[发明专利]一种复合陶瓷刀具结构及其制备工艺

摘要

本发明提供一种复合陶瓷刀具结构及其制备工艺。本发明以富孔隙的陶瓷支架体为基础，通过浸渗填充合金形成复合陶瓷刀具的基体，并且在支架体上依次沉积多个不同材料类型的复合涂层；基体和各个涂层通过嵌合至陶瓷支架体当中的孔隙，相互缠绕在一起，显著提升了基体与涂层之间以及各个涂层相互之间的结合度；通过控制富孔隙陶瓷支架体的微观空间三维结构以及连通性，保证了复合陶瓷刀具具备良好的强度、耐磨性和抗冲击能力。

主权项

一种复合陶瓷刀具,其特征在于，包括:由富孔隙的硬质陶瓷支架体浸渗增强合金填充形成的基体,以及基体表面气相沉积形成的多层复合涂层；所述基体按照如下方式制备:将β晶型Si3N4粉末、Al粉、Al2O3粉末、ZrO2粉末以及高岭土和羟甲基纤维素粉末按以下预定比例进行球磨混合：Al粉占Si3N4粉末质量的4％‑6％，Al2O3粉末占Si3N4粉末质量的4％‑6％，ZrO2粉末占Si3N4粉末质量的4％‑6％，高岭土占Si3N4粉末质量的0.7％‑1.1％，羟甲基纤维素粉末占Si3N4粉末质量的0.1％‑0.3％；然后，将混合粉末与粘结剂硅溶胶继续混合制得浆料，粘结剂占所述混合粉末质量的3％‑5％，并加入甲基纤维素作为分散剂，加入的分散剂为所述混合粉末质量的1.5％‑3％；取聚氨酯发泡海绵，以浓度4％的氢氧化钠溶液浸泡5小时‑10小时，然后以去离子水冲洗多次后晾晒干燥或热风吹干；将处理之后的聚氨酯发泡海绵缓慢浸入所制得的所述浆料，浸泡2小时以上；取出浸泡之后的聚氨酯发泡海绵并悬空静置30分钟，将聚氨酯发泡海绵放入离心机甩料，然后以不高于150摄氏度的热风缓慢烘干海绵直至其干燥硬化；将浸浆料后的聚氨酯发泡海绵放入电炉箱，平稳缓慢升温至1600摄氏度‑1800摄氏度的高温，烧结30‑40分钟，制得富孔隙的硬质陶瓷支架体；然后，将纯Al粉、含镁质量比例为10％的Mg‑Al合金粉末以及Al2O3颗粒按照1:1：2的重量比混合后熔化为合金液并搅拌均匀，将上面制备的硬质陶瓷支架体预热至800摄氏度，在抽真空状态下将合金液浇注至硬质陶瓷支架体内，通入惰性气体氩气至2MPa，继续保持800摄氏度的温度30分钟，然后自然冷却，使得合金液在硬质陶瓷支架体内部冷却凝固，形成复合陶瓷刀具的基体；通过气相沉积在基体表面形成的多层复合涂层为以下涂层组合中的任意一种组合：(1)由内至外依次为第一TiN层、TiCN层、Al2O3层、第二TiN层的涂层组合；(2)由内至外依次为TiN层、TiCN层、Al2O3层的涂层组合；(3)由内至外依次为第一TiN、TiCN层、第二TiN层的涂层组合。