[发明专利]一种氮化硅陶瓷刀片的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用高α相氮化硅粉体制备陶瓷刀片的方法，属于陶瓷工具的制备技术领域。

背景技术

氮化硅Si₃N₄一种人工合成的化合物，它具有高强、超硬、耐磨、耐腐蚀、低密度、低膨胀系数、抗热震性好、抗氧化能力强等优越的性能；氮化硅既是性能优良的高温结构陶瓷，又是新型的功能陶瓷。近几十年来在世界范围内得到了高度重视和广泛研究，氧化硅陶瓷在化工、冶金、机械、石油、电子、航天航空等领域都得到广泛的应用。

在机械制造等行业中需要使用大量的切削刀具，过去切削刀具基本上用硬质合金材料制成。在切削高锰钢等材料时，使用寿命较短。如用氮化硅制成的陶瓷刀具在加工钢、铸铁、锌硬钢、高锰钢和镍等高温合金时，刀具寿命可比硬质合金刀具长几倍、甚至几十倍。在生产中它不但能用于一般的车、镗和銧削加工，而且能用于孔加工刀具上。除了可在普通机床是使用外，还能用于数控机床等高级设备上，国际上公认是当代提高生产效率最有潜力的一种刀具。据资料用陶瓷刀具代替硬质合金刀具后，切削速度由62m/min提高到332m/min，使生产效率提高5倍，刀具耐用度也增加5倍。当前，国内市场上使用的高性能、高精度陶瓷工具等几乎全靠国外进口，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种耗能低(几乎不耗能)，生产周期短，产品纯度高，设备投资少，制造成本低的、用高α相氮化硅粉体制备的氮化硅陶瓷刀片的制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要由如下步骤：一是原料处理，它是选用高α相氮化硅粉体作为原料，将原料放入球磨机内，球磨介质用无水酒精，球磨后用远红外干燥箱将其烘干，并用筛网进行过筛，并分批次存放；二是热压烧结成型，将处理后的原料在高温高压的同时作用下直接压制成致密的刀片；三是切削刃磨，热压后的陶瓷刀片毛坯，经至少经过平磨两面、线切割、研磨、倒棱、刃磨并清洁后制成所述的氮化硅陶瓷刀片。

所述的氮化硅粉体原料要求如下：

α-Si₃N₄   ≥92％

游离硅     ＜0.5％

氮含量     ≥37％

氧含量     ≤2％

X-射线分析 主要α、少量β相

将原料放入球磨机内，在加入无水酒精介质后进行湿磨，球磨时间为80-100小时，卸料后用远红外干燥箱将料烘干，用90-110目筛过筛，分批次存放供热压烧结成型。本发明所述的热压烧结成型是：氮化硅粉料先在钢模中预压成型，并使预成型件装入热压模前具有一定强度即可，预压成型是在控制压制速度，缓慢加压条件下进行；然后将预成型件放在模具的下垫块上，最后套上热压外模套，装上上压头；将装好粉料的热压模装入热压炉内，密封炉门，通入氮气进行保护，然后进行热压烧结成型；热压完成后，等模具冷却后即可脱模成陶瓷刀片毛坯。

所述的热压陶瓷刀片的最佳热压温度为1780℃土5℃，加压的单位压力一般为200-300kg/cm²；压模装炉后，先施以初压，将料压紧；初压为总压的30-50％；当温度生至500-700℃时，压力升至总压的40-50％；温度升至1000-1400℃时，压力升至总压力的60-70％；温度达到1400-1650℃时，压力保持在总压的85％左右；温度升至1780℃时，压力为总压力的100％.当保温结束后，分阶段降温，让模具在压机上冷却后脱模成陶瓷刀片毛坯。

本发明将所述热压后的陶瓷刀片毛坯，进行如下切削刀磨后续加工处理：先将陶瓷刀片毛坯数片粘在铁板上，放在磨床上两面磨平后，测HRA值，然后进行电火花切割，再用研磨方式磨周边和圆角，经倒棱、刃磨，清洁、经验后入库，分批号存放。

本发明主要采用高纯人工合成化学物质，即高α相氮化硅粉体，经过先进的热压成型烧结工艺制成，具有能获得致密性能优良的陶瓷刀片，制品晶粒细，强度高，硬度高，耐磨性较好；能准确地控制产品形状尺寸；生产期短，质量稳定可靠等特点。

具体实施方式