专利名称：梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法
技术领域：
本发明属机械制造和无机非金属材料领域，特别涉及一种梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法。
日本研究者(粉体および粉末冶金，1990，37(2)253～258)报道的PSZ/SUS304梯度功能材料采用以下方法制备采用粉末铺展法，将不同体积混合比的PSZ/SUS304复合粉末进行一层层堆积，材料两侧分别为纯PSZ粉和纯SUS304粉，PSZ的体积比从一侧到另一侧逐渐变化，铺好的材料在100MPa下成型，在200MPa下进行冷等静压，最后在1350℃下进行真空烧结1小时。
中国文献(硅酸盐学报，1993，21(5)406～412)报道的MgO/Ni梯度功能材料也采用粉末铺展法逐层铺展不同混合比的MgO/Ni复合粉，材料的成分从一侧的纯MgO逐渐过渡到纯Ni，然后采用热压方法进行烧结。
这些梯度功能材料承受高温的一侧为纯陶瓷，承受低温的一侧为纯金属，材料的组分都是单向梯度分布的。而且这些梯度功能材料都用做航空航天领域的隔热材料，不能用做金属切削刀具材料。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可靠性高、抗磨损、抗破损的梯度功能陶瓷刀具材料及其制备方法。
本发明是通过以下方式来实现的梯度功能陶瓷刀具材料包括Al2O3和TiC，其特征是该刀具材料为多层结构，各种成分呈对称型分布，Al2O3的含量从表面到中心逐渐增加，中心位置的Al2O3含量最高，而表面的Al2O3含量最低。
上述梯度功能陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是包括以下步骤首先采用湿法工艺分散混料，配制不同混合比的Al2O3/TiC复合粉至少5种，每一种都添加微量助烧结剂Y2O3和MgO；然后干燥、过筛，按照Al2O3的含量从低到高，再从高到低的顺序在石墨模具中进行粉末的逐层铺展及预压；最后采用N2气氛保护进行热压烧结。热压烧结压力为30MPa，烧结温度范围是1700～1750℃，保温时间范围是10～20min。
本发明由于采用梯度功能的设计，该陶瓷刀具材料的各项力学性能指标均高于相同材料体系的普通陶瓷刀具材料，适于高速加工各种钢和铸铁，尤其是高硬、高强钢和高硬铸铁，刀具寿命比普通陶瓷刀具提高30％～50％，而成本只提高15％～20％；比硬质合金刀具的生产效率提高50％～100％，表面质量提高一个数量级，是一种新型陶瓷刀具材料。
实施例一制备9层结构的Al2O3/TiC系梯度功能陶瓷刀具材料(1)采用湿法工艺混料，配制5种不同混合比的复合粉，编号为70T、60T、50T、40T和30T，它们的TiC与Al2O3的体积比分别为70vol％/30vol％、60vol％/40vol％，、50vol％/50vol％、40vol％/60vol％和30vol％/70vol％，并添加微量助烧结剂Y2O3和MgO，然后干燥、过筛；(2)按质量比10、10.1、10.7、12.4wt％，分别称取复合粉70T、60T、50T、40T各两份，按质量比13.6wt％称取复合粉30T一份备用；(3)按70T、60T、50T、40T、30T、40T、50T、60T、70T的顺序在模具中进行粉末的叠层填充并预压；(4)在1700℃的烧结温度及30MPa的压力下进行热压烧结，并进行N2气体保护，保温20min，然后随炉冷却。
按上述组分配比得到的刀具材料具有9层结构，两个表层中TiC体积分数为70vol％，中间层中TiC体积分数为30vol％。
实施例二11层结构的Al2O3/TiC系梯度功能陶瓷刀具材料(1)采用湿法工艺混料，配制6种不同混合比的复合粉，编号为65T、60T、55T、50T、45T和40T，它们的TiC与Al2O3的体积比分别为65vol％/35vol％、60vol％/40vol％、55vol％/45vol％、50vol％/50vol％、45vol％/55vol％和40vol％/60vol％，并添加微量助烧结剂Y2O3和MgO，然后干燥、过筛；(2)按质量比9.31、9.21、9.12、9.02、8.93wt％，分别称取复合粉65T、60T、55T、50T和45T各两份，按质量比8.82wt％称取复合粉40T一份备用；(3)按65T、60T、55T、50T、45T、40T、45T、50T、55T、60T和65T的顺序在模具中进行粉末的叠层填充并预压；(4)在1750℃的烧结温度及30MPa的压力下进行热压烧结，并进行N2气体保护，保温10min，然后随炉冷却。
按上述组分配比得到的刀具材料具有11层结构，两个表层中TiC体积分数为65vol％，中间层中TiC体积分数为40vol％。
这两种刀具适于断续和高速切削高强钢、铸铁及铬基高温合金等难加工材料。
权利要求
1.梯度功能陶瓷刀具材料包括Al2O3和TiC，其特征是该刀具材料为多层结构，各种成分呈对称型分布，Al2O3的含量从表面到中心逐渐增加，中心位置的Al2O3含量最高，而表面的Al2O3含量最低。
2.根据权利要求1所述梯度功能陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是包括以下步骤首先采用湿法工艺分散混料，配制不同混合比的Al2O3/TiC复合粉至少5种，每一种都添加微量助烧结剂Y2O3和MgO；然后干燥、过筛，按照Al2O3的含量从低到高，再从高到低的顺序在石墨模具中进行粉末的逐层铺展及预压；最后采用N2气氛保护进行热压烧结。
3.根据权利要求2所述梯度功能陶瓷刀具材料的制备方法，其特征是热压烧结压力为30MPa，烧结温度范围是1700～1750℃，保温时间范围是10～20min。
全文摘要
本发明属机械制造和无机非金属材料领域，涉及一种Al
文档编号B23B27/14GK1454869SQ0311223
公开日2003年11月12日 申请日期2003年6月4日 优先权日2003年6月4日
发明者赵军, 艾兴, 张建华 申请人:山东大学