Керамический материал

 

Изобретение относится к производству керамических материалов, в частности режущей керамики. В основу изобретения положена задача разработки износостойкого керамического режущего материала, эффективного в условиях высоких скоростей резания. Керамический материал на основе оксида алюминия, содержащий нитевидные кристаллы карбида кремния и соединение циркония, в качестве соединения циркония содержит цирконат лантана и/или по крайней мере цирконат из группы церий, неодим, празеодим, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. карбид кремния 5-40; цирконат лантана 0,1-20 и/или цирконат церия 0,1-5; цирконат неодима 0,1-5 и/или цирконат празеодима 0,1-5 и/или цирконат иттрия 0,1-20; оксид алюминия остальное

Изобретение относится к производству керамических материалов, в частности режущей керамики.

Известен керамический материал на основе оксида алюминия, армированный нитевидными монокристаллами карбида кремния в количестве 2-40% Монокристаллы имеют диаметр 0,6 мм, отношение длины к диаметру в пределах 15-150 предел прочности порядка 70000 кгс/см² и обладают термической стабильностью до 1760^оС.

Армированная керамика с содержанием карбида кремния 2-12% применяется для точения, а с большим содержанием для прерывистой обработки. Данная керамика может содержать Zr, Hf, Y, MgSi₃N₄ TiC и их смеси [1] Недостатком данного керамического материала является низкая износостойкость при использовании в качестве режущего инструмента.

Ближайшим техническим решением является керамический материал на основе оксида алюминия, содержащий 3-40% нитевидных кристаллов карбида кремния диаметром <5 мкм и частицы ZrO₂ со средним диаметром <1,0 мкм. Для получения указанного материала сначала готовят смесь нитевидных кристаллов SiC, порошка Al₂O₃ и SiC, затем формуют и спекают при 1400-1700^оС. Материал имеет твердость по Виккерсу >16ГПа, трещиностойкость >7,73 МПа ˙ м ^1/2 и прочность при изгибе >1,11 ГПа [2] Недостатками указанного материала являются невысокие значения твердости и низкая износостойкость при использовании его в качестве режущего инструмента.

В основу изобретения положена задача разработки износостойкого керамического режущего материала, эффективного в условиях высоких скоростей резания.

Поставленная задача решается тем, что керамический материал на основе оксида алюминия, содержащий нитевидные кристаллы карбида кремния и соединение циркония, в качестве соединения циркония cодержит цирконат лантана и/или по крайней мере цирконат из группы церий, неодим, празеодим, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас. SiC 5-40 La₂Zr₂O₇ 0,1-20 и/или Ce₂Zr₂O₇ 0,1-5 и/или Nd₂Zr₂O₇ 0,1-5 и/или Pr₂Zr₂O₇ 0,1-5 и/или Y₂Zr₂O₇ 0,1-20 Al₂O₃ Остальное Добавка цирконата лантана в количестве 0,1-20% повышает износостойкость керамического материала. При содержании La₂Zr₂O₇ меньше 0,1% и более 20% повышения износостойкости не происходит.

Добавка цирконата иттрия в количестве 0,1-20% дополнительно повышает износостойкость керамического материала. При содержании Y₂Zr₂O₇ меньше 0,1% повышения износостойкости не происходит, при содержании более 20% снижается прочность материала.

Добавка цирконата церия в количестве 0,1-5% повышает износостойкость материала. При содержании Ce₂Zr₂O₇ меньше 0,1% износостойкость снижается, при содержании более 5% снижаются износостойкость и прочность материала.

Добавка цирконата неодима в количестве 0,1-5% приводит к повышению износостойкости и твердости материала. При содержании Nd₂Zr₂O₇ меньше 0,1% и больше 5% износостойкость снижается.

Добавка цирконата празеодима в количестве 0,1-5% дополнительно повышает износостойкость керамического материала. При содержании Pr₂Zr₂O₇ менее 0,1% и более 5% износостойкость снижается.

П р и м е р 1. Шихту, содержащую 59% оксида алюминия, 15% цирконата лантана и 26% нитевидных кристаллов карбида кремния, перемешивали в керамической мельнице шарами из пластика в течение суток в этиловом спирте. Соотношение шаров, спирта, шихты 2,5:2,5:1. После перемешивания шары отделяли от пульпы, а в пульпу вводили гидрат окиси аммония и проводили ультразвуковую гомогенизацию. Затем спирт удаляли и смесь просеивали через крупное сито. Полученную смесь подвергали горячему прессованию в графитовых пресс-формах при 1800^оС, давлении 300 кг/см² в течение 10 мин в атмосфере аргона и оксида углерода.

Свойства полученного материала приведены в таблице.

П р и м е р 2. Как в примере 1, получены образцы керамического материала с различным содержанием компонентов. Свойства полученного материала приведены в таблице.

Формула изобретения

КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ на основе оксида алюминия, содержащий нитевидные кристаллы карбида кремния и соединения циркония, отличающийся тем, что в качестве соединения циркония он содержит цирконат лантана и/или по крайней мере цирконат из группы церий, неодим, празеодим, иттрий при следующем соотношении компонентов, мас.

Нитевидные кристаллы карбида кремния SiC 5,0 40,0 Цирконат лантана La₂Zr₂O₇, 0,1 20,0 и/или
цирконат церия Ce₂Zr₂O₇, 0,1 5,0
и/или
цирконат неодима Nd₂Zr₂O₇, 0,1 5,0
и/или
цирконат празеодима Pr₂Zr₂O₇, 0,1 5,0
и/или
цирконат натрия y₂Zr₂O₇ 0,1 20,0
Оксид алюминия Al₂O₃ Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1