[发明专利]一种高硬高韧氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷切削刀具领域，公开了一种高硬高韧氮化硅基陶瓷及其制备方法和应用。所述氮化硅陶瓷是将Si₃N₄粉和烧结助剂Al₂O₃‑Re₂O₃进行混料，以乙醇为溶剂，以Si₃N₄球为球磨介质，球磨混合，干燥得到Si₃N₄‑Al₂O₃‑Re₂O₃的混合粉体，再将Si₃N₄‑Al₂O₃‑Re₂O₃混合粉体，升温至700～900℃，再在氮气的保护下，轴向加压为25～50MPa下，升温至1600～1800℃并保温，经放电等离子烧结制得。本发明在α型转变为β型之前实现其致密化，基体具有高硬度，同时保留长棒状β型不变，使得β型晶粒具有强增韧作用。本发明陶瓷具有较好的高硬高韧性，可应用于切削刀具领域中。

技术领域

本发明属于陶瓷切削刀具技术领域，更具体地，涉及一种高硬高韧氮化硅基(Si₃N₄)陶瓷及其制备方法和应用。

背景技术

Si₃N₄陶瓷是一种液相烧结材料，在烧结致密化过程中通常伴随α→β的相变，α-Si₃N₄属低温稳定晶型，具有等轴状晶体形貌，硬度较高，耐磨性好；β-Si₃N₄属高温稳定晶型，具有长柱状或针状晶体形貌，具有这种微观结构的氮化硅陶瓷通常强度、韧性较高，但硬度低。常用的Si₃N₄零部件基本都是β-Si₃N₄，具有优良的力学性能及高温稳定性，但其硬度往往较低，故其应用范围也受到限制，特别是在切削刀具领域，其刀具寿命较低。

目前，有关高硬、高韧Si₃N₄陶瓷的研究主要集中在通过细化晶粒、控制烧结工艺(低温热压、气压)等方法实现。但是这些方法制备的氮化硅刀具一方面需要采用超细粉体以减轻晶型转变时的晶粒长大的最终尺寸，成本较高，另一方面控制烧结工艺制备的含β-Si₃N₄晶粒的材料难以控制β-Si₃N₄，的含量，使得α-Si₃N₄，β-Si₃N₄共存的控制比较困难，其硬度韧性控制困难，限制了其加工某些材料的使用效果，如加工硬化倾向严重的金属等。而通过控制添加β-Si₃N₄，晶种原料以及烧结工艺可以在低温下，α-Si₃N₄向β-Si₃N₄转变完全前实现其致密化，基体具有高硬度，同时保留长棒状β型Si₃N₄不变，使得β型Si₃N₄晶粒具有强增韧作用，实现高硬高韧Si3N4陶瓷刀具的制备。目前以该技术制备高硬高韧氮化硅基陶瓷材料及其在刀具领域的应用未见报导。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种硬高韧氮化硅基(Si₃N₄)陶瓷。

本发明的另一目的在于提供一种上述高硬高韧氮化硅基陶瓷的制备方法。该方法通过以Al₂O₃粉体和稀土氧化物Re₂O₃粉体为烧结助剂，通过低温放电等离子烧结(SPS)实现高硬高韧Si₃N₄陶瓷刀的制备。