[发明专利]一种高性能Si3N4-TiC0.5N0.5复合梯度陶瓷刀具材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高性能Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5复合梯度陶瓷刀具材料及其制备方法，梯度刀具材料表层以SNTC₁为原料，以Al₂O₃和Re₂O₃为烧结助剂；心部以SNTC₂为原料，以β‑Si₃N₄晶种、Al₂O₃和Re₂O₃为烧结助剂；将表层和心部混合粉体按照一定顺序装入热压炉模具，通过热压烧结制备表硬心韧高性能Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5复合梯度陶瓷刀具材料。利用该方法所制备的陶瓷刀具材料的相对密度高于97％，表层硬度为15～25GPa，断裂韧性为3～10MPa·m^1/2，I_α/I_β为0.30～0.90；心部硬度为10～20GPa，断裂韧性为6～14MPa·m^1/2，I_α/I_β为0～0.20。本发明通过引入纳米级和微米级TiC_0.5N_0.5、β‑Si₃N₄晶种及梯度结构，实现了一种表硬心韧高性能Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5复合梯度陶瓷刀具材料的制备。

主权项

1.一种高性能Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5复合梯度陶瓷刀具材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：(1)将Si₃N₄粉和TiC_0.5N_0.5纳米级粉按照体积分数比为60～98％：2～40％的配比经混料、超声分散、干燥后，得到Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5纳米级复合粉体SNTC₁；将Si₃N₄粉和TiC_0.5N_0.5微米级粉按照体积分数比为60～98％：2～40％的配比经混料、超声分散、干燥后，得到Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5微米级复合粉体SNTC₂；(2)梯度刀具材料表层以SNTC₁为原料，以Al₂O₃和Re₂O₃为烧结助剂；按照SNTC₁：Al₂O₃：Re₂O₃的质量分数比为80～98％：1～10％：1～10％的配比，经混料、干燥后，得到SNTC₁‑Al₂O₃‑Re₂O₃的混合粉体；(3)梯度刀具材料心部以SNTC₂为原料，以β‑Si₃N₄晶种、Al₂O₃和Re₂O₃为烧结助剂；按照SNTC₂：β‑Si₃N₄晶种：Al₂O₃：Re₂O₃的质量分数比为60～98％：1～20％：0.5～10％：0.5～10％的配比，经混料、干燥后，得到SNTC₂‑β‑Si₃N₄晶种‑Al₂O₃‑Re₂O₃的混合粉体；(4)将SNTC₁‑Al₂O₃‑Re₂O₃混合粉体作为陶瓷刀具材料表层成分，SNTC₂‑β‑Si₃N₄晶种‑Al₂O₃‑Re₂O₃混合粉体作为陶瓷刀具材料心部成分，按照SNTC₁‑Al₂O₃‑Re₂O₃、SNTC₂‑β‑Si₃N₄晶种‑Al₂O₃‑Re₂O₃、SNTC₁‑Al₂O₃‑Re₂O₃的顺序装入热压炉模具，通过热压烧结，获得表硬心韧的高性能Si₃N₄‑TiC_0.5N_0.5复合梯度陶瓷刀具材料，其相对密度高于96％，表层硬度为15～25GPa，断裂韧性为3～10MPa·m^1/2，I_α/I_β为030～0.90；心部硬度为10～20GPa，断裂韧性为6～14MPa·m^1/2，I_α/I_β为0.05～0.30。