[发明专利]高韧性耐磨损陶瓷复合刀具材料

说明书

本发明涉及陶瓷材料领域，具体地说就是提供了一种以TiC、TiN、Ti(C、N)、SiC为基体含高温合金相的陶瓷材料，其兼具有高硬度与良好的韧性，适合于制作刀具。

用陶瓷做刀具材料，如文献Yasutomi Yoshiyuki，Kita Hidenori，NakamuraKosuko，Jpn．Kokai，Tokkyo Koho Jp 0105976[8905976]，1989和T．Zambtakis，J．L．Gulle，B．Willer，M．Daire，J Mater．Sci．，22(1987)1135-1140中提供的Si₃N₄、Al₂O₃等虽然具有较好的耐磨性，但是脆性问题不能解决，因而只适合于切削冷硬铸铁和淬火钢，而对大多数高韧性的钢种则不能切削。为提高这类陶瓷材料的韧性，曾有过利用ZrO₂的马氏体相变消除裂纹尖端的应力集中来改善Al2O3韧性的报导K．Tsukuma，K．Ueda，K．Matsushita，and M．Shimada，JAm．Ceram．Soc．68(2)(1985)c-56和A．H．Heuer，J．Am．Ceram．Soc．70(10)(1987)689，断裂韧性值可达K_1C=10 MPam^1／2，高于普通陶瓷K_1C=3～8 MPam^1／2硬度值H_v=14 GPa，遗憾的是这种马氏体相变是不可逆的，300℃以上增韧效果全部失去，不能重复使用，即经历不了热疲劳环境。

本发明的目的在于提供一种陶瓷材料，使其既具有高的硬度又具有较强的韧性，且增韧效果稳定。

本发明以TiC，TiN，Ti(N，C)、SiC粉之一种或几种作为基体，以Ni，Ti，Al，Cr，Co粉之一种或几种作为烧结荆，并引入TiAl，NiTi，NiAl之一或几种作为高温合金相成份，其具体的配方如下(重量百分比)

烧结剂    高温合金相成份    基体

0．1～65    0．1～5    余量

其中烧结剂中各种元素成份有如下限定(按陶瓷材料总重量计)Ni 5～30，Ti 0．5～5，Al 0．1～2，Cr 5～30，Co 0．1～2。各种高温合金相成份限制如下(按陶瓷材料总重量计)TiAl0．1～5，NiTi0．1～1，NiAl0．1～5。本发明中Ni、Ti、Al、Cr、Co所起的作用主要是作为烧结剂，使得陶瓷材料更加致密，同时，它们又可部分地固溶到TiAl，NiTi，NiAl中去，或者相互间形成高温合金相，这种高温合金相具有马氏体相变，并且是可逆的，如Ti₃Al-NiAl相等，从而达到陶瓷增韧的效果，同时能在热环境中反复使用而不丧失韧性。本陶瓷可用热压或烧结的方法成型，温度在1300℃～1600℃之间。本发明所提供的这种复合陶瓷断裂韧性可达20 MPm^1／2以上，适合于切削高韧性的合金如不锈钢，化纤工业中的纤维，化工工业的塑料，也可作为其它耐磨件应用于机械、化工、电子等工业中，下面详述实施例。

实施例1

TiC粉6．4g、Ti粉0．2g、6061Al粉0．1、Cr粉3g，TiNi粉0．2g、NiAl粉0．1g，机械混合后在N2气中1300℃，1小时处理，干压成型，1550℃烧结，硬度为H_v=16Gpa，韧性K_1C=20 MPam^1／2。

实施例2

Ti(N，C)粉5．5g、Ti粉0．1g，Al粉0．05g、Ni粉2g、Cr粉2g、Co粉0．05g、NiAl粉0．1g、TiNi粉0．2g混合，干压成型，1300℃20 MPa压力下热压烧结。K_1C=20MPam^1／2，H_v=16 GPa。