專利名稱：氧化鋁-氧化鋯-碳化硅-氧化鎂陶瓷制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含氧化鋯與碳化硅的氧化鋁基的陶瓷切削工具，具體涉及到用于黑色及有色金屬與合金高速粗機(jī)加工的陶瓷切削工具。
過去，氧化鋯曾按規(guī)定的量，添加到美國專利4534345與4507224號(hào)中所述的精選出的氧化鋁-陶化硅晶須增強(qiáng)的組成中，用以提高斷裂韌度和/或抗彎強(qiáng)度(參看美國專利4657877與4749667號(hào)，日本特許公告昭62-265182號(hào);Clausen等人的“晶須增強(qiáng)的氧化物陶瓷”，JournaldePhysigueCollogueCl，增刊，47卷2期，1986，2月，Cl-693至Cl-702頁;Becher等人的“由晶須增強(qiáng)來韌化陶瓷”，見Bradt等人編的“陶瓷斷裂力學(xué)”(第七版)，紐約Plenum出版社(1986)，61-73頁。
業(yè)已指出，此種氧化鋯應(yīng)為單斜晶相和/或(亞穩(wěn)的)四方晶相的，以提高斷裂韌度和/或抗彎強(qiáng)度;又經(jīng)進(jìn)一步指出，這種亞穩(wěn)的四方晶相的取得，是通過減小氧化鋯的粒度，或通過采用立方晶系的氧化鋯穩(wěn)定化促進(jìn)劑，例為氧化釔、氧化鈣、氧化鎂與稀土氧化物等，它們的總量則低于使立方的氧化鋯晶相完全穩(wěn)定化所需的量。
業(yè)已提出了由含氧化鋁、氧化鋯與碳化硅晶須的種種組成，摻或不摻以其它添加劑來構(gòu)成切削刀具(參見日本特許申請(qǐng)86107916.8號(hào)，1987，1，21，作為0208910號(hào)公布;美國專利4749667號(hào);“多重韌化的陶瓷”，TechnoJapan，19卷10期，1986，10，78頁;歐洲專利申請(qǐng)?zhí)?63015970，1986，11，17，作為0194811號(hào)公布)。
上面所引文件中沒有一個(gè)指出或提到過，對(duì)于用在軟鋼類高速粗機(jī)加工中的金屬刀具，它們的切削性能是可以通過下述方式顯著提高的，即把氧化鋁基的陶瓷組成控制到一種組合形式的臨界范圍內(nèi)，而這種范圍則是本申請(qǐng)人現(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的對(duì)于氧化鋯、氧化鎂、碳化硅與四方晶相氧化鋯等的含量范圍。
本發(fā)明提供了一種氧化鋁基的制品，特別是提供了一種陶瓷切削刀具，它含有(按體積百分率V/O計(jì))約1.5至37.5V/O碳化硅晶須、約5至17.5V/O氧化鋯，剩余物為氧化鎂或其它鎂-氧化合物添加劑，以及至少2V/O四方晶相的氧化鋯。已然令人驚奇地得知，盡管發(fā)現(xiàn)了少量的氧化鎂添加劑能在室溫時(shí)減少四方晶(即亞穩(wěn)四方晶)的氧化鋯量，但這種添加劑一有效的添加量，卻能在高速粗加工如AISI(美國鋼鐵學(xué)會(huì))1045鋼之類的軟鋼時(shí)，給予切削刃的壽命以顯著的肯定影響。
所添加的氧化鎂量以約0.03至3V/O為宜，更好約為0.03至2.0V/O;而最好約為0.04至1.0V/O。
根據(jù)本發(fā)明，氧化鋁基的陶瓷組成所含的碳化硅晶須量，以約為2.5至35V/O為宜，而更好是約為5至32.5V/O。
根據(jù)本發(fā)明，氧化鋯的含量以7.5至17.5V/O為宜，而更好是約為10至15V/O。根據(jù)本發(fā)明，氧化鋯中要有顯著部分屬于四方晶氧化鋯，且必須構(gòu)成此組成的至少2V/O。在此組成中，較佳情形至少要有4V/O的，更好至少要有6V/O的，而最好至少要有8V/O的四方晶氧化鋯。
