MXPA98003741A - Herramienta de corte ceramica reforzada con filamentos y composicion de la misma - Google Patents

Abstract

Una composición cerámica producida por la consolidación de una mezcla de componentes iniciales. La composición comprende una matriz con uno o más de los carburos, nitruros, y carbonitruros de hafnio, molibdeno, ziconio, tantalio, niobio, vanadio, tungsteno y titanio, y soluciones sólidas de la misma en una cantidad que es más grande que el 50%de la matriz. La matriz comprende entre 60 y 99.8%en volumen de la composición. Las fibras están uniformemente dispersas en toda la matriz donde las fibras cerámicas comprenden entre 0.2y 40%en volumen de la composición.

Description

Herramienta de Corte Cerámica Reforzada con Filamentos y Composición de la Misma.

La presente invención pertenece a una herramienta de corte de cerámica, y a una composición de la misma, que tiene fibras de refuerzo. Más especificamente, la invención pertenece a las herramientas de corte de cerámica, y a una composición para la misma, que tiene refuerzo de fibras de cerámica donde al menos 50 por ciento en volumen de la matriz cerámica comprende un carburo, nitruro y/o carbonitruro de titanio, hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio y/o tungsteno. En el pasado, habia cuerpos de cerámica con refuerzo de fibras tal como se divulgó en la patente No. 4543345 de ei. La patente de Wei divulga una matriz de alúmina con refuerzo de carburo de silicio, una matriz de carburo de boro con fibras de carburo de silicio y una matriz de mullite** con fibras de carburo de silicio. De acuerdo a la patente de Wei, la incorporación de fibras de carburo de silicio incrementó la fractura por dureza del sustrato . La publicación japonesa No. 63-10758 de Yamaga a et al. pertenece a composiciones de cerámica que comprenden alúmina como su componente principal. El balance comprende entre 5 a 40 por ciento de peso TiC y 2 a 40 por ciento de peso de fibras de carburo de silice. La cantidad combinada de fibras de carburo de titanio y carburo de silicio de 50 por ciento de peso, i. esto es 50 por ciento de peso o menos . Este documento también menciona que puede subir hasta 10 por ciento de peso de un oxido, carburo o nitruro de aluminio, silicio y el grupo de elementos IVa, Va y Vía. La patente US No. 4,507,224 de Toibana et al. hace referencia general a ciertos nitruros y carburos como material de matriz apropiado, junto con empolve electroconductivo, para fibras de refuerzo SiC. Las fibras SiC están presentes en una cantidad de entre 5 y 50 por ciento en peso. La patente '224 hace referencia especifica a matrices de nitruro de silicio, nitruro de aluminio, nitruro de boro, carburo de silicio, carburo de boro, y carburo de titanio. La patente '224 publica ejemplos que usan alúmina, oxido de circonio, nitruro de silicio como matrices junto con fibras de carburo. El enfoque de la patente '224 esta en un articulo de cerámica adecuado para maquinado de descarga eléctrica. A este respecto, la especificación establece que la resistencia eléctrica del sustrato no deben exceder 10 ohm-cm. La publicación de "Fibras para Refuerzo de Cerámicas: Una revisión y Evaluación de su potencial" de Kpochmal (en las paginas 9 - 16) se mencionan cerámicas (con refuexzo de fibras) teniendo una matriz de HfC o ZrC. Los filamentos incluyen tungsteno, molibdeno, tantalio, boro, carbón, carburo de silicio, y alúmina. También ha habido herramientas de corte de cerámica con refuerzos de fibras. A este respecto, la patente US 4789277 de Rhodes et al. divulga el uso de fibras de cerámica (los rangos contenidos desde 2 por ciento de volumen a 40 por ciento de volumen) tal como alúmina, nitrito de aluminio, berilio, carburo de boro, grafito, carburo de silicio (preferiblemente) , y nitruro de silicio en una matriz de cerámica. La matriz cerámica es preferiblemente alúmina, pero incluye alúmina con impurezas de hasta 30% de zirconio, hafnio y carburo de titanio. La alúmina pemanece como componente dominante de la matriz. La solicitud de patente PCT/US86/00528 de Rhodes et al. intitulada CUERPOS DE CERÁMICA REFORZADOS DE ALTA DENSIDAD Y MÉTODO DE HACER LOS MISMOS tiene su enfoque en la sinterizacion sin presión de cuerpos de cerámica reforzadas con fibras. Este documento menciona un contenido de fibra de entre 0.5. y 21 por ciento en volumen. Los ejemplos de la descripción enseñan el uso de una matriz de alúmina con contenido de fibra de SiC desde 6.1 por ciento en volumen hasta 29.2 por ciento en volumen. La patente No. 5059564 de Mehrotra et. al. para una COMPOSICIÓN DE CARBURO CARBURO-SILICIO ALUMINA de TITANIO pertenece a una matriz basada en alúmina conteniendo una dispersión de fibras de SiC y una fase TiC. Las fibras de SiC comprenden 1.0 a menos de 30 por ciento en volumen estando con un mayormente rango preferido entre 2.5 a 20 por ciento en volumen. El TiC comprende 5 a 40 por ciento de volumen, y preferiblemente, con hasta 3 por ciento de volumen de un residuo de ayuda de sinterizacion. La patente No. 5,427,987 de Mehrotra et. al. para unas HERRAMIENTAS DE CORTE BASADAS EN EL BORURO DEL GRUPO IVB PARA MAQUINAR MATERIALES BASADOS EN EL GRUPO VIB concerniente a herramientas de corte de boruro de circonio, boruro de hafnio, y más especificamente a boruro de titanio. La adición de W y Co al empolve de boruro mejora la densificación de la composición. El reporte de la fuerza Aérea de 1969 de Whitney et al . menciona el uso de un contenido general de partículas de refuerzo en matrices ZrN y HfN para usar como herramientas de corte. En este reporte de 1969 no hay sugestión de que las fibras podrían reforzar estas matrices . La patente US No. 5231060 de Brandt enseña el uso de fibras de nitruro, carburo y boruro de Ti, Zr, Hf, V, Nb o Ta para reforzar una matriz de basada en oxido tal como alúmina para usar como herramienta de corte. La patente US. 5439854 de Suzuki et al. pertenece a herramientas de corte que contienen 40 por ciento de peso o más de Tic, y de 5 a 40 por ciento de fibras de carburo de silicio (de una longitud de 20 micrómetros o menos) . La herramienta de corte puede también contener hasta 40 por ciento en peso de alúmina, asi como una ayuda de sinterizacion. Hasta 40 por ciento de peso de TiC puede ser sustituido por Ti o componente base Ti tal como un nitruro, boruro u oxido. La tabla I de abajo presenta ciertas propiedades físicas de algún arte comercial de herramientas de corte.

