[发明专利]一种氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，涉及一种氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法。

背景技术

切削加工是机械制造业中占主导地位的加工方法，刀具材料的发展对切削加工的进步起决定性作用，陶瓷刀具因其具有高的耐磨性、耐热性、抗氧化性等优点，80年代以来，已取得突破性进展，陶瓷刀具材料必将成为廿一世纪最主要的刀具材料之一。氮化硅陶瓷由于具有高强度、高抗热震性、高耐磨性、化学稳定性等一系列优良性能，广泛应用于切削刀具，但其硬度和断裂韧度较低。

在陶瓷材料中加入纳米颗粒可以有效提高复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧度（Sternitzke M..Review:Structural Ceramic Nanocomposites[J].J.Eur.Ceram.Soc,1997,17:1061-1082）,并且明显改善其高温性能（李广海，江安全，张立德.添加纳米对陶瓷增韧和增强的影响[J].金属学报，1996,32(12):1285-1288）。在微米Si₃N₄基体中加入纳米Si₃N₄颗粒，有利于细化晶粒，促进β-Si₃N₄的形成，促进基体材料长柱状类晶须晶粒直径尺寸呈双峰分布特征，提高材料的抗弯强度和断裂韧度。在氮化硅基体材料中加入SiC颗粒可明显提高其抗弯强度，但是硬度和韧性仍十分有限（Hirano T,Niihara K.Microstructure and mechanical properties of Si₃N₄/SiC composites[J].Mater Lett,1995,22(5):249-254.）。当加入TiN颗粒时，可明显提高氮化硅陶瓷的强度和韧性，但是硬度仍较低（Zou B,Huang C,Chen M,et al.Study of the mechanical properties,toughening and strengthening mechanisms of Si₃N₄/Si₃N₄w/TiN nanocomposite ceramic tool materials[J].Acta Mater,2007,55(12):4193-4202.）。

因此，如何同时获得高的强度、韧性和硬度，是开发氮化硅基纳米复合陶瓷材料的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，通过在微米级氮化硅基体中，添加适量的纳米相氮化硅以及增强相碳化钨钛，提供一种氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法，制备具有高强度、高硬度、高韧性及良好高温稳定性的氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料。

本发明是通过以下方式实现的。

一种氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

(1)原料的准备：用无水乙醇作为介质，分别对微米α-Si₃N₄、纳米α-Si₃N₄，微米Al₂O₃和微米(W,Ti)C原料粉末，进行球磨，以打散较大的团聚颗粒，获得更为均匀的粉末，之后经过真空干燥、过筛，封装以备用；

(2)纳米颗粒的分散：应用步骤（1）中球磨好的纳米α-Si₃N₄粉末，分散过程以无水乙醇为分散介质，加入相对纳米α-Si₃N₄质量为0.5%的分子量为4000的聚乙二醇，配制成悬浮液；采用氨水滴定法将悬浮液的PH值调整为9.5～10，使悬浮液呈碱性；然后放在超声分散搅拌机上分散25～30分钟，得到分散良好的α-Si₃N₄悬浮液；