本发明专利技术公开了一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺。该材料的组分质量配比为：氧化铝(Al2O3)：61-70％；碳氮化钛(Ti(C,N))：25-35％；镍(Ni)：2-6％；钼(Mo)：1-3％。本发明专利技术利用微波整体无梯度加热、促进材料致密及环境友好特性，在2.45GHz频率微波烧结炉中，以氮气为保护气氛，完成所述陶瓷刀具材料的烧结。本发明专利技术制得的刀具材料微观组织均匀、晶粒细小，具有较高的密度、断裂韧度和硬度，性能满足刀具的使用要求；同时烧结工艺先进，生产效率高，成本低，易于大规模生产，具有推广价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及微波烧结材料
，尤其设及到一种Al2〇3/Ti (C，脚复合陶瓷刀 具材料及其微波烧结工艺。
技术介绍
Al2〇3基陶瓷刀具材料是一种应用广泛的高速切削刀具材料，其W高硬度、高耐磨 性、高耐热性和良好的化学稳定性在高速切削领域和切削泽硬钢、儀基高溫合金等难加工 材料方面显示了传统刀具无法比拟的优势。众所周知，Al2〇3/TiC陶瓷刀具在高速切削泽硬 钢时具有良好的切削性能。与TiC相比，Ti(C，脚具有更优异的力学性能，它既具有TiC的 高硬度又具有TiN的高初性，且Ti(C，脚与金属的摩擦系数更小，因此，Ti(C，脚更适合用 于制备高速切削用陶瓷刀具。 陶瓷刀具的性能取决于刀具材料的微观组织，而烧结工艺直接影响着陶瓷刀具材 料微观组织中晶粒尺寸、气孔大小数量和晶界体积分数等，对材料力学性能至关重要。现 阶段，陶瓷刀具材料的传统烧结方法主要有无压烧结、热压烧结、气氛压力烧结和热等静压 烧结，其中最常用的是热压烧结。陶瓷刀具材料无压烧结时，为了使巧体充分致密化，通常 升溫速率慢、烧结溫度高和保溫时间长，运易导致晶粒异常长大，材料力学性能差。另外，长 的烧结周期使得陶瓷刀具生产效率低，刀具成本较高。热压烧结和热等静压烧结，烧结过程 中施加的外力促进了致密化，与无压烧结相比，其烧结溫度降低、保溫时间缩短，晶粒生长 得到一定抑制，微观组织处于微米级，材料的力学性能大幅度提高，但是其烧结周期依然较 长，能源消耗多，生产效率低。由于热等静压烧结设备昂贵，所W-次性投资较大，生产成本 较高。 现阶段，对于Al2〇3/Ti (C，脚陶瓷刀具材料的制备均采用传统烧结方法：热压烧结 和气氛压力烧结。采用热压烧结，在烧结溫度1650°C，保溫时间20min，加压压力35MPa时， 制备的Al2〇3/Ti(C，N)陶瓷刀具材料具有较好的综合力学性能化i，et曰1，SynthesisOf Al2〇3/TiCN-〇. 2% Y2〇3composite by hot pressing, J. Rare. Earth. 25(2007)291-295)。但 是，热压烧结材料微观组织具有各向异性，导致材料使用性能也具有各向异性，热压烧结生 产效率低，不利于大规模生产，致使陶瓷刀具成本较高。文献（Yang et al, Microstruc化re and mechanical properties of gas pressure sintered AlzOs/TiCN composite, Ceram. Int. 33(2007) 1521-1524)通过气氛压力烧结方法制备了AlzCVTi把脚陶瓷材料，烧结溫 度1800°C，保溫时间1.化。但是，高的烧结溫度和长的保溫时间导致晶粒异常长大，微观组 织不均匀，所制得的材料力学性能不高，材料的断裂初度只有5. 82MPa'mI/2,不能满足高速 切削对刀具力学性能的要求。 微波烧结是新一代的烧结技术，微波烧结是利用微波电磁场与材料微观结构禪 合产生的热量使材料快速均匀的无梯度整体加热到烧结溫度W实现致密化。微波烧结加 热速率非常快巧0~200°C/min),烧结溫度比传统烧结溫度低100-300°c，保溫时间短 (0-20min)，烧结周期大大缩短，同时可避免晶粒粗化，显著提高材料的力学性能。微波烧结 单炉生产量大，平均成本低，同时微波加热为即开即停加热，能源利用率极高，环境友好，微 波加热设备价格适中，运为高性能陶瓷刀具大规模工业化生产创造了条件。