Tabla I Propiedades Físicas Seleccionadas de Ciertas Herramientas Comerciales de Corte Refiriéndonos a estas herramientas de corte comerciales, las herramientas de corte WG-300 es vendida por Greenleaf Corporación de Saegerto n, Pennsylvania y tiene una composición de cerca de 25 por ciento de volumen de fibras SiC y el balance de alúmina. La herramienta de corte HC6 es vendida por NKT Herramientas de corte División de Enchufes de chispeado (USA), Inc. De Farmington Hills, Michigan y tiene una composición de cerca de 70 por ciento de peso de fibras TiC y el balance de alúmina. La herramienta de corte K090 es hecha por Kennametal Inc. De Latrobe, Pennsylvania y tiene una composición de cerca de 70 por ciento de volumen de alúmina y 30 por ciento de TiC. Cada una de estas composiciones puede también contener menor cantidad de ayuda sinterizante. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la invención proporcionar una herramienta de corte de cerámica mejorada, y una composición de la misma que tiene refuerzo de fibra. Es también otro objeto de la invención proporcionar una herramienta de corte de cerámica mejorada y una composición para la misma, que tiene refuerzo de filamento de cerámica donde la matriz de cerámica incluye cerca de 50 por ciento de volumen de uno o más de carburos, nitruros y/o carbonitruros de titanio, hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio y/o tungsteno. Es otro objeto de la invención proporcionar una herramienta de corte de cerámica, y una composición para la misma que tiene un refuerzo de filamento de cerámica donde la matriz de cerámica incluye cerca de 50 por ciento de volumen de uno o más carburos, nitruros y/o carbonitruros de titanio, hafnio, molibdeno circonio, tantalio, niobio, vanadio y/o tungsteno, y opcionalmente el sustrato incluye uno o mas partículas de alúmina, carburo de silicioo boruros de titanio, circonio o hafnio. Es también otro objeto de la invención proporcionar una herramienta de corte de cerámica reforzada, y una composición para la misma, refuerzo de filamento de cerámica donde el filamento incluye una de alúmina, carburo de silicio, o los carburos, nitruros, boruros o carbonitruros de titanio, circonio o hafnio. Es otro objeto de la invención proporcionar una herramienta de corte de cerámica, y una composición para la misma, que tiene un refuerzo de filamento de cerámica, donde la matriz de cerámica incluye cerca de 50 por ciento de volumen de uno o más carburos o nitruros y/o carbonitruros de titanio, hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio, y/o tungsteno, y opcionalmente, el sustrato además incluye una o mas partículas de alúmina, carburo de silicio o boruros de titanio, circonio o hafnio. Las fibras de cerámica incluyen una o más de alúmina, carburo de silicio, nitruro de silicio, carburo de boro, o carburos, nitruros o boruros o los carbonitruros de titanio, circonio o hafnio o los óxidos de circonio o hafnio . En una forma de la misma, la invención es una composición producida por la consolidación de una mezcla de componentes de inicio. La composición comprende una matriz que comprende uno o más de los carburos, nitruros y carbonitruros de hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio, titanio, tungsteno y soluciones sólidas de la misma en una cantidad que es mayor de 50 por ciento de volumen de la matriz. La matriz además incluye residuos de ayuda de sinterizacion presente por el uso de uno o más ayudas de sinterizacion como componente inicial en una cantidad de menos o igual a 1 por ciento de peso de componentes iniciales. La matriz comprende entre 60 y 99.8 por ciento de volumen de la composición. La composición además incluye fibras uniformemente dispersadas a través de la matriz donde las fibras de cerámica comprenden entre 0.2 y 40 por ciento de volumen de la composición. En otra forma de la misma, la invención es una herramienta de corte de cerámica que comprende una cara de rastrillo y una cara de flanqueo. Hay una orilla de corte en la juntura de la cara de rastrillo y la cara de flanqueo. La herramienta incluye una composición de cerámica que tiene una matriz comprendiendo entre cerca de 45 por ciento de volumen y menos de 50 por ciento de volumen de carburo de molibdeno titanio, y menos de cerca de 55 por ciento de volumen de alúmina. La matriz comprende entre cerca de 60 por ciento de volumen y cerca de 90 por ciento de composición de cerámica. La composición además incluye fibras de cerámica uniformemente distribuidas a través de la matriz donde las fibras de cerámica comprenden cerca de 2 por ciento de volumen a cerca de 35 por ciento de volumen de composición de cerámica. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La siguiente es una pequeña descripción de las figuras que comprende una parte de esta solicitud de patente: La figura 1 es una vista isométrica de un inserto de corte que comprende una modalidad especifica de la herramienta de corte de a presente invención; y La figura 2 es una imagen de barrido de microscopía electrónica (SEM) imagen fotomicrográfica de electrón secundaria (ampliación de 5000X) de un compuesto presionado caliente de acuerdo con la presente invención correspondiente al ejemplo 2 aqui mostrando un plano pulido perpendicular al eje de temperatura presión, La figura 3 es un barrido de microscopía electrónica (SEM) imagen fotomicrográfica de electrón secundario (amplificación de 2000X) de una composición presión temperatura de acuerdo con la presente invención correspondiente al ejemplo 4 aqui mostrando un plano pulido perpendicular a eje de presión temperatura; La figura 4 es un rastreo de microscopía de electrón (SEM) de imagen fotomicrográfica de electrón secundario (amplificada 2000X) de una composición de temperatura-presión de acuerdo con la presente invención correspondiente al ejemplo 6 ' aqui mostrando un plano pulido perpendicular al eje de temperatura presión; La figura 5 es una gráfica de profundidad de una muesca de corte desgastada en función del tiempo de corte para modalidades de la presente invención asi como una composición del arte previo; La figura 6 es una gráfica de un flanqueo desgastado en función del tiempo de corte para modalidades de la presente invención asi como una composición del arte previo; y La figura 7 es una gráfica de desgaste frontal en función del tiempo de corte para modalidades de la presente invención asi como una composición del arte previo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES ESPECIFICAS La invención pertenece a composiciones cerámicas, y especificamente, a composiciones cerámicas que incluyen refuerzo de filamento de cerámica. Generalmente hablando, las herramientas de corte de cerámica comprenden una matriz de cerámica y una filamento de cerámica