[发明专利]复相陶瓷刀具材料

说明书

本发明涉及到工程陶瓷材料，尤其是陶瓷刀具材料，一种复相陶瓷刀具材料。

目前广泛使用的普通陶瓷刀具材料的最大弱点是脆性大，即断裂韧性和抗弯强度低。长期以来，人们为了提高陶瓷刀具材料的断裂韧性，已经做了大量的工作，效果最为显著的是晶须增韧。自1986年开始，欧美市场上有碳化硅晶须增韧氧化铝陶瓷刀具材料问世。在国内山东工业大学于1989年研制出了碳化硅晶须增韧氧化铝基陶瓷刀具材料JX-1，其力学性能达到或超过国外同类产品的性能。另外，长沙工程陶瓷公司和冷水江陶瓷工具厂于1993年也研制成功了晶须增韧氧化铝基AW9和氮化硅基SW21陶瓷刀具材料。但是，晶须原料的价格较高，国产碳化硅晶须的的价格是碳化硅粉的10-12倍左右，导致晶须陶瓷刀具材料价格高，性能价格比不合理。同时现有的国内外晶须增韧陶瓷刀具在加工纯Ni、高镍合金和含Fe元素的工件材料(如高镍基合金、纯镍、高强钢等)时，刀具的磨损很严重，研究发现：Si和Ni及Fe相互扩散，而且AP(Al₂O₃+SiC粉末)和AW(Al₂O₃+SiC晶须)两种材料中，AW的扩散反应较AP的严重。由于加入晶须会使陶瓷刀具的韧性显著提高，如果能够减少晶须引起的刀具材料与被加工工件材料之间的扩散，就可使刀具的耐磨性显著提高，从而提高刀具的寿命和切削可靠性。也就是说，在保证材料的断裂韧性不降低的条件下，设法降低晶须的含量，减小刀具与工件的扩散磨损，通过大量的实验发现，在材料中添加颗粒增强相SiC粉末，利用颗粒和晶须的协同增韧补强作用机理，就可以解决这一问题。

本发明的目的是利用国产原料，通过晶须增韧和颗粒弥散的协同作用来提高陶瓷刀具材料的断裂韧性和强度，增强晶须陶瓷刀具抗磨损的能力，从而发明一种价格适宜、性能优良、先进实用的陶瓷刀具材料。

本发明的基本构思是在碳化硅晶须增韧氧化铝陶瓷刀具材料中，用价格便宜的碳化硅颗粒替代部分碳化硅晶须，经弥散处理后热压成型，生产出性能优良的复相陶瓷刀具材料。

复相陶瓷刀具材料的组成成份比例为(体积比)：SiC颗粒15-25％，SiC晶须5-15％，MgO 0.5-1.5％，Y₂O₃ 0-1.5％，其余为Al₂O₃。

复相陶瓷刀具材料加工工艺包括弥散处理工艺和热压成型工艺。弥散处理工艺是将氧化铝与碳化硅颗粒的稀浆于球磨机中球磨混合5-10小时，然后加入经超声波处理的碳化硅晶须浆，混合1小时，经真空干燥后用100目筛筛选。热压工艺为：在1700℃-1900℃的温度下加压30MPa，热压1小时成型。

本发明采用增韧补强协同作用来提高陶瓷刀具材料的断裂韧性和强度，其构思新颖，用价格便宜的碳化硅颗粒替代部分价格很贵的碳化硅晶须，降低了材料成本，其性能价格比合理，且提高了陶瓷刀具的抗磨损能力。

实施例：

按实施例附表中所列的组成成份，先将Al₂O₃和SiC颗粒、MgO及Y₂O₃(实施例2没有)的稀浆(加无水乙醇)于缸式球磨机中用Al₂O₃球混合5-10小时，然后加入经超声波处理的SiC晶须，再将整个混合料混匀处理1小时，混匀后将此混合料放入真空干燥箱中干燥，干燥后用100目筛筛选，用石墨模在氢气气氛中，按实施例附表中所列的温度，加压30MPa，烧结1小时即得到致密度高于99％的胚料，经切割磨光后即制成复相陶瓷刀具。实施例附表

  编  号            组成成份(体积比)  加热  温度  压力  (MPa)                   力学性能Al₂O₃SiC颗粒SiC晶须MgO Y₂O₃   硬度   (HRA)    断裂韧性  K_IC(MPa.m^1/2)  抗弯强度   (MPa)  1 68％15％15％ 1％  1％ 1800℃    30 94.6±0.2    8.1±0.8  700±50  2 69％25％5％ 1％  0 1700℃    30 94.1±0.2    7.2±0.2  630±20