當(dāng)閱讀了本發(fā)明結(jié)合以下簡明的附圖所作的詳細(xì)說明后，就會(huì)更清楚地理解本發(fā)明的上述特點(diǎn)和其它特點(diǎn)，在附圖中

圖1是本發(fā)明的一種方形切削刀具之實(shí)施例的等比例的示意圖。
圖2中所示曲線，表明組成中四方晶氧化鋯的體積百分率相對(duì)于氧化鎂或氧化釔添加劑的函數(shù)關(guān)系。
本發(fā)明提供了如圖1所示的，最好是可換位型的一種金屬切削刀具10，它具有前刀面30、側(cè)面50以及一在此前刀面與側(cè)面會(huì)合處的切削刃70。切削刃70最好呈圖1所示的倒角狀態(tài)(例如K-棱刃)。此切削刀具是從一種氧化鋁基的陶瓷組成料構(gòu)成，此組成含約1.5至37.5V/O的碳化硅晶須;約5至17.5V/O的氧化鋯和一種剩余物氧化鎂或其它鎂-氧化合物添加劑，所添加的量，能有效地提高其切削刃的金屬切削壽命。碳化硅晶須、氧化鋯與剩余物氧化鎂極其均勻地分布于氧化鋁基的母體中。
碳化硅晶須存在的數(shù)量級(jí)至少約為1.5V/O，以確保切削壽命取得最低的改進(jìn)水平。更理想的情況是，碳化硅晶須含量約為2.5V/O、或更高，而最理想的情形是，此含量約為5V/O或更高。碳化硅晶須含量以不超過組成的約37.5V/O為宜。我們肯定，超出上述值的碳化硅晶須含量，會(huì)使這種切削刃的壽命顯著地降低。因此，為了進(jìn)一步最大限度地提高切削刃在高速粗加工時(shí)的壽命，最好使碳化硅晶須的最高含量在氧化鋁基的陶瓷組成中，保持在或低于約35V/O，而更好是32.5V/O，最佳的碳化硅晶須含量根據(jù)其應(yīng)用來定。
這里所用的碳化硅晶須可以是任何一種市售的，過去用于機(jī)加工鎳基超合金的金屬切削刀具中的品種。
在本發(fā)明中的不太理想的情況下，也可用大致上等軸形的或片晶形的碳化硅顆粒，來部分地置換碳化硅晶須。
氧化鋯含量在此種陶瓷組成中的范圍約為5至17.5V/O。據(jù)信在此范圍之外的氧化鋯含量所給出的組成，在高速粗加工AISI1045鋼之際，會(huì)減低削刃的壽命。為了最大限度地提高切削刃的壽命，氧化鋯含量在此種組成中的范圍最好約為7.5至17.5V/O，而更好是約為10至15V/O。雖則我們認(rèn)為四方晶氧化鋯的濃度需最大化以取得最佳的切削性能，但在我們看來，至少是同等重要的是，在室溫下要存在有盡可能多的四方晶氧化鋯，可用于使切削刃在機(jī)加工過程中遇到的溫度下，或在盡可能接近這樣的溫度下變形韌化。為此，本發(fā)明的關(guān)鍵之處即在于發(fā)現(xiàn)了，以某一少量但卻是有效量存在的氧化鎂，乃是使切削刃壽命最大限度提高的決定因素。根據(jù)本發(fā)明，此陶瓷組成中必須至少要有2V/O的四方晶氧化鋯。理想情況下，此四方晶氧化鋯構(gòu)成，此陶瓷組成至少約4V/O，更理想的情況下，構(gòu)成此陶瓷組成的至少約6V/O，而最理想的情況，構(gòu)成此組成的約8V/O。
氧化鎂添加劑，盡管會(huì)減少在室溫下觀察到的四方晶氧化鋯量，但以約占此種陶瓷組成的0.03至3V/O的量添加是很理想的，更好是在約0.03至2V/O的范圍，而最好是從約0.04至1.0V/O。氧化鎂可在正好要進(jìn)行致密壓制之前與氧化鋁或氧化鋯混合，或者同氧化鋁或氧化鋯予混合或預(yù)合金化。最好是將氧化鎂粉末預(yù)混合，這是由于據(jù)信這種預(yù)混合的氧化鎂能更有效于生產(chǎn)出高溫的亞穩(wěn)的四方晶氧化鋯，從而允許添加較少量的氧化鎂，使高量氧化鎂添加劑(例如低熔點(diǎn)玻璃與Mg-Al-O形成物)帶來的有害影響減至最小。等價(jià)量的其它鎂-氧化合物，例如碳酸鎂，或須要求補(bǔ)加鍛煉之類處理工序以生成氧化鎂，而可用于置換全部或部分的氧化鎂添加劑。在將這種混合了的組成料燒結(jié)之后，此種氧化鎂添加劑可能不作為獨(dú)立的相存在，而僅僅是一種殘余物。這種殘余物例如可以包括氧化鎂-氧化鋁的固溶體、鋁酸鎂、一種氧化鎂-氧化鋯的固溶體和/或一種玻璃，后者例如是由二氧化硅所形成，它有可能以薄膜形式存在于碳化硅晶須上面。