que refuerza la matriz . La composición de la matriz y de la filamento comprende un sustrato. El sustrato puede ser revestido con un material duro. Ejemplos de tales materiales duros incluyen alúmina, carburo de titanio, nitruro de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio aluminio, nitruro de boro cubico y diamante y sus combinaciones. El revestimiento puede ser aplicado por deposito de vapor químico (CVD) (ver patente US 4801510 de Mehrotra et al) . COMPOSICIÓN DE FILAMENTO ALUMINA DE REVESTIMIENTO DE CARBURO DE SILICIO ALUMINA) O DEPOSITO DE CALOR FÍSICO (pvd) (ver patente US No. 5264297 de Jindal et al. DEPOSITO DE VAPOR FÍSICO DE NITRURO DE TITANIO EN UN SUSTRATO NO CONDUCTIVO) o esquema donde algunas capas son aplicadas por PVD y algunas capas son aplicadas por CVD (ver patente US 5232318 de Santhanan et al. HERRAMIENTAS DE CORTE REVESTIDAS) Los substratos que tienen un contenido de carburo de titanio alto o carbonitruro de titanio, i.e. al menos 25 a 30 por ciento de volumen de carburo de titanio o carbonitruro de titanio, son eléctricamente conductores a tales en alcance que ellos puedan particularmente adaptar para revestimiento PVD y maquinar un EDM. La matriz especificada de la presente invención comprende un carburo, carbonitruro y/o nitruro de uno o más de titanio, hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio y/o tungsteno tal que este componente este cerca de 50 por ciento de volumen o mas de la matriz. La razón de que el contenido preferible para componentes de carburo, nitruro, carbonitruro es sobre un volumen de 50 por ciento de volumen de la matriz es que este proporciona para fractura por dureza alta y alta dureza. A este respecto, cuando el componente de carburo, nitruro, carbonitruro esta sobre un 50 por ciento de volumen de la matriz, la fractura por dureza es mayor o igual a 6.3 -6.6 Mpa Kic. Y más preferiblemente mayor o igual a 94.7 Rockwell A. La combinación de alta dureza y la alta fractura por dureza hace a estas combinaciones adecuadas para usarse como herramientas de corte, anillos de sellado, platos de desgaste y toberas, Además, la matriz puede incluir partículas de carburo de silicio, boruro de titanio, boruro de circonio, boruro de cromo, boruro de hafnio, alúmina, oxido de circonio, y oxido de hafnio a lo largo con ayuda de sinterizacion de residuos. El contenido preferido de la ayuda de sinterizacion en menor o igual a 1 por ciento de peso, y el sinterizado más preferible contiene menos o igual a .5 por ciento de peso. El sinterizado preferido incluye ytrio, magnesia y zirconia cada una a lo largo combinadas. La matriz comprende entre 60 y 99.8 por ciento de volumen de la composición de la herramienta de corte de cerámica. Con referencia a. las fibras cerámicas, estas fibras son selectas de cualquiera de los siguientes materiales: carburo de silicio, carburo de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio, boruro de titanio, carburo de circonio, carbonitruro de circonio, nitruro de circonio, boruro de circonio, carburo de hafnio, nitruro de hafnio, carbonitruro de hafnio, boruro de hafnio, alúmina, nitruro de silicio, y carburo de boro. Las fibras de cerámica comprenden entre 0.2 y 40 por ciento de volumen de la composición de la herramienta de corte. Para maximizar la dureza de fractura en la presente invención, es preferido que un nitruro del grupo IVB (titanio, hafnio, o circonio) o matriz basada en carbonitruro , mas preferiblemente un nitruro de titanio o una matriz basada en carbonitruro de titanio, estando reforzada con una o más fibras del grupo consistente de A1203, SÍ3N4, TiB2, SiC, TiC, y B4C. Las fibras Tic, TiB2, Sic o B4C deben proporcionar la mejor fractura por dureza en un nitruro de titanio o matriz basada en carbonitruro de titanio . Refiriéndonos a la figura 1 y a la geometría de la modalidad especifica, esta ilustrada una herramienta de corte generalmente designada como 10. La herramienta de corte 10 tiene una cara de rastreo 12 y una cara de flanqueo 14. La cara de rastreo y la cara de flanqueo se interceptan para formar una orilla de corte 16. La configuración especifica es un estilo SNGN-453T de inserto de corte con una tierra T de acuerdo a las normas americanas nacionales para los sistemas de identificación herramientas de corte de insertos indexables ANSÍ B212.4-1986 (preparación de orillas de corte: .002-.004 pulgadas x 20° chamfer) . Otros estilos de insertos de corte y preparaciones de orilla aceptables y son contemplados para estar dentro del alcance de esta invención. Como se demostró de los ejemplos abajo, las herramientas de corte de cerámica dentro de la definición teniendo densidad excelente, dureza y fractura por dureza. Estas propiedades proporcionan herramientas de corte excelentes, especialmente en los maquinados de alta velocidad de aceros, hierro fundido y super aleaciones con base niquel. En aplicaciones de maquinado donde la resistencia de desgaste abrasivo, es concerniente más que a una resistencia quimica, una matriz de base de carburo de titanio es preferible. Si sin embargo, la resistencia de desgaste químico es más importante que la resistencia abrasiva, entonces la base de carburo de hafnio o la matriz de base de carbonitrito de titanio es preferible. La resistencia de desgaste químico puede ser implementada mediante la aplicación de un revestimiento de dureza al inserto tales como por ejemplo, nitruro de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de aluminio titanio, carburo de titanio y alúmina. Para el maquinado de las super aleaciones de base niquel o para cualquier pieza de trabajo en cualquier combinación de alta dureza y alta inercia quimica es deseada, es preferible que una matriz basada en carbonitruro de titanio (TiCx Ny) puede ser usada en la que X es mayor que 0 pero menor que 0.95 y Y+X = 1. mas preferiblemente, Y es mayor o igual a 0.5 .Para x=0, que es nitruro de titanio, la dureza puede ser reducida a puede reaccionar entre el nitruro de titanio y la filamento de SiC durante la fabricación de materiales de fabricación de alta temperatura. Por lo tanto Y debe ser menor a 0.95. otro rango para x y y de carbonitruro de titanio (Ti (CxNy) ) es Y menor de 0.90 y mayor que o igual a 0.55 y x +y = 1. Todavia otro rango para x y y de carbonitruro de titanio (Ti (CxNy)) es que y sea menor a 0.75 y mayor o igual a 0.6 y x-y = 1. Opcionalmente, el carbonitruro de titanio puede ser reemplazado por carbonitruro de hafnio o carbonitruro de circonio. Los siguientes ejemplos, como se describió en las tablas II a IV abajo, son ejemplificaciones de la invención y fueron hechas de acuerdo al siguiente método. Para todos los ejemplos, las fibras de carburo de silicio fueron dispersadas ultrasónicamente en isopropanol por una hora.

