[发明专利]一种温度梯度自修复叠层陶瓷刀具

说明书

本发明提供一种温度梯度自修复叠层陶瓷刀具，其特征是利用切削温度梯度抑制、拉压效应遏制和修复叠层陶瓷刀具中的裂纹；当切削温度较低时，来源于Al₂O₃叠层刀具烧结所时添加物(TiN、MoS₂、SiC)与Al₂O₃基体、Al₂O₃‑TiN‑MoS₂‑Y₂O₃层与Al₂O₃‑SiC‑MoS₂‑Y₂O₃层之间形成的残余应力导致的低温挤压效应抑制裂纹的生成；在切削温度升高Al₂O₃叠层陶瓷刀具‑切屑‑富氧环境、已加工表面发生化学反应(主要是依靠TiN、MoS₂、SiC氧化反应生成TiO₂、MoO₃、SiO₂)，生成桥联颗粒(主要是TiO₂、MoO₃、SiO₂)；以及生成物因与基体的热膨胀系数失配导致的高温挤压效应；TiO₂、MoO₃、SiO₂桥联颗粒在裂纹内部生成与成长，形成拉效应与压效应相结合的综合效应。

技术领域

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种温度梯度自修复叠层陶瓷刀具制备方法。

背景技术

随着高速切削技术逐步推广应用，陶瓷刀具成为一种相当有发展前途的刀具。尽管已有大量研究致力于提高陶瓷脆性，然而与其他材料相比，其脆性仍然远低于硬质合金的脆性。叠层结构是一种交错结构，能有效改善陶瓷复合材料对缺陷的承受能力，避免其突然断裂，提高陶瓷构件的可靠性和系统稳定性。将叠层技术应用于陶瓷刀具中，能兼顾陶瓷刀具的硬度和韧性要求，因而叠层陶瓷刀具应运而生。

叠层陶瓷刀具应用于高速干切削时，在其前刀面-切屑和后刀面-已加工表面两处关键摩擦副的温度较高，使其遭受到耦合应力(机械应力和热应力)作用，而热应力随热循环次数增加而增加。当耦合应力超过叠层材料强度极限时产生裂纹；随着应力的增加，微观和宏观裂纹在叠层材料中扩展；最终导致叠层陶瓷刀具的失效。

为抵御微观裂纹的扩展，提高叠层陶瓷刀具抵耦合应力的能力，一种可行的解决途径如下：当切削温度较低时，来源于刀具烧结所形成的残余预压应力导致的低温挤压效应抑制裂纹的生成；在切削温度升高后叠层陶瓷刀具-切屑-环境、已加工表面发生化学反应，生成填充裂纹的颗粒(桥联颗粒)；以及生成物因与基体的热膨胀系数失配导致的高温挤压效应(压效应)。桥联颗粒在裂纹内部生成与成长，拉住裂纹两侧(拉效应)，以及压效应，形成一种利用切削温度梯度自修复叠层陶瓷刀具。该刀具具备自修复的能力，不仅使其忍受缺陷能力进一步提高，改善其可靠性，延长期服役寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有陶瓷刀具对耦合应力抵御能力不足的问题，提供一种温度梯度自修复叠层陶瓷刀具制备方法。

本发明通过以下方式实现：