此種陶瓷組成的其余部分基本上是氧化鋁，而最好是除雜質(zhì)之外完全為氧化鋁?？傊@里給出的氧化鋁基的陶瓷組成含有至少40V/O的氧化鋁，而最好是至少約有50V/O的氧化鋁。
碳化鈦，可以作為晶須和/或基本上是等軸的晶粒形式，按此種陶瓷組成約2至35V/O的量，最好是按約10至30V/O的量加入。碳化鈦與氧化鋁相比具有較高的熱膨脹系數(shù)。因而可以相信，以碳化鈦?zhàn)魈砑觿?，就可允許在室溫下保持有更多的四方晶氧化鋯。碳化鈦晶須可按A.kato等“碳化鈦晶須在化學(xué)汽相沉積法的生長速率”，J.Cryst.Growth37(1977)，293-300頁;以及N.Tamari等“各種金屬與耐火氧化物對(duì)于用化學(xué)汽相沉積法生長Tic晶須的生長效應(yīng)”，J.Cryst.Growth，46(1979)，221-237頁中所述的方法制造與獲取。碳化鈦晶須及其摻入與應(yīng)用于氧化鋁基切削刀具的情形，已公開于Mehrotra等的美國專利申請(qǐng)編號(hào)056091(1987，5，28申請(qǐng))中，并已轉(zhuǎn)讓給Kennametal公司，現(xiàn)在是美國專利4852999號(hào)。
這里所用的氧化鋁粉末應(yīng)為高純(即純度高于99%)氧化鋁，例如以下各公司所產(chǎn)生的ALCOA(例如級(jí)別為A16.SG的)，Ceralox(例如級(jí)別為HPA-0.5，含或不含氧化鎂)或ReyholdsChemicdls(級(jí)別為RC-HP或RC-HP-DBM的)。
氧化釔、氧化鈣、稀土氧化物與其它一些化合物，由于會(huì)降低從四方晶到單斜晶的轉(zhuǎn)變溫度，對(duì)切削刃的壽命有不利影響，因而要是存在的話，也最好只是作為雜質(zhì)存在。
上述原料，依據(jù)本發(fā)明，可予研磨、混合和在高溫下致密化，以產(chǎn)生出至少是98%而最好至少是99%的致密的氧化鋁基的陶瓷料，這種陶瓷料具有氧化鋁基質(zhì)的母體，此母體最好完全是氧化鋁，其中的碳化硅、來自氧化鎂添加劑的氧化鎂殘留物、氧化鋯與碳化鈦，如果存在，也至少要非常均勻地分布。熱壓或燒結(jié)溫度最好保持在低于1750℃，更理想是低于1650℃，而最理想應(yīng)低于約1600℃，以使氧化鋯晶粒的生長減至最小，而由此使最終產(chǎn)品中存在的四方晶(即亞穩(wěn)的四方晶)氧化鋯相達(dá)到最大限度。在切削刀具中的氧化鋯平均粒度不應(yīng)超過5微米左右，最好不超過2微米，而更理想不應(yīng)超過1微米。但是，氧化鋯的平均粒度又應(yīng)大到在使用中足以使絕大多數(shù)四方晶的氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本У难趸?。此種氧化鋯的最小尺寸將取決于陶瓷組成，目前未予測定。
申請(qǐng)人雖不愿意為任何特殊理論所束縛，但要對(duì)本發(fā)明提出下述解說。在氧化鋁-碳化硅晶須-氧化鋯的組成中，可在室溫下獲得的亞穩(wěn)的四方晶氧化鋯，它的數(shù)量可以通過減小氧化鋯的粒度，或通過添加所謂的立方型穩(wěn)定劑例如氧化釔、氧化鈣和/或稀土氧化物而增加(參看英國Magnesium Electron(鎂電子)公司，1986年Magnesium Electron出版物NO.113，Stevens的“氧化鋯-氧化鋯與氧化鋯陶瓷引論”)。雖然上述文獻(xiàn)一般將氧化鎂包括在前面說及的那種穩(wěn)定劑的表中，但申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)于這里提出的組成中添加約0.03至3V/O量的氧化鎂，則氧化鎂會(huì)減少室溫下的四方晶氧化鋯量。