Para los ejemplos Nos. 1 a 7, 9 y 10 las fibras de carburo de silicio fueron hechas por Tokai Carbón Co. D Tokio, Japón bajo el grado de designación No. 1. Las fibras de Tokai tienen un promedio de longitud de 20 a 50 micrómetros y un promedio de diámetro de .3 a 1 micrómetros. La estructura cristalina de estas fibras de Tokai SiC fue mayormente carburo de silicio beta. Para los ejemplos Nos. 11 y 12 las fibras de carburo de silicio fueron obtenidas de Advanced Composite Materials Corporation of Greer, South Carolina bajo el grado de designación SC-9., Las fibras SC-9 tienen un promedio de longitud de 10 a 80 micrómetros y un promedio de diámetro de 0.6 micrómetros. La estructura cristalina de estas fibras SC-9 fue carburo de silicio alfa. Con referencia al método de preparación para los ejemplos Nos. 1 a 7 y 9 a 12, el balance de los componentes fue mezclado en una muela con isopropanol por una hora. Las fibras de carburo de silicio ultrasonificadas fueron entonces mezcladas con la mezcla del balance de los componentes en una muela por 20 minutos. Esta mezcla fue entonces descargada por una pantalla de 200 mallas, secada en un evaporador rotatorio, y entonces pasado por una pantalla de 100 mallas. La mezcla secada fue uniaxialmente presurizada en un rango de temperatura de 1750° C a 185° C a 4500 psi por 60 minutos bajo una atmósfera de argón con densidad esencialmente completa. El producto de este resultado aterrizo en un estilo SNGN-453T de inserto de corte teniendo una tierra T, (la preparación de orilla de corte de .002 a .004 pulgadas y 20 grados chamfer) como se describió arriba Las tablas II a IV abajo concluyen entre paréntesis la identificación de la fuente si hay mas de una alimentación de componente. El Y203 para todos los ejemplos fue suplido por Hermann C. Strack Berlin Gmbh &Co, KG, P 0 Box 1229, D-7887 Lauterburg, Badén, Germany. En las tablas II a IV las fibras de carburo de Silicio suplidas por Tokai llevaron la designación "(T)". Las fibras de carburo de silicio suplidas por Advanced Composite Materials Corporation llevaron la designación X? (A) " . Para algunos ejemplo, el A1203 fue suministrado por Nanonphase Tecnologies Corporation de Darien, Illinois bajo ladesignación gamma/delta Nanotec En las tablas II a IV, la designación " (N) " muestra que los empolvados A1203 fueron obtenidos de Nanophase. El empolvado nanotek A1203 tiene un área de superficie especifica BET de 56.2 metros cuadrados/gramo. Los A1203 tuvo mas de 99.9° de pureza. Las fases presentadas fueron delta y gamma. Para el ejemplo (ejemplo No. 2) que uso Nanotek el empolvado A1203, adicionado de .05 por ciento de volumen MgO fue agregado a la mezcla. El empolvado nanotek A1203 fue sustancialmente equilibrado. El balance de los ejemplos usados A1203 de varios lotes de empolvado A1203 que fue suplido por Ceralox (una división de Vista Quimica Company) bajo la designación HPA-0.5. En las tablas II a IV la designación "©" muestra que los A1203 fue de Ceralox. El empolvado de Ceralox tuvo una superficie de área BET de 10.0 a 11.5 metros cuadrados/ gramo. El ceralox como se recibió AL203 contuvo en adición un .05 por ciento de volumen de MgO. El empolvado ceralox A1203 fue sustancialmente equilibrado. El TiC suministrado por Biesterfeld US Inc. Advances Materials Department of New York, New York llevo la designación de Furukawa TiC, y tuvo una superficie de área especifica BET d e8.52 metros cuadrados /gramo. En la tabla II la designación "(F)" muestra que el TiC fue Furukawa. El empolvado Furukawa TiC estuvo sustancialmente equilibrado. Las partículas TiC suministradas por Macro División de Kennametal Inc, bajo el grado de designación A tubo una superficie de área especifica BET de 5.9 metros cuadrados /gramo. En la tabla II la designación " (M) " muestra que el TiC vino de Macro División de Kennametal. El empolvado de TiC de Macro División estuvo sustancialmente equilibrado El empolvado de solución sólida Ti.8Mo.2C suministrado por Macro División de Kennametal Inc. De Port Coquitlam, British Columbia, Canadá tubo una superficie de área especifica BET de 4.6 metros cuadrados /gramo. El empolvado de solución sólida Ti.8Mo.2C estuvo sustancialmente equilibrado. El empolvado de carbonitruro de titanio suministrado por La Macrodivisión de Kennametal Inc. Tubo una superficie de área especifica BET de 5.2 metros cuadrados / gramo este componente tubo una formula de TÍC.7N.3. el empolvado de carbonitruro de titanio de Macro División estuvo sustancialmente equilibrado. Las tablas II a IV abajo ilustran composiciones (y suministradores como se indico) a presión temperatura. Las composiciones fueros ilustradas en por ciento de volumen de la composición entera. Para estos componentes que fueron una parte de una matriz, el porcentaje de volumen de la matriz par el componente mostrado entre paréntesis. Para todos los ejemplo 1 a 7 y 9 a 12 el componente de alúmina contuvo cerca de un volumen de porcentaje de 0.5 de magnesia. En adición, las tablas