本技術(shù)涉及陶瓷刀具的，更具體地說(shuō)，它涉及一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、氧化鋁陶瓷是一種重要的工程陶瓷材料，其具有高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨、耐腐蝕、高介電強(qiáng)度、高介電常數(shù)、低介電損耗等優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，在機(jī)械、化工、電子、冶金、航空航天等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用。

2、但是，氧化鋁陶瓷存在脆性大、斷裂韌性低的缺陷，因此如何提高氧化鋁陶瓷的韌性是目前該材料的主要研究方向之一。碳化硅晶須是一種直徑為納米級(jí)至微米級(jí)的具有高度取向性的單晶限位，當(dāng)碳化硅晶須添加至氧化鋁陶瓷內(nèi)時(shí)，碳化硅晶須將通過(guò)拔出僑連機(jī)制和裂紋轉(zhuǎn)向機(jī)制兩個(gè)方向?qū)ρ趸X陶瓷進(jìn)行增韌，從而有效改善氧化鋁陶瓷的脆性并提高其斷裂韌性。

3、但是碳化硅晶須的存在將阻礙氧化鋁陶瓷燒結(jié)過(guò)程中的致密化，當(dāng)陶瓷基體收縮時(shí)碳化硅晶須周?chē)鷮⑿纬森h(huán)向拉伸應(yīng)力和徑向拉伸應(yīng)力，從而阻礙陶瓷基體的收縮和變形，導(dǎo)致氧化鋁陶瓷致密化困難，同時(shí)導(dǎo)致氧化鋁陶瓷的韌性仍有改善空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了碳化硅晶須增韌氧化鋁陶瓷的致密度及韌性仍有所不足的缺陷，本技術(shù)提供一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具及其制備方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供的一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具，所述sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具由氧化鋁陶瓷粉體、碳化硅晶須及增韌輔助粉體組成；

4、所述增韌輔助粉體包括以下重量份的原料：20-30份鈦鐵渣及6-10份三氧化二鉻。

5、鈦鐵渣中含有高含量的氧化鋁、氧化鈣及二氧化鈦等物質(zhì)，其配比滿(mǎn)足六鋁酸鈣的礦相合成要求，而六鋁酸鈣是氧化鈣-氧化鋁體系的高溫鋁酸鹽化合物，其熱膨脹系數(shù)與氧化鋁及三氧化二鉻極為接近，因此三者在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)具有良好的匹配性。

6、其中，六鋁酸鈣晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中可以形成縱橫比大的長(zhǎng)板形貌，從而在擴(kuò)展過(guò)程中能夠形成裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋橋接和晶粒拔出，從而獲得極為優(yōu)良的增韌效果。而三氧化二鉻與氧化鋁都具有相同的六方密排結(jié)構(gòu)，因此鉻離子很容易占據(jù)三氧化二鋁晶體結(jié)構(gòu)的八面體空隙并形成鋁鉻固熔體，而鋁鉻固溶體具有顆粒小，結(jié)構(gòu)致密的效果，從而有效改善氧化鋁陶瓷的致密性。

7、優(yōu)選的，所述增韌輔助粉體還包括氧化鋯。

8、當(dāng)增韌輔助粉體中還添加有氧化鋯時(shí)，氧化鋯將與鈦鐵渣中的二氧化鈦發(fā)現(xiàn)協(xié)配作用，有效增大裂紋擴(kuò)展阻力，從而進(jìn)一步提高氧化鋁陶瓷的斷裂韌性。

9、優(yōu)選的，所述鈦鐵渣與所述氧化鋯的質(zhì)量比例為（20-30）：（2-4）。

10、當(dāng)鈦鐵渣與氧化鋯采用上述質(zhì)量比例時(shí)，氧化鋯將與鈦鐵渣中的二氧化鈦將獲得更為突出的協(xié)配效果，從而顯著提升氧化鋁陶瓷的斷裂韌性。

11、優(yōu)選的，所述輔助增韌粉體還包括氧化鎂；

12、和/或；

13、三氧化二鑭。

14、優(yōu)選的，所述輔助增韌粉體還包括氧化鎂和三氧化二鑭。

15、鈦鐵渣的添加能夠促使陶瓷的低溫致密燒結(jié)，但是鈦鐵渣中的氧化鈣很容易形成液相膜，從而引起晶粒的異常長(zhǎng)大，而氧化鎂的添加能夠改變各向異性的液固界面能，從而使邊界自由能降低，進(jìn)而抑制晶粒的異常長(zhǎng)大，有助于陶瓷結(jié)構(gòu)的均一化。

16、但是，氧化鎂的添加也會(huì)促進(jìn)氧化鋁晶粒的生長(zhǎng)，不利于形成納米級(jí)細(xì)小晶粒，而三氧化二鑭很難與氧化鋁形成固熔體，其將持續(xù)存在于氧化鋁晶界上，阻礙離子遷移，從而降低晶界遷移速率，抑制晶粒生長(zhǎng)。但三氧化二鑭也會(huì)抑制氧化鋁晶粒的轉(zhuǎn)化，不利于低溫?zé)Y(jié)，進(jìn)而影響氧化鋁陶瓷的致密度。

17、而當(dāng)氧化鎂和三氧化二鑭配合使用時(shí)，氧化鎂和三氧化二鑭將發(fā)生協(xié)配作用，其中，三氧化二鑭阻礙氧化鋁晶粒長(zhǎng)大，而氧化鎂促進(jìn)陶瓷的低溫致密燒結(jié)并抑制晶粒異常長(zhǎng)大，從而實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)更為致密，晶粒更為均勻，表現(xiàn)為更為優(yōu)良的斷裂韌性。

