CN)陶瓷复合材料硬度可达HV 17.8Gpa，抗弯强度可达790Mpa，断裂韧性可达8.0Mpa·m^1/2。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，特别涉及一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

Sialon是存在于Si-Al-O-N和相关体系中氮化硅固溶体的总称，因其晶体构型不同而具有不同的结构和性质。由于Sialon陶瓷在高温下具有良好的机械性能、抗热震性能和良好的抗氧化性，膨胀系数小，化学稳定性高，耐腐蚀。可用做金属压延或拉丝模，也是高速粗加工铸铁和镍基合金较好的刀具材料之一。

目前商品化的Sialon刀片(牌号KY1540、CC6060)，性能参数分别为： KY1540维氏硬度为16.52GPa，韧性为6.7Mpa·m^1/2；CC6060维氏硬度为15.33 GPa，韧性为4.44Mpa·m^1/2(涂桂朝，伍尚华，刘佳等，Sialon陶瓷刀具高速切削高温合金Inconel 718的切削性能和磨损机理的研究，硅酸盐通报，2015，34 (9)：2624)。为提高Sialon陶瓷材料的力学性能，更好地应用于难加工材料的切削加工，可通过强韧化措施主要包括颗粒弥散增韧、相变增韧以及纤维、晶须补强等。与传统单组份陶瓷相比，这类复合材料具有耐高温、抗腐蚀、高硬度、高强度等优点。因此，探索合理的组分配比和烧结工艺，制备出强度、韧性和硬度较高的Sialon基陶瓷材料是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料的制备方法，使用本发明的方法制备的陶瓷复合材料具有较高的硬度、抗弯强度和断裂韧性，可用作制备陶瓷刀具。

为此，本发明采用技术方案是，一种Sialon-Ti(CN)陶瓷材料，包括如下重量百分比的原料：0.5μm Si₃N₄50％-70％，0.5μm Al₂O₃8％-10％，40nm AlN 3％-4％，50nm Ti(CN)10％-30％，Y₂O₃5％-6％。

本发明Sialon-Ti(CN)陶瓷材料，制备方法是，先将40nm AlN粉末和50 nm Ti(CN)粉末分别在无水乙醇中利用聚乙二醇分散剂进行超声搅拌分散制成悬浮液，然后将两悬浮液混合，并混入0.5μm Si₃N₄、0.5μm Al₂O₃粉末及助烧结剂Y₂O₃，球磨机混料，真空干燥，过筛，装入石墨模具，真空热压烧结。

具体步骤如下：

(1)将40nm AlN粉末加无水乙醇配制成2vol％悬浮液，加入聚乙二醇作为分散剂，超声分散同时搅拌30分钟，并用氨水调节悬浮液pH＝9-10，得纳米 AlN悬浮液；