II a IV abajo ilustradas los resultados de las pruebas para divulgar alas siguientes propiedades de los ejemplos: La densidad (gramos/cc) la dureza A Rockwell , las dureza Vickers, y la fractura por dureza (Mpam ) como se midió por Evans & Charles," determinación e identificación de fractura por dureza" , J. American Ceramic Society, Vol. 59, Nos. 7-8 paginas 371-372 usando una carga de 18.5 kg.) Tabla II Composiciones de Filamento TiC-A1203-Sic y Propiedades Físicas de los ejemplos Nos. 1-3, 9 y 10 Tabla III Composiciones de Filamento TiC.7N.3-alumina-SiC y Propiedades Físicas de los ejem los Nos. 4, 7, 11 12 Tabla III Composiciones de Filamento TiC.8Mo.2C-alumina-SiC composiciones y Propiedades Físicas de los ejemplos Nos. 5 Una revisión de propiedades físicas de los ejemplos revela que estas composiciones presentan propiedades físicas que deben ser excelentes herramientas de corte. Por ejemplo refiriéndonos a las propiedades físicas de la composición de la tabla II, los ejemplo 1 a 3, 9 y 10 presentan composiciones de fibras de TiC, alúmina y SiC. Las densidades para estas composiciones están en el rango de 7.069 g/cc a 4.318 g/cc. La dureza A rockwell (HRA) esta en el rango de 94.7 a 95.1 y la dureza Vickers esta en el rango de 19.7 a 21.1 la dureza por fractura kic (E&C) esta en el rango de 6.3 a 7.2 Mpam . Una comparación del ejemplo 10 con el ejemplo 9 muestra que un incremento en el contenido TiC (desde un 40 % vol. a 50% vol. ) y un contenido de alúmina (desde un 24.75 % vol. a 34.75 % vol.) acoplado con un decremento en el contenido de la filamento SiC (desde 35% vol. á 15 % vol.) los resultados están en un incremento en la densidad de la composición sinterizada desde 4.069 g/cc a 4.318 g/cc. Refiriéndonos a los ejemplo de la tabla II no parecen tener tendencias discernibles en los parámetros de dureza (rockwell A y Vickers) . Una comparación entre los ejemplos Nos, 1 y 2 muestra que la aspereza del empolvado de la alúmina no tiene un impacto significante en las propiedades físicas. Todavia refiriéndonos .a las composiciones en la tabla II, una comparación entre el ejemplo 9 y los ejemplo Nos. 1 a 3 revela que la fractura por dureza (Kic) aparece como un incremento significativo cuando el contenido de alúmina se decrementa y el contenido de la filamento de carburo de silicio se incrementa. Mas especificamente, cuando el contenido de TiC permanece constante, un decremento en alúmina de cerca de 35% vol. a cerca de 25 % vol. acoplado con un incremento en el contenido de la filamento de carburo de silicio de cerca de 25 % a cerca de 35 % vol. resulta en un incremento en la fractura por dureza (Kic) desde entre 6.3 y 6.6 a 7.2 Mpam . Una comparación del ejemplo 9 con el ejemplo 10 revela que la fractura por dureza (Kic) se incrementa de 6.7 a 7.2 Mpam cuando el contenido de Tic y alúmina decrementan y el contenido de la filamento de SiC se incrementa. Refiriéndonos ahora a las propiedades físicas de la composición de la filamento de TÍC.7N.3 -alúmina -SiC en la tabla III es aparente que el uso de fibras de carburo de silicio de Advanced Composite Materials Corporation proporciona para un incremento en la fractura por dureza de esta composición de filamento de TiCN-alumina-SiC desde entre 6.3 y 6.6 a 7.5 Mpaml/2. Aunque las composiciones son algo similares, los incrementos en la fractura por dureza parecen ser debidos a la naturaleza de las fibras SC-9 como se comparo en las fibras de carburo de silicio de Tokai. Refiriéndonos a los ejemplo (ejemplos Nos. 5 y 6) de la tabla IV que presenta las propiedades físicas de la composición de las fibras Ti.8 Mo .2 C-alumina -Sic una comparación entre los ejemplos Nos. 5 y 6 muestra que el decremento- de 5 por ciento de volumen en el Ti.8 Mo.2 C acoplado con un 3 por ciento de volumen incrementa en alúmina y un 2 por ciento de volumen incrementa en las fibras de SiC no hace significante el impacto en las propiedades de la composición de fibras Ti.8 Mo.2 C-A12 03 -SiC. Promediando, puede ser visto que las composiciones de arriba de acuerdo con la presente invención posee una combinación de dureza y de fractura por dureza que es desigual al arte previo en las composiciones de herramientas de corte mostradas den la tabla 1. Fotomicrografías que son representativas de los ejemplos de las composiciones de acuerdo con la presente invención son mostrados en las figuras 2, 3 y 4. En la figura 2 que corresponde al ejemplo 2, la prueba más luminosa en fase es alúmina, la fase gris es carburo de titanio, la fase mas larga (u obscura) de fase son las fibras de carburo de silicio. En la figura 3, que corresponde al ejemplo 4, la fase más luminosa es también alúmina y la fase más oscura es también fibras de carburo de silicio, sin embargo, la fase gris es el carbonitruro de titanio. En la figura 4, la cual corresponde al ejemplo 6, las fases más luminosas y oscuras son respectivamente las fibras de alúmina y carburo de silicio, sin embargo, la fase gris es carburo de molibdeno titanio.