當(dāng)把氧化釔加到氧化鋯中，它常會(huì)使氧化鋯的四方晶與立方晶相穩(wěn)定到較低的溫度。所有上述的穩(wěn)定劑以及絕大多數(shù)雜質(zhì)，除氧化鎂外，都會(huì)以類似方式影響ZrO2(即它們會(huì)減低使氧化鋯相穩(wěn)定的溫度)。在室溫下，某些氧化鋯可能以亞穩(wěn)的四方晶氧化鋯存在。在張應(yīng)力的作用下，這種四方晶氧化鋯可轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本У?，而引起變形韌化。但是，隨著溫度的升高，四方晶氧化鋯成為穩(wěn)定的，因而不能由之轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本ЫY(jié)構(gòu)。這樣，任何使四方晶氧化鋯在較低溫度下穩(wěn)定的雜質(zhì)或添加劑，例如氧化釔，都不適用于金屬切削目的，因?yàn)樵诟咚贆C(jī)加工中，切削刀片的溫度會(huì)升高至1000到1200℃。于是，根據(jù)本發(fā)明的理論，為了高溫的變形韌化，需用那些能升高氧化鋯從單斜晶到四方晶的轉(zhuǎn)變溫度的添加劑。我們已發(fā)現(xiàn)只有兩種氧化物添加劑Mgo與HfO2能提高上述轉(zhuǎn)變溫度。據(jù)此我們確信，通過用氧化鎂或二氧化鉿使氧化鋯合金化，在將氧化鋯粒度保持到很小的條件下，就能在金屬切削的高溫下使大部分氧化鋯保持為亞穩(wěn)的四方晶氧化鋯。我們深信，上述事實(shí)有助于提高刀具在金屬加工中的壽命。應(yīng)該注意到，氧化鋯通常含有高達(dá)約2W/O(重量百分率)的作為雜質(zhì)的二氧化鉿。
通過下面僅僅用作解釋本發(fā)明的例子，當(dāng)可更清楚地看到氧化鎂添加劑對(duì)于金屬切削性能有顯著的積極影響。
制定了名義組成為Al2O3-10V/O SiCw(碳化硅晶須)-10V/O ZrO2的六種組成(表1)。準(zhǔn)備了Y2O3與MgO的少量添加劑。在混合物號(hào)6的情形，約0.05W/O(近似0.06V/O)的MgO業(yè)已由此粉末的制造廠家與Al2O3混合好。這就使得混合物號(hào)6具有約.04V/O的氧化鎂含量。首先將Al2O3與ZrO2(以及助穩(wěn)添加劑，如果有的話)的稀漿(丙醇)于缸式磨機(jī)中，用Al2O3旋風(fēng)式分離器(Cydoids)混合1小時(shí)，制備好這些粉末的50克配合料。然后加入經(jīng)聲波處理的SiCw稀漿，將此整個(gè)的混合料混勻處理1小時(shí)。Al2O3與ZrO2稀漿業(yè)經(jīng)事先研磨，取得了分別為0.5至0.6微米和0.6至0.8微米的粒度〔對(duì)應(yīng)于BET(布魯紀(jì)-埃梅特-泰勒)法測得的比表面積分別為10至14平米/克與20至40平米/克〕。此時(shí)將此種混合物用盤式烘干器干燥，通過100目篩篩分，并在表1下方所示的溫度與壓力下，在氬氣中于直徑為1英寸的石墨模具中熱壓1小時(shí)。這樣制得的坯料的致密度高于99%，經(jīng)切割、研磨與拋光，用于測量物理與機(jī)械性質(zhì)。這種坯料也切割與研磨，以用于生產(chǎn)供金屬切削實(shí)驗(yàn)的可分度的切削刀具。
表1組成名義組成Al2O3-10V/OSiCw-10V/OZrO2Al2O3Alcoa A16SGSiCwTokai碳公司(日本東京)，TOKAWHIBKER(ToKAMAX)，1級(jí)(0.3-1.0微米直徑，20-50微米長)ZrO2Zircar-不穩(wěn)定的MgOFiaher料學(xué)公司，試劑級(jí)，BET＝40.4平米/克Y2O3MolgCorp，BET＝15.4平米/克熱壓混合物號(hào)溫度(℃)壓力(/平方英寸)組成116504000名義的2 1650 4500 名義的+1V/OY2O3316254500名義的+1V/OMgo4 1600 4500 名義的+1V/OY2O3+1V/OMgO5 1625 4500 名義的，除所用Al2O3為Ceralox的級(jí)別為HPA-0.5的(中間粒度為0.5-0.7微米)6 1625 4500 名義的，除所用Al2O3為Ceralox的級(jí)別為HPA-0.5的，含有MgO(0.05W/O)
