[发明专利]混合陶瓷切削刀具和用于此的陶瓷粒料混合物和制造该切削刀具的方法

说明书

技术领域

本发明涉及按照权利要求1前序部分的混合陶瓷切削刀具、用于按照权利要求5前序部分的烧结这种切削刀具的陶瓷粒料混合物和按照权利要求7前序部分的制造混合陶瓷的切削刀具的方法。

背景技术

已知的陶瓷切削刀具，例如由立方结晶的氮化硼（CBN）或由氧化物陶瓷（如Al₂O₃）组成的，具有高的硬度、耐热性、高温强度和耐磨强度和耐化学性。使用这种刀具可以在切削制造中实现高的切割或者加工速度。此外，使用这种刀具可以不用润滑剂和不用冷却剂进行干燥加工，因为由于它们高的高温强度没有必要降低处于咬合中的切削刃的热负荷。

但是，所述陶瓷的脆硬的材料行为不利于它们的这些良好的特性。由于缺少韧性和抗弯强度，陶瓷切削材料如今在高的进给速度场合或者在不连续切削的情况下，例如在铣削时出现的，仍然仅可以不充分地使用。

虽然可用的高速工具钢（HSS）在韧性和抗弯强度上具有所期望的高值，但是这没有达到陶瓷切削材料或者硬质材料的硬度和高温强度。

通过使用陶瓷混合物，特别是基于氧化物和氮化物陶瓷如Al₂O₃和Si₃N₄，得到高硬度且较高韧性的切削材料。但是，这些混合物不利的是，由此得到的切削材料的使用范围仅相对少地运用到较高的进给量或不连续切削的场合，因为这些混合陶瓷还是具有相对低的韧性。此外，相对于最硬的氧化物陶瓷或者CBN还有硬度损失。

此外已知有基于氧化铝（Al₂O₃）、碳化钛（TiC）和氮化钛（TiN）的混合陶瓷。然而，这些对于在光滑切削中的硬-精细加工或者对于光滑或者不连续切削中的铸铁精整加工也仅具有有限的使用范围。

与此相对，本发明基于的任务在于,制造可广泛使用的混合陶瓷切削刀具和提供陶瓷粒料混合物以及用于此的制造方法。

该任务通过具有权利要求1的特征的切削刀具、具有权利要求5的特征的陶瓷粒料混合物和具有权利要求7的特征的制造方法而得到解决。

本发明有利的扩展实施方案在权利要求2至4、6和8至10中进行了描述。

混合陶瓷的切削刀具，特别是刀片或者转位式刀片，包含至少两种陶瓷的硬质材料。根据本发明，其中，第一陶瓷硬质材料包含锆或钼或铌的氧化物，而第二陶瓷硬质材料包含由选自钽，钨，铪，铼中至少两种物质的化合物形成的碳化物或氮化物。其中,锆或钼或铌的氧化物对陶瓷硬质材料混合物具有分散效应,并使切削刀具具有高的韧性。第一陶瓷硬质材料优选包含ZrO或者ZrO₂或者MoO₂或者NbO₂。含有至少两种物质的碳化物或者氮化物使切削刀具具有高的硬度。其中在碳化物或者氮化物中使用两种不同的物质有利于与第一陶瓷硬质材料的氧化物形成桥连，并相对于传统的切削刀具另外地提高了切削刀具的硬度。第二硬质材料优选为钽与钨或与铪或与铼，或者钨与铪或与铼，或者铪与铼。特别优选碳化钽铪（Ta₄HfC₅）、碳化钽铼、碳化钨钽或碳化钨铌。通过基于按照本发明选出的硬质材料混合物而提高的硬度和提高的韧性，可以更灵活和更广泛地使用所述切削刀具。因此，它特别可以用于钻孔、车削或者铣削。其中，使用范围延伸到了具有不同材料特性和切削特性的材料领域，例如铁素体材料、易切削钢、结构钢、表面硬化钢、超耐热合金、铸铁和ADI-铸铁。此外，可以的加工种类的范围例如有精加工、中间加工、硬加工和精整加工和粗刨加工。使用特定几何形状的切削刃的硬加工可以用于所有的切削方法中，甚至在不连续切削的情况和具有不同硬化区的工件的情况。相比传统的混合陶瓷切削刀具，由于使用了非常耐磨损的硬质材料，所述切削刀具的耐用度增加到约2倍，并且耐用路程增加到约5倍。另一个优点是提高的方法安全性，因为刀具断裂很少发生或者是很不可能的。因此，也减少了废件和降低了机械损害。此外，相比传统的混合陶瓷切削刀具，按照本发明的切削刀具可以达到约2.5倍的切削速度。通用型切削刀具的特别优点在于，它可以替代多种特种刀具，这样可以在切削制造中降低运输、投资和运行费用。

在所述切削刀具优选的扩展实施方案中,其额外具有第三陶瓷硬质材料,该第三陶瓷硬质材料包含由选自物质钽，钨，铪，铼中至少两种的所述化合物之一所形成的与第二陶瓷硬质材料不同的碳化物或氮化物。此外,通过选择合适的第三陶瓷硬质材料可以将所述陶瓷切削刀具的使用范围集中在更小的使用领域或者可以扩展到更广泛的领域.