[发明专利]氮基陶瓷材料

说明书

本发明论述一种具有超高温特性，抗热冲击性高且导热性能异常良好的氮基陶瓷材料。此种材料特别适用于用作切削工具材料。本发明涉及Si-Al-O-N型一类氮化物陶瓷，其中，分散的多种类型的沉积物给予此种陶瓷材料的性质以积极的影响。

已有许多文章和专利描述到Si-Al-O-N系统（例如《氮基陶瓷进展》一书，F.L.Riley编辑，Martinus Nijhoff出版社1983年出版）以及添加过Y₂O₃之类某种氧化物后的相关系。一般组成为Si_6-ZAl_ZO_ZN_8-Z的六方晶相，其中0＜Z≤4.2，已知是β-Si-Al-O-N，这种材料的晶体结构与β-Si₃N₄相同。另一类六方晶相的一般组成M_X（Si，Al）₁₂（O，N）₁₆，其中0＜X＜2而M＝钇或其他Li·Ca·Mg一类金属以及镧化物或这些金属的混合物。另一些具有适当离子半径的金属也能稳它的α相。α型Si-Al-O-N的主结构与α-Si₃N₄相同。但已发现，由于La和Ce的离子半径似乎过大，很难使之成为α型Si-Al-O-N的一部分。

Si-Al-O-N系或M-Si-Al-O-N系中的许多相具有可以描述为纤锌矿上层结构的一类结构，在那种上层结构中，AlN结晶化了。字母M如前段所述，表示一种或多种金属，例如Y、Mg、Be、Li或Sc。还可能包括其他具有适当离子半径的金属。这些相，众所周知为多型的，它们在Si-Al-O-N系统中出现于高Al和高N含量所确定的象限中，即接近于AlN角。上述的一种或多种相以后普遍由“多型”记号给出。多型结构多少属良好排列，而可以归之为前述的纤锌矿基本结构（例如，可参看前面提到的那本书）。此种多型相具有六角形的或菱形的晶胞，它们由所谓的Ramsdell符号描述为8H、15R、12H、21R、27R和2H。文献中，此类多型相常据这些符号描述，例如，记作12H多型材料等。

Si-Al-O-N及许多M-Si-Al-O-N系的基础性相分析研究业已在本世纪七十年代进行，并已有大量的象前面提到过的那一类著述。在七十年代初期还有过若干应用β型Si-Al-O-N的专利，其中特别要提到的是东芝（例如美国专利3969125）、丰田（例如美国专利3903230）与Lucas（例如美国专利3991166）。有关以Li形成一种α型Si-Al-O-N的最早一篇文章已于1972年发表，接着有许多其他文章。业已肯定，关系到切削工具材料的元素钇，形成了上述的Si-Al-O-N相（S·Hampshire，H·K·Park，D·P·Thompson    and    K·H·Jack    Nature，Vol    274，1978，P880-882），而且很早就指出过，α型Si-Al-O-N有可能给工艺部门带来利益。例如，适才三位作者在“α型硅铝氧氮陶瓷”（Science，Vo    l.10，1980，P251-256，H·Hausnlr主编）一文，进而在英国专利2118927A中描述到，α型和β型的Si-Al-O-N是可能按某些组成制得的。该项专利涉及到具有α型Si-Al-O-N相、β型Si-Al-O-N相和一种玻璃相的，硅铝氮氧化合物型的陶瓷切削材料。这种材料的许多优点，例如在切削中的优点，根据本发明，出人意料地发现存在于含多种晶型的Si-Al-O-N材料中，而这是过去从未报导和提出过的。