Шихта для изготовления керамики на основе нитрида кремния и способ изготовления керамики Советский патент 1991 года по МПК C04B35/594 

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способам и составамдля получения инструментальной керамики на основе нитрида кремния, используемой для изготовления режущих пластин для обработки чугуна и стали.

Целью изобретения является повышение прочности, твердости и трещино- стойкости изделий из керамики„

Введение гидрида титана, содержащего активный водород с ti 2, и его количество позволяют актировать азотирование кремния и упрочнить изде- t лия из него. При этом водород в структуре керамики наряду с тетрапорами

плотной упаковки атомом титана занимает в отличие от обычного гидрида часть октаэдрических пор. Это сказывается на увеличении энергии связи Ti Ни, следовательно, на термической стабильности соединения,, Разло- жение такого гидрида с величиной п в формуле TiH более 2 наступает при температурах выше 1000°С в отличие от обычного гидрида титана, разлагающегося при более низких температурах таким образом, что основная масса водорода выделяется в температурной области реакции азотирования, которая, в свою очередь, может быть знаО

о о ю о о

чительно снижена за счет активации. Активация процесса достигается при этом за счет очистки поверхности кремния от оксидов за счет их взаимодействия с атомарным водородом Также выделение большой массы газа во время прохождения реакции предотвра- ,щает реакционное спекание частиц образовавшегося нитрида кремния, что обычно затрудняет проведение реакции азотирования до конца (в одну стадию) , а также затрудняет последующее дробление полученных спеков в мелкодисперсный порошокс

Результаты испытаний керамики в зависимости от состава шихты приведены в таблс 10 Результаты испытаний керамики в зависимости от параметров технологического процесса приведены в табл., 20

Керамику (примеры 1-3, табл„ 1) готовили следующим образом„

В шаровой мельнице, футерованной твердым сплавом, смешивали и размалывали компоненты шихты. Все компонент использовали в виде порошков с размером частиц 10 мкм в течение пяти часов в среде ацетона Затем шихту сушили при комнатной температуре и формовали в виде заготовок размером 6x10x36 ммо После этого заготовки нагревали в среде азота со скоростью 15-20°С/мин до 800-900°С для полного разложения TiHn и восстановления поверхности заготовки, повышали температуру до 1100-1200°С до полного азотирования Затем производили спекание под давлением на установке для горячего прессования при 1У50°С в течение 30 мин под давлением 30 МПа. После спекания образцы подвергали механической обработке алмазным кругом и проводили испытания их на прочность, твердость и трещиностойкость (см табл. 2). Испытания прочности образцов на трехточечный изгиб проводили по ГОСТу 20019- Мс Изменение твердости по Виккерсу производили по ГОСТу 2999-75. Испытания на вязкость разрушения (трещиностойкость) проводили по РД-50-260-81„

П р и м е РО Заготовки из шихты

5

следующего состава, мас0%: TiN 0,2; алюмоиттриевый гранат 0,5; 35,0; Si 64,3, нагревали со скоростью 25°С/мин до /00°С до полного разложения TiHn и восстановления поверхности заготовки с Затем повышали температуру до 1200 С для полного азотирования (реальное время 120 мин)„ После того производили спекание заготовок при 1/50°С в течение 30 мин под давлением 30 МПа. После прессования заготовки подвергали механической обработке, в результате которой получили предел прочности при изгибе,

равный 600 МПа, коэффициент интенсивности напряжений 6,0 МПа.м 1/2, твердость 16,0 МПа„ Эти результаты ниже требуемыхс

0 Формула изобретения

1. Шихта для изготовления керамики на основе нитрида кремния, включающая кремний, нитрид титана и активатор спекания, отличающая- с я тем, что, с целью повышения прочности, твердости и трещиностой- кости, она дополнительно содержит активный гидрид титана TiFL, где п. 2, при следующем соотношении компонентов, мас„%:

TiN0,5-20,0

Активатор спекания1,0-/,О TiHn 5,0-30,0 Si Остальное 20 Способ изготовления керамики на основе нитрида кремния, включающий смешивание порошков кремния, нитрида титана, активатора спекания, формование заготовок из полученной шихты, их азотирование и спекание под давлением, отличающий- с я тем, что, с целью повышения прочности, плотности и трещиностой- кости, в шихту дополнительно вводят гидрид титана TiHn, где n 2, заготовку перед азотированием нагревают со скоростью 15-20 град/мин до 800- 9006С, выдерживают при этой температуре до полного разложения Til( a затем нагревают до 1100-1200°С и выдерживают до полного азотирования.

0

5

5

0

Таблица 1

Изобретение относится к получению инструментальной керамики и позволяет повысить прочность, твердость и трещиностойкость изделий из нее. Для этого в шихту, включающую кремний, дисперсно-упрочняющую добавку - нитрид титана 0,5 - 20,0 мас.%, активатор спекания - алюмоиттриевый гранат 1,0 - 7,0 мас.% вводят гидрид титана TIH_N 5,0 - 30,0 мас.%, где N≥2. Изготовление керамики осуществляют смешиванием компонентов, формованием заготовок, их азотированием и спеканием, причем азотирование осуществляют путем нагрева со скоростью 15 - 20°С/мин до 800 - 900°С и выдержки при этой температуре в течение 30 мин до полного разложения TIH_N, а затем нагрева до 1100 - 1200°С и выдержки до полного азотирования. Полученный материала имеет прочность при изгибе 80 - 870 МПа, K₁ @ 8,5 - 9,0 МПа^.м 1/2

твердость по Виккерсу HV 16,5 - 18 ГПа. 2 табл.

Таблица 2