[其他]高韧性氮化硅基陶瓷刀具材料及其制造方法

说明书

本发明提供了一种高韧性氮化硅基刀具材料的制造方法。所述刀具材料的制造方法是将６０％～９７％重量的Ｓｉ₃Ｎ₄、１％～１５％重量的人工合成Ｍｇ·Ａｌ₂Ｏ₃尖晶石，１％～１５％重量的未稳定的ＺｒＯ₂和１％～１０％重量的ＷＣ混合，在１６００～１８００℃，１５０～３００公斤／厘米²压力条件下，非氧化气氛中，热压烧结２０分钟至２小时而成。本发明的刀具材料烧结密度为理论密度的９９．８％以上，弯曲强度为９７０ＭＰａ，洛氏硬度（ＨＲＡ）达９４－９５，断裂韧性为８．２ＭＰａＮ^１／２，冲击强度为７．６Ｋｇｃｍ／ｃｍ²。

一种高韧性氮化硅基陶瓷刀具材料的制造方法。

本发明涉及一种氮化硅基陶瓷刀具材料的制造方法。它包括如下步骤，首先将定量的Si₃W₄、人工合成MgO·Al₂O₃尖晶石、未稳定的ZrO₂和WC混合均匀，然后热压烧结而成。

氧化铝质陶瓷刀具材料的应用已有三十多年的历史，但由于其抗机械冲击性和抗热冲击性、高温强度和高温硬度不足，已不能满足日益增多的难加工材料和高速切削的需求。达了满足上述要求，相继发展起来的氮化硅基陶瓷刀具材料，具有高强度，高硬度，高耐磨性和优良的化学稳定性，抗冲击韧性和抗热冲击性，在机械加工中获得广泛应用。但仍感抗冲击韧性和耐磨性不足，因而其应用范围受到限制，对于高硬而坚韧的合金材料的加工和要求冲击韧性极高的断续切削和铣削加工无能为力。因此，制造出高韧性陶瓷刀具材料是人们盼望已久的并且一直为此目的做着不懈的努力。美国专利US428973公开了一种用冷压烧结法制造氮化硅基陶瓷刀具的方法，它的目的是提高刀具材料的密度，并说用该法制造的刀具密度可达理论密度的99%以上。其构成是由三种粉末组成;第一种是75%以上的氮化硅，第二种是从Y₂O₃，MgO，CeO₂和ZrO₂中选择出来的。第三种是从Al₂O₃，WC、WSi₂、W和TiC中选择出来的。利用该方法制造的刀具材料硬度只能达到HRA91～93，是一般氮化硅基陶瓷刀具材料的水平，而且由于制造工艺的限制，不足之处是冲击韧性并没有提高。日本专利昭55-62857透露了一种制造高韧性陶瓷刀具的方法。其目的是提高陶瓷刀具的韧性，是将Si₃W₄79%、MgO1%、ZrO₂20%的混合物在非氧化气氛中，1600-1850℃，180Kg/cm²条件下烧结而成，采用人们普遍采用的ZrO₂增韧法。但因ZrO₂的加入会发生放出气体的反应，导致烧结密度的降低，如要抑制放出气体的反应必须加入多量的MgO，则在烧结材料中残留较多有害的玻璃相，因此增韧效果不能令人满意。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供了一种理想的高韧性氮化硅基陶瓷刀具材料的制造方法。

本发明的目的可以通过以下措施来达到，首先将60%～97%重量的Si₃M₄、1%～15%重量的人工合成MgO·Al₂O₃尖晶石，1%～15%重量的未稳定的ZrO₂和1%～10%重量的WC混合，然后在1600～1800℃，150～300公斤/厘米²压力条件下，非氧化气氛中，热压烧结20分钟至2小时而成。