De acuerdo con la presente invención, la composición de los ejemplos 1, 3, 4, 6 y 7 mostrados en las tablas II estuvieron dentro del grupo SNGN-453T en insertos de corte indeseables y usados para maquinar Inconel 718 (dureza 38 Rockwell C) en una prueba bajo las condiciones de velocidad de superficie de pies / minuto, de 0.006 pulgadas por revolución, velocidad de pies, y 0.030 pulgadas de profundidad de corte, fluido refrigerante, y 45 grados de carga de ángulo. El extremo del criterio de vida usado fue: flanqueo de desgaste (FW) = 0.030 pulgadas; flanqueo de desgaste máximo (MW) = .040 pulgadas; desgaste frontal (NW)= .040 pulgadas; profundidad de corte (DN) = .080 pulgadas; y desgaste de cráter (CR) =.004 pulgadas. Incluyendo en los muéstreos de pruebas de WG-300 (ejemplo No. 8) en la misma geometría de inserto para propósitos de comparación. Los resultados de estas pruebas son mostrados en la tabla V abajo y en las figuras 5 6 y 7. Cada ejemplo esta identificado en las figuras 5, 6 y 7 por su numero de referencia de identificación. Estos resultados indican que las herramientas que tienen una matriz basada en carbonitruro de titanio o carburo de molibdeno de titanio tienen el mejor tiempo de vida de la orilla de corte bajo las condiciones de arriba. El mecanismo de desgaste más rápido y el mecanismo de desgaste cuya carga para falla fue profundidad de corte en todos los materiales mostrados en la tabla V.