表2性質(zhì)混合物號(hào) RA硬度抗彎韌度四方晶ZrO〔2〕2KIc(E&C)〔1〕在ZrO2在復(fù)合材料(MPa m
) 中的V/O 中的V/O193.35.59848.4293.34.9710010393.65.96707493.64.63989.8593.65.83848.4693.85.88767.6〔1〕EuansandCharles，“由壓痕法測量斷裂韌度”，J.AmericanCeranicSociety，59卷，7-8期，371-372頁，應(yīng)用18.5公斤載荷。
〔2〕對(duì)已拋光表面用X射線衍射測得的結(jié)果。此氧化鋯的其余部分假定為單斜晶的氧化鋯?？赡芤陨倭看嬖诘牧⒎骄а趸唲t包括在四方晶氧化鋯的測定值內(nèi)。
表2中示明了此種熱壓復(fù)合材料的物理與機(jī)械性質(zhì)。
對(duì)Porter-Heuer(Porter等，J.American Ceramic Societg，62卷，5-6期(1979)，298-305頁)的公式進(jìn)行了修正，并用來根據(jù)單斜晶ZrO2的111反射的峰值強(qiáng)度(Im(111))與四方晶ZrO2的111反射的峰值強(qiáng)度(It(111))，來估算斜晶ZrO2(Vm)的分率Vm＝ (1.603Im(111))/(1.603Im(111)+It(111)) (1)與Vt＝1-Vm(2)其中的Vt為四方晶ZrO2的分率估算的四方晶ZrO2在此整個(gè)復(fù)合材料中的體積分率為(vt)vt＝Vtvz(3)式中的vz為加到此混合物中整個(gè)ZrO2的體積分率。以上關(guān)系式中假定了，在固化過程中除了前面討論到的相轉(zhuǎn)變外，ZrO2基本上保持不變。
圖2表明在此種復(fù)合材料中，各種添加劑對(duì)四方晶氧化鋯量的影響。從圖中可以清楚看到，氧化鎂添加劑會(huì)降低四方晶氧化鋯的數(shù)量(曲線1)，而氧化釔添加劑則會(huì)增加四方晶氧化鋯在室溫下的數(shù)量(曲線2)。
表3加工AISI 1045＊鋼(192-200BHN)刀具切削刃壽命與平均壽命材料損毀方式(分鐘)混合物114.BK14.7BK14.4混合物28.BK12.6BK10.3混合物315.9BK29.2BK22.6混合物41.7FW7.7FW4.7混合物517.FW7.5BK12.3混合物622.9DN32.9FW27.9
實(shí)驗(yàn)條件1000sfm(表面英尺/分)0.025ipr(英寸/轉(zhuǎn))0.100英寸doc(切削深度)SNGN-453T〔根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)B212.4-1986的美國國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)號(hào)〕可分度的切削刀具型(切削刃的配制0.008英寸×20°K-棱刃)15°導(dǎo)角(旁鋒緣角)-5°副前角-5°縱向前角無冷卻劑切削刃壽命的標(biāo)準(zhǔn)FW-.015″均勻的側(cè)面磨損MW-.030″集中的側(cè)面磨損CR-.004″月牙洼磨損DN-.030″切削凹口深度CH-.030″集中的磨損或碎裂BK-斷裂＊AISI1045相當(dāng)于統(tǒng)一編號(hào)系統(tǒng)(UNS)的標(biāo)號(hào)-G10450。
