[发明专利]一种高强度高硬度陶瓷材料及其生产工艺

说明书

一种高强度高硬度陶瓷材料，其成分重量百分比为：一种高强度高硬度陶瓷材料，其成分重量百分比为：TiC 50‑52、TiN 13‑14、Cr₃C₂1‑2、WC 7‑8、HfC 5‑6、TaC 3‑4、La₂O₃1‑2、Co 5‑6、Mn 3‑4、Ni 5‑6、Fe 4‑5，余量为Al和不可避免的杂质,TiC/TiN比例为3.6‑4；经过成分配料、球磨、成型、真空热压烧结后最终陶瓷材料硬度为HRA 94‑100，抗弯强度为2400‑2600MPa，断裂韧性为12‑13MPa·m^1/2，导热系数为95‑105W/(m·K)，线膨胀系数为2.8×10^‑6/℃‑3.8×10^‑6/℃。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别涉及一种高强度高硬度陶瓷材料及其生产工艺。

背景技术

金属陶瓷是由TiC、TiN等硬质相以及钴镍等粘结相组成的，因其具有较高的硬度、耐磨性、红硬性以及优良的化学稳定性和低的摩擦系数而受到国内外普遍关注，金属陶瓷已在日本等国家的切削刀具中得到广泛应用。金属陶瓷中粘结相主要用于改善陶瓷的韧性，但切削过程的高温下金属粘结相软化严重，使金属陶瓷性能降低。为进一步提高金属陶瓷材料的性能和延长其使用寿命，在此方面的研究和应用也日益增多。金属间化合物中原子的长程有序排列以及金属键与共价键共存的特征使其同时兼有金属的塑性和陶瓷的高温强度从而成为一种比较有潜力的高温材料，将其用作金属陶瓷的粘结相将提高金属陶瓷性能。但是一直以来硬质相、增强相、粘结相均匀分散都存在问题，影响了产品的使用寿命。

但就使用性能来讲，Ti(C，N)基陶瓷尚存在强度和韧性不足的弱点，这一弱点不仅影响其使用寿命，而且也使它的使用范围受到限制。因此如何提高Ti(C，N)基金属陶瓷的强韧性就成为材料工作者所关注的问题。而Ti(C，N)基金属陶瓷的耐磨性和韧性之间相互矛盾，而非均匀结构材料可以两者兼顾，使材料的成分和显微组织结构呈阶梯分布，在表层形成硬质相富集区，而在组织内部形成粘结相富集区。用物理涂层或化学涂层的方法在基体材料表面生成耐磨涂层是常用方法之一，但此类方法制备材料的表面与基体之间在成分和微观结构等都存在明显界面，两者的热膨胀系数亦存在区别，因此表面硬化层容易产生裂纹，甚至脱落。另外，在刀具的具体使用过程中切削表面附近由于存在大量的摩擦热量，会导致刀具表面与芯部内部热量传导速率不一致，在长期运行的时候会使得内外温差不断增大，考虑到本身Ti(C，N)基金属陶瓷硬质相结构是典型的芯－环结构，即分为内核、内环与外环三部分，因此温度差会引起本身就结构分成的陶瓷材料更容易发生因为热应力引起的热断裂。

发明内容

因此现需提供一种长寿命、高强度、高硬度、导热能力强的用于刀具的高强度高硬度陶瓷材料。为实现上述目的，本发明一方面需要控制陶瓷材料的成分，另一方面需要严格控制陶瓷材料的生产工艺。

技术方案如下：

一种高强度高硬度陶瓷材料，其成分重量百分比为：硬质相为TiC+TiN、增强相为Cr3C2、WC、HfC、TaC、La2O3中的至少2种，粘结相为Co、Mn、Ni、Fe、Al中的至少2种。

一种高强度高硬度陶瓷材料，其成分重量百分比为：TiC 50-52、TiN 13-14、Cr3C21-2、WC 7-8、HfC 5-6、TaC 3-4、La2O3 1-2、Co 5-6、Mn 3-4、Ni 5-6、Fe 4-5，余量为Al和不可避免的杂质,TiC/TiN比例为3.6-4。

进一步：一种高强度高硬度陶瓷材料，其成分重量百分比为：TiC 50、TiN 13、Cr3C2 1、WC 7、HfC 5、TaC 3、La2O3 1、Co 5、Mn 3、Ni 5、Fe 4，余量为Al和不可避免的杂质,TiC/TiN比例为3.85。