一種氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的制備方法及氮化硅基導(dǎo)電陶瓷刀具的成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的制備方法及氮 化硅基導(dǎo)電陶瓷刀具的成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮化硅陶瓷作為非氧化物絕緣工程陶瓷，具有耐磨、耐蝕、耐高溫、抗氧化性、抗熱 沖擊及低比重等優(yōu)異性能，上世紀(jì)80年代初期由通用公司首先將氮化硅陶瓷試用于切削 加工用刀具領(lǐng)域，它的出現(xiàn)使得刀具材料在耐高溫和硬度方面有著驚人的提高，使得很多 加工溫度極高、耗費(fèi)刀具的工件材料的加工變得容易，是加工領(lǐng)域的一次很大的突破。目前 氮化硅基陶瓷刀具主要有純Si 3N4陶瓷刀具、復(fù)合Si 3N4陶瓷刀具、塞隆陶瓷刀具（Sialon)、 納米增韌Si3N 4陶瓷刀具、晶須增韌Si 3N4陶瓷刀具這幾種。氮化硅陶瓷刀具的成型加工 方法主要有以下兩種：一是采用金剛石砂輪磨削方法對燒結(jié)好的氮化硅陶瓷進(jìn)行簡單型面 加工，切削力大、消耗能量多、加工成本高、效率低；二是采用澆鑄或者等靜壓成型等方式， 將粉體先成型為氮化硅刀具胚體，然后放入高溫爐子里進(jìn)行燒結(jié)，出爐后對其進(jìn)行平磨、研 磨、倒棱角和刃磨等精加工。對于上述的兩種加工方法，第一種加工方法限制了復(fù)雜形狀氮 化硅刀具的成型，加工成本較高，但不限制氮化硅基刀具材料的燒結(jié)制備工藝，氮化硅基刀 具材料可以通過熱壓或者熱等靜壓的燒結(jié)方式制備出性能更加優(yōu)異的氮化硅基刀具。第二 種加工方法雖然可制備出復(fù)雜形狀的刀具，但對材料的制備工藝提出了一定的要求，只能 進(jìn)行氣氛燒結(jié)或者氣壓燒結(jié)，材料性能會受到一定的限制。
[0003] 另一方面，近幾十年，涂層刀具的成功推廣使用，使得人們對刀具涂層技術(shù)的研宄 越加重視，并使得刀具涂層技術(shù)有了長足的發(fā)展。而隨著陶瓷刀具在難加工材料等領(lǐng)域嶄 露頭角，近十幾年，各刀具公司和研宄機(jī)構(gòu)對將刀具涂層技術(shù)應(yīng)用于陶瓷刀具的巨大前景 非常感興趣，并做了很多研宄，但目前主要還是應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具上，可顯著提高刀具的 切削壽命。盡管在21世紀(jì)初有人嘗試用PVD工藝在氮化硅陶瓷上制備涂層，但是由于氮化 硅陶瓷的絕緣性，盡管有一批學(xué)術(shù)文章，在生產(chǎn)上仍無法實(shí)現(xiàn)。一直到兩三年前，德國有幾 家公司采用革新的PVD濺射技術(shù)，使得在氮化硅陶瓷上應(yīng)用PVD涂層工藝成為可能。但是， 他們的工藝也有其缺陷，還有技術(shù)障礙需要克服，如成本高，涂層與基體的結(jié)合力不是很理 想等問題。
[0004] 以上所述的各因素均限制了氮化硅陶瓷刀具的推廣使用，因此制備一種兼具良好 導(dǎo)電性能和良好力學(xué)性能的氮化硅陶瓷刀具是非常必要的，也是未來氮化硅陶瓷刀具的發(fā) 展方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的氮化硅陶瓷電學(xué)性能差、脆性大、難加工，且現(xiàn)有氮化硅陶瓷刀 具的成型加工方法存在缺陷和不足的問題，提供一種兼具良好力學(xué)性能和良好電學(xué)性能的 氮化硅陶瓷的制備方法，以及應(yīng)用該種氮化硅陶瓷制作刀具的成型方法。應(yīng)用該種氮化硅 陶瓷制作的陶瓷刀具適宜PVD涂層工藝。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007] -種氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的制備方法，包括以下步驟：
[0008] S1、將 50-88% vol 的 Si3N4粉、10-45% vol 的導(dǎo)電相、0-5% vol 的粘結(jié)劑、2-5% vol的燒結(jié)助劑混合到一起，得混合原料。