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种利用微波整体无梯度加热、促进材料致密及环境友好特性， 实现W更低的成本和更少的环境污染制备出晶粒细小、微观组织均匀、力学性能优良的 Al2〇3基陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺。Al2〇3/Ti把脚陶瓷刀具材料的组分质量配比（Wt.% )为：氧化侣（Al2〇3): 61-70% ;碳氮化铁灯i(C，N)) :25-35% ;儀（Ni) :2-6% ;钢（Mo) :1-3%。 阳00引上述AlzCVTi把N)陶瓷刀具材料的微波烧结工艺为： (1)按比例称取Al2〇3、Ti把脚、Ni、Mo混合粉末，加入无水乙醇为介质球磨24-48 小时； 似球磨结束前1-5小时，向混合粉料中加入聚乙締醇溶液继续球磨； W11] 做在真空中，80-120°C下进行干燥，将干燥后的混合粉末研磨、过筛； 阳〇1引 （4)将过筛的粉料单向加压压制成型，成型压力为100-500MPa，保压时间l-3min;[001引 妨在氮气氛围下，通过微波烧结工艺，W30-50°C/min的升溫速率将溫度升至 1500-1650°C，并在此溫度保溫5-15min，随后随炉冷却，制得Al203/Ti把脚复合陶瓷材料。步骤（1)中，混合粉末的粒径均《0.5ym;所述的球磨采用的磨球为氧化侣球；球 料的质量比为7:1-9:1。[001引步骤似中，所述的聚乙締醇浓度3% -5%，聚乙締醇粉末的质量为混合粉末质量 1%~5%。 本专利技术相对于现有技术相比的具有W下显著优点： (1)与传统的气氛压力烧结和热压烧结相比，本专利技术制备的Al2〇3/Ti(C，N)陶瓷刀 具材料的烧结溫度、保溫时间和烧结周期均得到显著的降低。运极大地降低了能源消耗，提 高了生产效率，并且克服了传统热压烧结难W实现陶瓷刀具规模化生产的难题，有利于降 低陶瓷刀具的价格，使陶瓷刀具得W推广应用。[001引 似本专利技术在低溫快速条件下获得致密的Al203/Ti把脚陶瓷刀具材料，由于低的 烧结溫度和短的保溫时间抑制了晶粒长大，部分晶粒处于纳米尺度，形成了 "晶内型"结构， 提高了材料力学性能，断裂初度相比传统烧结得到提高。【附图说明】 图1为实施例4制备的AlzCVTi把脚陶瓷刀具材料断口SEM形貌； 图2为实施例4为"晶内型"纳米Ti把脚颗粒在Al2〇3晶粒中分布的SEM照片； 图3为实施例4为"晶内型"纳米Ti把脚颗粒在Al2〇3晶粒中分布的TEM照片。【具体实施方式】 本专利技术为一种Al2〇3/Ti(C，脚复合陶瓷刀具材料及其微波烧结工艺 阳〇2引 实施例1按AI2O3I. 875g、Ti把脚0. 5g、Ni0. 075g、Mo0. 05g进行配料；将称量后的粉末 装入行星球磨机中，W无水乙醇为介质用氧化侣球球磨24小时；在球磨结束前2小时向混 合粉料中加入浓度为3%的聚乙締醇溶液，聚乙締醇的质量为混合粉末质量1% ;将球磨 后的混合料干燥、研磨过筛；将过筛的粉料单向加压压制成型，成型压力200MPa，保压时间 2min;在氮气氛围下，采用2. 45GHz频率微波烧结炉进行微波烧结，W30°C/min的升溫速 率将溫度升至1500°C，在此溫度下保溫5min，然后随炉冷却至室溫。 阳〇2引 实施例2 阳0%] 按AI2O3I. 75g、Ti把脚0. 625g、Ni0. 075g、Mo0. 05g进行配料；将称量后的粉末 装入行星球磨机中，W无水乙醇为介质用氧化侣球球磨48小时；在球磨结束前2小时向混 合粉料中加入浓度为5%的聚乙締醇溶液，聚乙締醇的质量为混合粉末质量5% ;将球磨 后的混合料干燥、研磨过筛；将过筛的粉料单向加压压制成型，成型压力200MPa，保本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Al2O3/Ti(C,N)复合陶瓷刀具材料，其特征在于，所述的复合陶瓷刀具材料各组分质量配比为：Al2O3：61‑70％；Ti(C,N)：25‑35％；Ni：2‑6％；Mo：1‑3％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：殷增斌，袁军堂，程寓，汪振华，胡小秋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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