Tabla V Vida de herramienta & modo de falla para los ejemplos Nos 1, 3, 4, 6, 7 y WG-300 Sin embargo, el flanqueo de resistencia al desgaste de la presente invención fue menor que la prueba de grado del arte previo. Se cree que el flanqueo de resistencia al desgaste puede ser mejorado incrementando el contenido de nitrógeno del carbonitruro de titanio formando la matriz o incrementando el contenido de molibdeno usado en la matriz. El flanqueo de resistencia al desgaste de la presente invención puede también ser mejorado aplicando un revestimiento de dureza al inserto de corte compuesto de composiciones d acuerdo con la presente invención.

Revestimientos preferidos de dureza incluyen nitruro de titanio, carbonitruro de titanio, nitruro de titanio aluminio, y revestimientos de alúmina aplicados por técnicas de PVD y/o CVD. El flanqueo de resistencia al desgaste del arte previo de las pruebas de grado (ejemplo No. 8/WG-300) aparecen mejores que los ejemplos Nos. 1, 3, 4, 6, y 7. Esto puede ser debido a que el contenido mayor de alúmina en el grado del arte previo. Mas especificamente, el grado del arte previo (ejemplo No. 8/WG-300) tiene un contenido de alúmina de cerca de 75 por ciento de volumen como comparo con cerca de 35 a 40 por ciento de volumen de los ejemplos Nos. 1, 3, 4, 6 y 7. El flanqueo de resistencia al desgaste de la presente invención puede ser mejorado por el uso de cantidades mayores de alúmina o por decrementos de la cantidad de fibras de carburo de silicio presentes e incrementando uno o más de las fases de la matriz, e.g. carbonitruro de titanio o alúmina. Otras modalidades de la invención serán aparentes para aquellas personas técnicas en el arte con la consideración de especificaciones o practica de la invención divulgada aqui. Se intenta que la descripción y ejemplo solicitados sean considerados como solo ilustrativos, con el alcance y espíritu de la invención estando indicada por las siguientes cláusulas.

