[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

摘要

本发明属材料科学技术领域，特别涉及一种氮化硅-碳化钨钛纳米复合陶瓷刀具材料的制备方法。本发明的特征是：在微米级α-Si₃N₄基体中加入适量纳米级α-Si₃N₄和微米级(W,Ti)C粉末，以Al₂O₃和Y₂O₃为烧结助剂。采用分段温升、均匀加压的热压烧结工艺，在真空环境中将复合粉末料烧结。本发明制备出的纳米复合陶瓷刀具材料具有高的硬度、抗弯强度、断裂韧性，良好的耐磨性和高温稳定性。该梯度纳米复合陶瓷材料适合于制作高温及耐磨性要求较高的切削刀具、喷嘴等。

主权项

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，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，配制成纳米α‑Si₃N₄的质量分数为0.2%的悬浮液；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，得到分散良好的α‑Si₃N₄悬浮液；(3)混料：按体积百分比进行配料，其中烧结助剂Y₂O₃与Al₂O₃分别固定为4.8%和3.2%，(W,Ti)C为10～30%，纳米和微米α‑Si₃N₄粉末总量为62～82%，且其中纳米α‑Si₃N₄在氮化硅粉末中所占比重为20～50%；将步骤（1）中球磨好的微米级α‑Si₃N₄、(W,Ti)C粉末以及Y₂O₃、Al₂O₃粉末与步骤（2）分散好的纳米材料的悬浮液混合，放在超声分散搅拌机上分散均匀后倒入混料桶中，在球磨机上球磨，再经过真空干燥、过筛，得到分散良好的复合陶瓷材料粉末料；(4)装料与烧结：将混合好的原料粉末装入石墨模具中，在真空环境中采用分段温升、均匀加压的热压烧结工艺；在室温～1200℃时，升温速度为90～100℃/min，压力加至8Mpa；从1200℃到1700℃时，升温速度为45～50℃/min，压力平稳均匀加至30MPa；保温保压阶段温度为1700℃，压力为30MPa，保温保压时间为45min，之后随炉冷却至室温。