可換位的刀具切削刃在高速粗加工已預(yù)加工的AISI1045鋼時(shí)的壽命為表3所示。從表中可清楚看到，通過添加氧化鎂，切削刃的壽命獲得了顯著的改進(jìn);而當(dāng)加入氧化釔時(shí)，盡管在含氧化釔的這種復(fù)合材料中出現(xiàn)有高含量的四方晶氧化鋯，但刀具的壽命降低了。
表4組成名義組成Al2O3-5V/O SiCw-10V/O ZrO2Al2O3Ceralox-HPA-.5，不含MgOSiCwTokai1級(jí)ZrO2Magnesium Electron(SC15)-不穩(wěn)定的(粒度.5至.6微米，BET5至8平方米/克)熱壓混合物號(hào)溫度，℃壓力，磅/平方英寸組成715355000名義的+.05V/OMgo815505000名義的+.25V/OMgo915505000名義的+.50V/OMgo1015505000名義的+1.0V/OMgo1115505000名義的+3.0V/OMgo表4中所示的第二列混合物7至11是用來進(jìn)一步說明氧化鎂含量對(duì)四方晶氧化鋯含量與切削刃壽命的影響。其中的所有試樣經(jīng)歷的處理與熱壓，基本上與相對(duì)于混合物號(hào)1-6所描述的相同。
上述這些復(fù)合材料的物理與機(jī)械性質(zhì)列出于表5中。從此表可清看到，四方晶氧化鋯的含量仍然明顯地隨氧化鎂添加量的增加而下降。這一結(jié)果也示明于圖2的曲線3中?？梢钥吹剑旌衔?至11中的四方晶氧化鋯含量要比曲線1所表示之復(fù)合材料中的高。此結(jié)果據(jù)信是由于在第二組混合物中所用的SiC含量較低(5V/O相對(duì)于10V/O)。
表5性質(zhì)混合物斷裂韌度四方晶ZrO2號(hào) V/O Mgo RA硬度 KIC(E&C) 在復(fù)合材料中(MPam ) 的V/O70.0593.55.578.580.2593.45.008.190.5093.35.068.0101.093.34.757.6113.093.54.987.3可換位的切削刃在高速粗加工AISI1045鋼時(shí)的壽命示明于表6。
表6粗加工AISI1045鋼(197-199BHN)刀具材料切削刃壽命與損毀平均壽命方式(分鐘)混合物號(hào)719BK5CH/BK12812.6DN/CH1BK6.8912.3DN14.1DN13.2109.7BK7.1DN8.4117.0BK6.8DN6.9用來給出表5與6中數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)步驟與條件以及切削刃的壽命標(biāo)準(zhǔn)，與相對(duì)于表2與3中所述的相同。
在本發(fā)明的另一例子中，給出了含Al2O3-2.5V/O SiCw-10V/O ZrO2-1.05V/O Mgo的一種組成。首先將Al2O3〔Ceralax的，級(jí)別為HPA-0.5，含Mgo(0.05W/O)〕與ZrO2(Magnesium Electron的SC15)和Mgo(Fisher的，試劑級(jí))的稀漿(丙醇)，于缸式磨機(jī)中用Al2O3旋風(fēng)分離機(jī)(Cycloids)混合1小時(shí)，制備了這種組成的50克配合料。然后加入經(jīng)聲波處理的SiCw(Tokai的，1級(jí))稀漿，將此整個(gè)混合料混勻處理1小時(shí)。此含Al2O3與ZrO2的稀漿業(yè)經(jīng)事先研磨，取得了分別為約0.5-0.7微米與0.5至0.6微米的平均粒度。此時(shí)將此種混合物用盤式烘干器干燥，通過100目篩篩分，并在室溫下于30000磅/平方英寸下進(jìn)行等靜壓壓實(shí)。然后從所得的冷卻的已壓實(shí)之坯料下切下小片件，并于氬氣氛中于1700℃燒結(jié)1小時(shí)，繼于17000磅/平方英寸壓力，1600℃下以及氬氣氛中作熱等靜壓處理。