技術領域

本發明涉及陶瓷用品領域，特別涉及一種超高強超高韌陶瓷刀具及其制備方法。

背景技術

切削加工在機械加工領域中占據了重要的地位，它是最基本，最可靠的加工手段。而刀具的性能是影響切削加工效率、精度、表面質量等得決定因素之一。國際機械生產技術研究協會(CIRP)的一項研究報告指出:“每一種新刀具材料的出現，都將使機械加工的能力和水平向前邁進一大步”。刀具材料是影響切削加工技術的最主要的因素，刀具幾何參數和刀具結構則是次要的因素。一個世紀以來刀具材料的發展從碳素工具鋼、高速鋼、硬質合金、TiC涂層硬質合金、Al₂O₃涂層硬質合金到新型陶瓷刀具的出現，提高了切削加工效率。

自20世紀70年代出現陶瓷刀具以來，在其材料性能提高、制造工藝改進方面取得了實質性進展，歐、美、日等發達國家陶瓷刀具的應用占整個切削加工領域30%以上的份額。根據CIRP的資料，由于刀具材料的改進，加工時允許的切削速度幾乎10年即提高1倍。在現代化的加工過程中，提高加工效率的最有效的方法就是采用高速切削加工技術。傳統刀具因其局限性已無法勝任現代科技發展所需要的各種高強、高硬及高速切削領域和切削難加工材料方面顯示了傳統刀具無法比擬的優勢。

進入21世紀，新一代陶瓷刀具材料的研究面向以復相陶瓷為基礎，采用高純超細的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等一次粉料，以不同添加劑作為增韌、增強相，并根據不同的增韌補強機理來研究涉及材料的性能結構，通過優化燒結工藝實現各種具有一優良綜合性能的陶瓷刀具材料。

據文獻統計，目前應用最廣泛的陶瓷刀具包括三大類:A1₂O₃系、Si₃N₄系和Sailon陶瓷刀具。但在刀具材料及制造方法方面則存在不足，一般采用熱壓、常壓燒結工藝方法，原始粉體顆粒較大，為微米級，使不同體系陶瓷刀具材料性能在滿足切削加工條件、提高加工效率等方面受到了限制。例如，?Si₃N₄系和A1₂O₃系等雖然具有較好的耐磨性，但是脆性問題不能解決，因而只適合于切削冷硬鑄鐵和淬火鋼，而對大多數高韌性的鋼種則不能切削。

與別的刀具材料相比，陶瓷刀具最顯著的缺點就是斷裂韌性不足，抗彎曲強度和抗熱沖擊性能較差，當切削溫度發生變化時，容易產生裂紋。作為評價其抗破損能力的重要指標之一，陶瓷需要通過適當的手段提高其硬度、抗彎強度及斷裂韌性，而在進行民用的陶瓷刀具用品時，陶瓷刀具和餐具的其它形式很容易崩裂，缺角，陶瓷刀具材料的斷裂韌性更為重要。

中國專利CN?101602111A中公開了一種《超強超韌陶瓷刀具及其制作方法》，其原料經過預燒結、低溫熱處理和等離子高溫燒結處理，最后打磨拋光得到成品刀具。等離子高溫燒結處理是利用直流脈沖電流直接通電燒結的加壓燒結方法，通過調節脈沖直流電的大小控制升溫速率和燒結溫度。一般用于短時間、低溫、低壓燒結，以用于低壓低溫燒結。該專利采用等離子高溫燒結處理工藝雖然在一定程度上提高了陶瓷刀具的強度和韌性，但是它不能達到物料的足夠致密度，不能達到足夠的力學性能要求，還需進一步提高其硬度、抗彎強度及斷裂韌性。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種超高強超高韌陶瓷刀，該刀具硬度高、耐磨性好、抗熱沖擊性能優異、抗彎強度及斷裂韌性高，其導熱性、耐蝕性、抗氧化性以及高溫硬度、高溫強度等都有明顯優勢。

本發明實施例所要解決的技術問題還在于，提供一種超高強超高韌陶瓷刀具的制備方法，該制備方法采用一種和以往不同的熱壓振動燒結方法以制作上述陶瓷刀具，該方法能大幅度提高產品的性能，可以達到以往達不到的性能參數，在性能上具有明顯優勢，應用范圍更廣。

為達到上述技術效果，本發明實施例提供了一種超高強超高韌陶瓷刀具，所述超高強超高韌陶瓷刀具采用氧化鋯、氧化釔及稀土氧化物為主要原料，通過熱壓振動燒結工藝制備而得。

作為上述方案的改進，所述振動熱壓燒結的燒結溫度為1300~1680℃，壓力為5~55MPa，振動幅度為0.5~10T，頻率為0~4次/s。?

作為上述方案的改進，其以質量份計的主要原料配方如下：

氧化鋯??????????????85~97%

氧化釔??????????????2~11%

稀土氧化物??????????0~7%。