本發(fā)明屬微波燒結(jié)材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料及其微波燒結(jié)方法。

背景技術(shù)：
Al2O3基陶瓷刀具有許多優(yōu)點(diǎn)，如可耐高溫、高的硬度、好的抗粘結(jié)性，而且具有比一般硬質(zhì)合金高5倍的耐磨性。在國(guó)內(nèi)外研制的各類陶瓷刀具材料中一直占據(jù)著較大的份額。但是，斷裂韌度較低一直是制約氧化鋁基陶瓷材料應(yīng)用和發(fā)展的主要因素。至今報(bào)道的用作刀具的Al2O3基復(fù)合陶瓷大多數(shù)是通過熱壓燒結(jié)得到的，熱壓燒結(jié)同時(shí)加壓、加熱有助于顆粒間的接觸、擴(kuò)散和流動(dòng)等傳質(zhì)過程，可降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時(shí)間,抑制晶粒生長(zhǎng)，不需助燒劑，容易得到接近理論密度的燒結(jié)體，得到的材料性能高。但熱壓燒結(jié)效率較低，很難大批量生產(chǎn)且成本也高。Al2O3基復(fù)合陶瓷材料的燒結(jié)溫度很高,通常用無壓燒結(jié)的溫度較高、升溫速度較慢、保溫時(shí)間較長(zhǎng)，最終會(huì)使材料晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，影響其機(jī)械性能。由上可知，現(xiàn)有的技術(shù)很難成功實(shí)現(xiàn)高性能的Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具的高性能、低成本的批量生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料及其微波燒結(jié)方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：一種Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料，該材料的組成按質(zhì)量百分比為：亞微米ɑ-Al2O3為55％～65％、微米TiC為10％～15％、亞微米TiN為15％～20％、鉬粉和鎳粉為5％～10％、余量為MgO和Y2O3。所述亞微米ɑ-Al2O3粉末顆粒粒徑為0.5～0.8μm。所述微米TiC粉末顆粒粒徑為1～3μm。所述亞微米TiN粉末顆粒粒徑為0.5～1μm。一種微波燒結(jié)上述的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料的方法，包括以下步驟：步驟1、配料：按質(zhì)量百分比亞微米ɑ-Al2O3為55％～65％、微米TiC為10％～15％、亞微米TiN為15％～20％、鉬粉和鎳粉為5％～10％、余量為MgO和Y2O3進(jìn)行配料；步驟2、混料；將步驟1配制的混合粉末以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合30～60h,球磨后烘干過篩；所述磨球?yàn)檠趸X磨球；混料過程中球料質(zhì)量比為5：1～10:1。步驟3、造粒：將混合后的粉料中加入聚乙烯醇水溶液造粒；造粒過程中，聚乙烯醇水溶液的濃度為3％～5％。步驟4、成型：將造粒好的粉料干壓成型，壓力為150～250MPa，保壓時(shí)間為1～5min；步驟5、排膠：將步驟3成型的毛坯置于微波燒結(jié)爐中，開啟真空泵，將爐體內(nèi)真空抽至0.07MPa～0.09MPa，然后開啟微波電源進(jìn)行加熱，用20～30℃/min的速度將毛坯加熱至600℃～800℃，在此保溫5～20min；步驟6、燒結(jié)：排膠結(jié)束后，將爐體內(nèi)真空抽至0.004MPa～0.006MPa，然后沖入0.03MPa的氬氣，以30～40℃/min的升溫速度，加熱至1600℃～1700℃，在此溫度下保溫10～30min，然后隨爐冷卻制得陶瓷刀具材料。所用氬氣的純度為99.99％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)與傳統(tǒng)燒結(jié)方式相比，本發(fā)明的微波燒燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度低，保溫時(shí)間短，可大大提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本；2)本發(fā)明提供的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料通過向Al2O3基體中添加TiC和TiN的方法，在保持其高硬度的基礎(chǔ)上，改善材料的強(qiáng)度和斷裂韌度；3)本發(fā)明提出的一種Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料及其微波燒結(jié)方法易于規(guī)模生產(chǎn)。具體實(shí)施方式本發(fā)明通過向Al2O3基體中添加TiC和TiN的方法，在保持其高硬度的基礎(chǔ)上，改善材料的強(qiáng)度和斷裂韌度，并利用微波燒結(jié)具有的加熱均勻、快速的優(yōu)點(diǎn)，克服普通氧化鋁陶瓷材料力學(xué)性能低和傳統(tǒng)燒結(jié)工藝存在的缺陷，提供性能優(yōu)良，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料及其微波燒結(jié)方法。具體而言，本發(fā)明的一種Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料，該材料的組成按質(zhì)量百分比為：亞微米ɑ-Al2O3為55％～65％、微米TiC為10％～15％、亞微米TiN為15％～20％、鉬粉和鎳粉為5％～10％、余量為MgO和Y2O3。