這樣制得的試樣的致密度＞99%(即全致密)。如同以前的例子中所述，再把這些試樣加工成用于物理與機(jī)械實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，并研磨成可換位的切削刀具。已經(jīng)測定出這些試樣中含有約6.6V/O的四方晶氧化鋯。估計(jì)按此方式處理過的材料中的氧化鋯粒度約為5微米或較小。表3中所述的這種切削刀具類型已在表3中采用的條件下實(shí)驗(yàn)過。獲得了14.4分鐘(DN損毀)與18.9分鐘(Fw與CH損毀)的切削刃壽命。
我們確信，若將這種切削刃搪磨和/或?qū)⑦@種刀具的表面磨光或拋光，除去表面上的較之材料本體含有較高百分率的單斜晶氧化鋯與較低百分率的四方晶氧化鋯那層材料(即形成一個(gè)拋光了的表面，便可使得切削刃的壽命延長或使之較為均一。已知研磨產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)形成這樣的表面層，其中一部分亞穩(wěn)的四方晶氧化鋯已然轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本а趸啞Ｗ詈檬侵辽偈沟毒咴趹?yīng)用過程中將遇到高溫的那些表面區(qū)，具有最大量的可用于在高溫下轉(zhuǎn)變晶相的四方晶氧化鋯。
盡管以上例子已說明了本發(fā)明在切削軟鋼時(shí)的價(jià)值，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通過優(yōu)選組成來提供最佳結(jié)果，則可將本發(fā)明的切削刀具用于機(jī)加工其它材料。例如用于高速粗加工鎳基超合金時(shí)，含有25至37.5V/O碳化硅晶須的組成可能最適合于此目的。
這里所涉及的所有專利、專利申請(qǐng)與各種文件的內(nèi)容，都已綜合于此作為參考。
研究過本專利說明書或?qū)嵤┝诉@里所公開的發(fā)明內(nèi)容后，熟悉本工藝的人將會(huì)弄清本發(fā)明的其它實(shí)施例。本說明書與所參考到的例子僅僅用于示范目的，至于本發(fā)明的真實(shí)范圍與精神則由后附權(quán)利要求書說明。
權(quán)利要求
1.一種金屬切削刀具，它包括一前刀面、一側(cè)面以及在此前刀面與側(cè)面會(huì)合處的切削刃；此切削刀具具有氧化鋁基的陶瓷組成，此組成基本上包括約1.5至37.5V/O的碳化硅晶須、約5至17.5V/O的氧化鋯、按照約.03至3V/O加入的氧化鎂添加劑剩余物，而氧化鋁則基本上構(gòu)成了該組成的余剩部分；其中所說及的碳化硅晶須、氧化鋯以及剩余物氧化鎂添加劑，都是大致均勻地分散在此氧化鋁形成的母體材料中；同時(shí)在該陶瓷組成中至少有約2.0V/O的為四方晶氧化鋯。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，其中所說組成的至少約4.0V/O是四方晶氧化鋯。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，其中所說組成的至少6V/O是四方晶氧化鋯。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，它含有約0.03至2V/O的所說的剩余物氧化鎂添加劑。
5.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，它含有約0.04至1.0V/O的所說的余剩物氧化鎂添加劑。
6.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，它含有約7.5至17.5V/O的氧化鋯。
7.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，它含有約10.0至15.0V/O的氧化鋯。
