[发明专利]一种细晶Al2O3/SiC复合陶瓷刀具材料及制备工艺

说明书

本发明属于材料领域，特别是一种细晶Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具材料及其制备工艺。材料的组分质量配比为：氧化铝91.6‑97.6％，碳化硅1‑7％，氧化镁0.7％，氧化钇0.7％。制备上述材料的工艺如下：(1)按比例称取粉末，超声振荡后球磨；(2)将球磨后的粉料真空干燥，冷却至室温过筛；(3)将过筛的粉末压制成型，放入微波烧结炉中，在N₂气氛中，以25‑30℃/min的速率将温度升至1600‑1700℃，保温5min，然后以30‑50℃/min的速率降温至1100℃，保温5min，然后随炉冷却，制得材料。本申请采用微波两步烧结，第一步烧结温度为1600‑1700℃，利用体积扩散，使Al₂O₃/SiC在短时达到较高致密度，第二步烧结温度设置在1100℃，晶界扩散继续而体积扩散停止，从而使Al₂O₃/SiC材料的力学性能和抗磨损能力得到进一步提高。

技术领域

本发明属于材料烧结领域，特别是一种细晶Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具材料及制备工艺。

背景技术

Al2O3/SiC复合陶瓷刀具材料是一种重要的高速切削刀具材料，其以高硬度、高耐磨性、高耐热性和良好的化学稳定性在高速切削领域和切削难加工材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。然而，陶瓷的低强度和高脆性又大大限制了它在高速切削中的应用范围和应用比例。陶瓷刀具的强韧度和抗磨损性能取决于刀具材料的微观组织，通常具有细小晶粒和均匀微观组织的陶瓷刀具切削性能更优异。

根据Hall-petch理论公式：σ＝σ*+kd-1/2，d表示晶粒尺寸，σ表示屈服强度，k 和σ^*为常数，表明晶粒越小材料强度越高，晶粒尺寸对陶瓷材料的影响更大。晶粒细小会使晶界更加曲折并且会增加晶界比例，这都阻止了裂纹扩展。因此，减小晶粒尺寸可以有效的提高陶瓷材料的强度和韧度。然而，陶瓷材料在常规烧结方式下，很难在获得完全致密化的同时抑制晶粒长大。Fu(Fu Z,Koc R.Pressureless sintering of submicron titaniumcarbide powders[J].Ceramics International,2017,43(18): 17233-17237.)等人在1700℃下无压烧结亚微米碳化钛粉末，获得样品致密度为95.7％，晶粒尺寸为5.5±0.7μm。当陶瓷材料在常规方式下烧结时，在高温和长的保温时间下陶瓷材料获得完全致密，但是，这种极端的烧结条件会导致晶粒异常长大和微观结构不均匀，故力学性能提高有限，因此，开发一种先进的烧结技术，以在烧结阶段获得高致密度和晶粒细小的陶瓷材料非常重要。

发明内容

本发明的目的在于克服采用传统烧结技术制备的Al₂O₃基陶瓷刀具材料晶粒粗大、耐磨损能力差，制备效率低、耗能高的弊端，提供一种SiC增韧Al₂O₃复合陶瓷刀具材料及其微波两步烧结制备工艺。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种细晶Al₂O₃/SiC复合陶瓷刀具材料，所述陶瓷刀具的组分质量配比为：氧化铝：91.6-97.6％，碳化硅：1-7％，氧化镁：0.7％，氧化钇：0.7％。

所述陶瓷刀具的组分质量配比优选为：氧化铝：93.6％，碳化硅：5％，氧化镁：0.7％，氧化钇：0.7％

一种制备上述的陶瓷刀具材料的工艺，包括如下步骤：

(1)按比例称取Al₂O₃、SiC、MgO和Y₂O₃粉末，超声振荡后，球磨；

(2)将球磨后的粉料真空干燥，真空冷却至室温过筛；