所述亞微米ɑ-Al2O3粉末顆粒粒徑為0.5～0.8μm。所述微米TiC粉末顆粒粒徑為1～3μm。所述亞微米TiN粉末顆粒粒徑為0.5～1μm。一種微波燒結(jié)上述的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料的方法，包括以下步驟：步驟1、配料：按質(zhì)量百分比亞微米ɑ-Al2O3為55％～65％、微米TiC為10％～15％、亞微米TiN為15％～20％、鉬粉和鎳粉為5％～10％、余量為MgO和Y2O3進(jìn)行配料；步驟2、混料；將步驟1配制的混合粉末以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合30～60h,球磨后烘干過篩；所述磨球?yàn)檠趸X磨球；混料過程中球料質(zhì)量比為5：1～10:1。步驟3、造粒：將混合后的粉料中加入聚乙烯醇水溶液造粒；造粒過程中，聚乙烯醇水溶液的濃度為3％～5％。步驟4、成型：將造粒好的粉料干壓成型，壓力為150～250MPa，保壓時(shí)間為1～5min；步驟5、排膠：將步驟3成型的毛坯置于微波燒結(jié)爐中，開啟真空泵，將爐體內(nèi)真空抽至0.07MPa～0.09MPa，然后開啟微波電源進(jìn)行加熱，用20～30℃/min的速度將毛坯加熱至600℃～800℃，在此保溫5～20min；步驟6、燒結(jié)：排膠結(jié)束后，將爐體內(nèi)真空抽至0.004MPa～0.006MPa，然后沖入0.03MPa的氬氣，以30～40℃/min的升溫速度，加熱至1600℃～1700℃，在此溫度下保溫10～30min，然后隨爐冷卻制得陶瓷刀具材料。所用氬氣的純度為99.99％。下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明：實(shí)施例1按質(zhì)量百分比亞微米ɑ-Al2O3為55％、微米TiC為15％、亞微米TiN為20％、鉬粉和鎳粉為5％、余量為MgO和Y2O3進(jìn)行配料，所述亞微米ɑ-Al2O3粉末顆粒粒徑為0.5μm，微米TiC粉末顆粒粒徑為1μm，亞微米TiN顆粒粒徑為0.5μm，將配制的混合粉末以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合30h,球料質(zhì)量比為5：1；球磨后烘干過篩,加入濃度為3％的聚乙烯醇水溶液造粒；將造粒好的粉料干壓成型，壓力為150MPa，保壓時(shí)間為5min；將成型試樣置于微波燒結(jié)爐中，開啟真空泵，將爐體內(nèi)真空抽至0.07MPa，然后開啟微波電源進(jìn)行加熱，用20℃/min的速度將試樣加熱至600℃，在此保溫5min。排膠結(jié)束后，將爐體內(nèi)真空抽至0.004MPa，然后沖入0.03MPa的氬氣，用30℃/min的升溫速度，加熱至1600℃，在此溫度下保溫10min，然后隨爐冷卻至室溫。經(jīng)測(cè)試可得，材料的致密度為99％，維氏硬度為19.6GPa(HV20)，斷裂韌度為4.82MPa·m1/2，可以滿足刀具的使用要求。實(shí)施例2按質(zhì)量百分比亞微米ɑ-Al2O3為60％、微米TiC為12％、亞微米TiN為18％、鉬粉和鎳粉為8％、余量為MgO和Y2O3進(jìn)行配料，所述亞微米ɑ-Al2O3粉末顆粒粒徑為0.7μm，微米TiC粉末顆粒粒徑為2μm，亞微米TiN顆粒粒徑為0.8μm，將配制的混合粉末以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合48h,球料質(zhì)量比為8：1；球磨后烘干過篩,加入濃度為4％的聚乙烯醇水溶液造粒；將造粒好的粉料干壓成型，壓力為200MPa，保壓時(shí)間為3min；將成型試樣置于微波燒結(jié)爐中，開啟真空泵，將爐體內(nèi)真空抽至0.08MPa，然后開啟微波電源進(jìn)行加熱，用25℃/min的速度將試樣加熱至700℃，在此保溫15min。排膠結(jié)束后，將爐體內(nèi)真空抽至0.005MPa，然后沖入0.03MPa的氬氣，用35℃/min的升溫速度，加熱至1650℃，在此溫度下保溫20min，然后隨爐冷卻至室溫.測(cè)得材料的致密度為99.2％，維氏硬度為19.5GPa(HV20)，斷裂韌度為5.1MPa·m1/2，可以滿足刀具的使用要求。實(shí)施例3按質(zhì)量百分比亞微米ɑ-Al2O3為65％、微米TiC為10％、亞微米TiN為15％、鉬粉和鎳粉為10％、余量為MgO和Y2O3進(jìn)行配料，所述亞微米ɑ-Al2O3粉末顆粒粒徑為0.8μm，微米TiC粉末顆粒粒徑為3μm，亞微米TiN顆粒粒徑為1μm，將配制的混合粉末以無水乙醇為介質(zhì)球磨混合60h,球料質(zhì)量比為10：1；球磨后烘干過篩,加入濃度為5％的聚乙烯醇水溶液造粒；將造粒好的粉料干壓成型，壓力為250MPa，保壓時(shí)間為1min；將成型試樣置于微波燒結(jié)爐中，開啟真空泵，將爐體內(nèi)真空抽至0.09MPa，然后開啟微波電源進(jìn)行加熱，用30℃/min的速度將試樣加熱至800℃，在此保溫20min。排膠結(jié)束后，將爐體內(nèi)真空抽至0.006MPa，然后沖入0.03MPa的氬氣，用40℃/min的升溫速度，加熱至1700℃，在此溫度下保溫30min，然后隨爐冷卻至室溫.測(cè)得材料的致密度為99.5％，維氏硬度為20GPa(HV20)，斷裂韌度為4.8MPa·m1/2，可以滿足刀具的使用要求。由上可知，本發(fā)明提供的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料的微波燒結(jié)方法燒結(jié)速度快，能夠制備出性能優(yōu)良的Al2O3-TiC-TiN微米復(fù)合陶瓷刀具材料。