8.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，其中所說的氧化鋯所具的平均粒度小于2微米。
9.如權(quán)利要求1所述的金屬切削刀具，其中所說的氧化鋯所具的平均粒度小于或等于1微米。
10.一種金屬切削刀具，它包括一前刀面、一側(cè)面以及在此前刀面與側(cè)面會(huì)合處的切削刃;此切削刀具具有氧化鋁基的陶瓷組成，此組成包括約1.5至37.5V/O的SiCw、約5至17.5V/O的ZrO2以及約.03至3V/O的一種氧化鎂添加劑的余剩物，此金屬切削刀具還包括有氧化鋁基的母體材料，其中，所說的碳化硅晶須、氧化鋯與剩余物氧化鎂添加劑則非常均勻地分布;同時(shí)其中的四方晶氧化鋯則構(gòu)成了此氧化鋁基陶瓷組成的至少2V/O。
11.如權(quán)利要求10所述的金屬切削刀具，它含有至少約4V/O的四方晶氧化鋯。
12.如權(quán)利要求10所述的金屬切削刀具，它含有至少約6V/O的四方晶氧化鋯。
13.如權(quán)利要求10所述的金屬切削刀具，它含有至少8V/O的四方晶氧化鋯。
14.如權(quán)利要求10所述的金屬切削刀具，其中所說的氧化鋯所具平均粒度不大于5微米。
15.如權(quán)利要求10所述的金屬切削刀具，其中所說的氧化鋯所具平均粒度小于2微米。
16.一種包括有氧化鋁基陶瓷復(fù)合材料的制品，此復(fù)合材料具有至少約5MPam
的KIC(E&C)的韌度，至少為93的Rockwell(洛氏)A級(jí)硬度，以及至少為98%的理論密度，而此氧化鋁基陶瓷復(fù)合材料的組成則基本上包括約1.5至37.5V/O的碳化物晶須，后者選自包括單獨(dú)的或組合的碳化硅晶須和/或碳化鈦晶須的組;約5至17.5V/O的氧化鋯;按照約.03至3V/O量加入的一種剩余物氧化鎂添加劑;以及基本上構(gòu)成了此組成其余部分的氧化鋁，其中所說的晶須、氧化鋯與剩余物氧化鎂添加劑是相當(dāng)均勻地分散在此氧化鋁形成的母體材料中，且此陶瓷復(fù)合材料組成中至少有約2.0V/O的四方晶氧化鋯。
17.如權(quán)利要求16所述的制品，其中所說組成中至少約4.0V/O是四方晶氧化鋯。
18.如權(quán)利要求16所述的制品，其中所說組成中至少6V/O是四方晶氧化鋯。
19.如權(quán)利要求16所述的制品，它含有約0.03至2V/O的所說的剩余物氧化鎂添加劑。
20.如權(quán)利要求16所述的制品，它含有約0.04至1.0V/O的所說的剩余物氧化鎂添加劑。
21.如權(quán)利要求16所述的制品，它含有約7.5至17.5V/O的氧化鋯。
22.如權(quán)利要求16所述的制品，它含有約10.0至15V/O的氧化鋯。
23.如權(quán)利要求16所述的制品，其中所說的氧化鋯所具的平均粒度小于2微米。
24.如權(quán)利要求16所述的制品，其中所說的氧化鋯所具的平均粒度小于或等于1微米。
全文摘要
給出了一種具有氧化鋁基陶瓷組成的制品，特別是一種金屬切削刀具，此組成(按體積百分率V/O計(jì))包括約1.5至37.5碳化硅須晶、約5至17.5的氧化鋯以及作為剩余物的氧化鎂添加劑，后者所添加的量能有效地提高此刀具切削刃的金屬切削壽命，而上述碳化硅晶須、氧化鋯與剩余物氧化鎂是極其均勻地分布于一種氧化鋁基的母體材料中。此氧化鋁基陶瓷組成中至少2V/O為四方晶氧化鋯。
文檔編號(hào)B24D3/02GK1042702SQ8910832
公開日1990年6月6日 申請(qǐng)日期1989年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月3日
發(fā)明者潘卡耶·庫馬·麥羅特拉, 埃利薩比斯·R·比爾曼 申請(qǐng)人:鈷碳化鎢硬質(zhì)合金公司