[0009] 優(yōu)選的，所述燒結(jié)助劑由MO和稀土氧化物組成，所述MO為Mg0、Al20 3、CaO和SiO2 中的至少一種。
[0010] 優(yōu)選的，所述導(dǎo)電相為TiN、TiC、TiChNpMoSi^TiB2、ZrB 2、納米碳纖維（CNFs)、石 墨烯、碳納米管（CNT)中的任一種；所述X為0. 3-0. 7。
[0011] 優(yōu)選的，所述粘結(jié)劑為(：〇、1〇、附、1、了&和11中的至少一種。
[0012] S2、將混合原料分散于有機(jī)溶劑中，得混合漿料，然后將混合漿料烘干并過50-200 目篩，得混合粉料。
[0013] 優(yōu)選的，混合原料與有機(jī)溶劑混合后，首先球磨4-48h，然后超聲分散3-5min，得 混合漿料。接著，將混合漿料置于60-80°C下蒸發(fā)除去大部分有機(jī)溶劑，然后在60-100°C下 將混合漿料烘干并過50-200目篩，得混合粉料。
[0014] 優(yōu)選的，所述混合漿料中固相的體積百分比為35-45% ;有機(jī)溶劑為無水乙醇。
[0015] S3、將混合粉料置于模具中，并在惰性氣體或氮?dú)饣蛘婵障?，?500-1900°C下保 溫0. 5-3h，制得氣化娃基導(dǎo)電陶瓷。
[0016] 步驟S3中的高溫?zé)Y(jié)可采用熱壓燒結(jié)、氣壓燒結(jié)、氣氛燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、放電 等離子燒結(jié)或微波燒結(jié)。更優(yōu)選的，高溫?zé)Y(jié)的條件為：^加的N 2氣氛，熱壓壓力為30MPa。 并且先以15°C /min的升溫速度使溫度由室溫升至1350-1500°C并保溫lh，然后以5°C /min 的升溫速度繼續(xù)升溫至1500-1825°C并保溫2h。
[0017] 一種氮化硅基導(dǎo)電陶瓷刀具的成型方法，包括以下步驟：
[0018] S1、采用電火花加工技術(shù)對以上所述的氮化硅基導(dǎo)電陶瓷進(jìn)行粗加工，得刀具坯 體。
[0019] 優(yōu)選的，采用電火花加工技術(shù)對氮化硅基導(dǎo)電陶瓷進(jìn)行粗加工的加工參數(shù)為：脈 沖電壓80-150￥，加工寬度5-10(^8，脈沖間隔10-125以8，加工電流0.5-3(^，加工速度 0· 25-10mm/min。粗加工的加工余量為0· 25-lmm。
[0020] S2、用金剛石砂輪和/或立方氮化硼砂輪對刀具坯體進(jìn)行精加工，得氮化硅基導(dǎo) 電陶瓷刀具。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過添加一定量由MO和稀土氧化 物組成的燒結(jié)助劑，可有效優(yōu)化氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，從而顯著提高氮化硅基導(dǎo) 電陶瓷的韌性和強(qiáng)度。而添加一定量的導(dǎo)電相，不僅有助于提高氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的導(dǎo)電 率，使電阻率低于100 Ω · cm，可實(shí)現(xiàn)使用電火花加工技術(shù)加工氮化硅基導(dǎo)電陶瓷，并使應(yīng) 用該種氮化硅基導(dǎo)電陶瓷制作的陶瓷刀具適宜PVD涂層工藝，此外對氮化硅基導(dǎo)電陶瓷還 起到增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用。添加一定量的金屬相粘結(jié)劑，有助于提高氮化硅基導(dǎo)電陶瓷的綜合 性能。使用本發(fā)明所述的氮化硅基導(dǎo)電陶瓷制作刀具，由于可采用電火花加工技術(shù)進(jìn)行粗 加工，不僅可制備出形狀復(fù)雜的刀具，還可顯著降低刀具加工成本，提高刀具成型的效率， 同時(shí)放寬了對氮化硅陶瓷刀具的燒結(jié)工藝的限制，有利于獲得性能更加優(yōu)異的氮化硅陶瓷 刀具。
【附圖說明】
[0022] 圖1為實(shí)施例24中的氮化硅