18、優(yōu)選的，所述氧化鎂與所述三氧化二鑭的質(zhì)量比例為（1-2）：（1-2）。

19、當(dāng)氧化鎂和三氧化二鑭采用上述質(zhì)量比例時(shí)，制備得到的氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)將更為致密，同時(shí)具有更為優(yōu)良的斷裂韌性。

20、優(yōu)選的，所述增韌輔助粉體包括以下重量份的原料：20-30份鈦鐵渣、6-10份三氧化二鉻、2-4份氧化鋯、2-4份氧化鎂及2-4份三氧化二鑭。

21、優(yōu)選的，所述sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具包括以下原料：70-80份氧化鋁陶瓷粉體、10-20份碳化硅晶須及5-15份增韌輔助粉體。

22、第二方面，本技術(shù)提供一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具的制備方法，采用如下的技術(shù)方案：

23、一種sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具的制備方法，包括以下步驟：

24、s1、首先將氧化鋁陶瓷粉末、碳化硅晶須及增韌輔助粉體分散于乙醇中，隨后經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、研磨過(guò)篩得到陶瓷混合粉體；

25、s2、將陶瓷混合粉體裝入石墨模具中，進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，燒結(jié)溫度900-1800℃，保溫時(shí)間10-20min，燒結(jié)壓力40-100mpa，燒結(jié)結(jié)束后冷卻至室溫，而后研磨拋光，得到預(yù)處理sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具；

26、s3、將預(yù)處理sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具放于兩塊石墨壓頭之間并置于振蕩燒結(jié)爐中，首先加熱至1650-1800℃，以2-8kn/min的加壓速率至80-120mpa，施加中值壓力80-120mpa，幅值5-30mpa，頻率10-20hz，保溫時(shí)間20-30min，保溫時(shí)間結(jié)束，停止振蕩力，并將壓力降至1-5mpa，之后將溫度降溫至1400-1600?℃，施加中值壓力100-300mpa，幅值5-30mpa，頻率10-20hz，保溫時(shí)間1-3h，保溫時(shí)間結(jié)束停止振蕩力，降溫至室溫，得到sic晶須增韌氧化鋁陶瓷刀具。

27、綜上所述，本技術(shù)具有以下有益效果：

28、1、鈦鐵渣中含有高含量的氧化鋁、氧化鈣及二氧化鈦等物質(zhì)，其配比滿(mǎn)足六鋁酸鈣的礦相合成要求，而六鋁酸鈣是氧化鈣-氧化鋁體系的高溫鋁酸鹽化合物，其熱膨脹系數(shù)與氧化鋁及三氧化二鉻極為接近，因此三者在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)具有良好的匹配性；

29、其中，六鋁酸鈣晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中可以形成縱橫比大的長(zhǎng)板形貌，從而在擴(kuò)展過(guò)程中能夠形成裂紋偏轉(zhuǎn)，裂紋橋接和晶粒拔出，從而獲得極為優(yōu)良的增韌效果。而三氧化二鉻與氧化鋁都具有相同的六方密排結(jié)構(gòu)，因此鉻離子很容易占據(jù)三氧化二鋁晶體結(jié)構(gòu)的八面體空隙并形成鋁鉻固熔體，而鋁鉻固溶體具有顆粒小，結(jié)構(gòu)致密的效果，從而有效改善氧化鋁陶瓷的致密性。

30、2、當(dāng)增韌輔助粉體中還添加有氧化鋯時(shí)，氧化鋯將與鈦鐵渣中的二氧化鈦發(fā)現(xiàn)協(xié)配作用，有效增大裂紋擴(kuò)展阻力，從而進(jìn)一步提高氧化鋁陶瓷的斷裂韌性。

31、3、鈦鐵渣的添加能夠促使陶瓷的低溫致密燒結(jié)，但是鈦鐵渣中的氧化鈣很容易形成液相膜，從而引起晶粒的異常長(zhǎng)大，而氧化鎂的添加能夠改變各向異性的液固界面能，從而使邊界自由能降低，進(jìn)而抑制晶粒的異常長(zhǎng)大，有助于陶瓷結(jié)構(gòu)的均一化；

32、但是，氧化鎂的添加也會(huì)促進(jìn)氧化鋁晶粒的生長(zhǎng)，不利于形成納米級(jí)細(xì)小晶粒，而三氧化二鑭很難與氧化鋁形成固熔體，其將持續(xù)存在于氧化鋁晶界上，阻礙離子遷移，從而降低晶界遷移速率，抑制晶粒生長(zhǎng)。但三氧化二鑭也會(huì)抑制氧化鋁晶粒的轉(zhuǎn)化，不利于低溫?zé)Y(jié)，進(jìn)而影響氧化鋁陶瓷的致密度；

33、而當(dāng)氧化鎂和三氧化二鑭配合使用時(shí)，氧化鎂和三氧化二鑭將發(fā)生協(xié)配作用，其中，三氧化二鑭阻礙氧化鋁晶粒長(zhǎng)大，而氧化鎂促進(jìn)陶瓷的低溫致密燒結(jié)并抑制晶粒異常長(zhǎng)大，從而實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)更為致密，晶粒更為均勻，表現(xiàn)為更為優(yōu)良的斷裂韌性。