Claims (31)

REIVINDICACIONES

1.- Una composición cerámica producida por la consolidación de una mezcla de componentes primarios en donde la composición cerámica comprende: una matriz que comprende uno o mas de nitruro de titanio carbonitruro de titanio, los carburos, nitruros y carbonitruros de hafnio, molibdeno, tungsteno, circonio, tantalio, niobio, vanadio, titanio y soluciones sólidas de ellas en una cantidad que es mayor de 50 por ciento en volumen de la matriz, y la matriz además incluye residuos presentes de asistentes de sinterizacion del uso de uno o más asistentes de sinterizacion como un componente primario en una cantidad menor que .5 por ciento en peso de los componentes de inicio en donde los asistentes de sinterizacion comprenden uno o más de itria, magnesia y circonia, la matriz comprende entre 60 y 99.8 por ciento en volumen de la co psición ;y fibras cerámicas uniformemente dispersas a través de la matriz, las fibras cerámicas comprenden entre 0.2 y 40 por ciento en volumen de la composición.

2. -La composición de la reivindicación 1 en donde las fibras cerámicas son seleccionadas de uno o más de los siguientes : alúmina, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de silicio, y los carburos, nitruros, boruros y carbonitruros de titanio, circonio y hafnio.

3.- La composición de la reivindicación 1 en donde la matriz además incluye partículas cerámicas seleccionadas de uno o mas del grupo consistente de carburo de silicio, boruro de titanio, boruro de circonio, boruro de hafnio, alúmina, oxido de circonio y oxido de hafnio.

4.- La composición de la reivindicación 1 en donde la matriz comprende más que 50 por ciento en volumen de carbonitruro de titanio, y el balance de la matriz comprende al menos 40 por ciento en volumen de alúmina.

5.- La composición de la reivindicación 5 en donde las fibras cerámicas comprenden fibras de carburo de silicio y las fibras de carburo de silicio comprenden aproximadamente 2 por ciento en volumen a aproximadamente 35 por ciento en volumen de la composición.

6.- La composición de la reivindicación 5 en donde las fibras cerámicas comprenden fibras de carburo de silicio y las fibras de carburo de silicio comprenden entre

10 por ciento en volumen y 35 por ciento en volumen de la composición.

7. -La composición de la reivindicación 1 en donde la matriz comprende más de 50 por ciento en volumen de carbonitruro de titanio, y el balance de la matriz comprende menos de 40 por ciento en volumen de alúmina.

8.- La composición de la reivindicación 1 en donde la matriz comprende más de 50 por ciento en volumen de carburo de molibdeno titanio, y el balance de la matriz comprende al menos 40 por ciento en volumen de alúmina.

9.- La composición de la reivindicación 8 en donde las fibras cerámicas comprenden fibras de carburo de silicio y las fibras de carburo de silicio comprenden aproximadamente 2 por ciento en volumen a aproximadamente

35 por ciento en volumen de la composición.

10.- La composición de la reivindicación 1 en donde la matriz comprende más de 50 por ciento en volumen de carburo de molibdeno titanio, y el balance de la matriz comprende menos de 50 por ciento en volumen de alúmina.

11.- Una herramienta de corte de cerámica que comprende : una cara de rastrillo; y una cara de flanqueo, una orilla de corte en la unión de la cara de rastrillo y la cara de flanqueo; una composición cerámica que tiene una matriz que comprende al menos 50 por ciento en volumen de uno o más de los carburos, nitruros, y carbonitruros de hafnio, molibdeno, circonio, tantalio, niobio, vanadio, tungsteno, titanio, y soluciones sólidas de ellas, la matriz además incluyen la presencia de residuos de asistentes de sinterizacion del uso de uno o más de los asistentes de sinterizacion como componentes primarios en una cantidad menor que .5 por ciento en peso de los componentes primarios uno o más de itria, magnesia, y circonia, en donde la matriz comprende entre 60 y 99.8 por ciento en volumen de la composición cerámica; y fibras cerámicas uniformemente dispersas a través de la matriz en donde las fibras cerámicas comprenden aproximadamente 0.2 por ciento en volumen de la composición cerámica.

12.- La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 12 en donde las fibras cerámicas son seleccionadas de uno o más de los siguientes alumina, carburo de silicio, nitruro de silicio, carburo de boro o los carburos, nitruros, borros o carbonitruros de titanio, circonio o hafnio.

13. -La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 12 en donde la matriz además incluye partículas cerámicas seleccionadas de uno o más de los grupos consistentes de carburo de silicio, boruro de titanio, boruro de circonio boruro de hafnio, alúmina, oxido de circonio y oxido de hafnio.

14. -La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 12 que además incluye un recubrimiento sobre la cara de rastrillo y la cara de flanqueo.

15.- La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 15 en donde el recubrimiento comprende una capa seleccionada del grupo consistente de alúmina, TiC, TiN, TiCN y TiAlN.

16.- La herramienta cortadora de cerámica de la reivindicación 16 en donde la capa es aplicada por deposición fisica de vapor.

17.- La herramienta cortadora de cerámica de la reivindicación 16 en donde la capa es aplicada por deposición fisica de vapor.

18. -Una composición cerámica producida por la consolidación de una mezcla de componentes primarios en donde la composición cerámica comprende: una matriz que comprende uno o más de nitruro de titanio carbonitruro de titanio, los carburos, nitruros y carbunitruros de hafnio, molibdeno, niobio y tungsteno, y soluciones sólidas de ellas en una cantidad que es mayor de 50 por ciento en volumen de la matriz, y la matriz comprende entre 60 y 99.8 por ciento en volumen de la composición; y fibras cerámicas uniformemente dispersas a través de la matriz, las fibras cerámicas comprenden entre 0.2 y 40 por ciento en volumen de la composición.

19.- La composición de la reivindicación 19 en donde Las fibras cerámicas son seleccionados de uno o más de los siguientes alúmina, carburo de silicio, nitruro de silicio, carburo de boro, y los carburos, nitruros, boruros y carboronitruros de titanio, circonio y hafnio.

20.- La composición de la reivindicación 19 en donde la matriz además incluye partículas cerámicas seleccionadas de uno o más del grupo consistente de carburo de silicio, boruro de titanio, boruro de circonio, boruro de hafnio, boruro de cromo, alúmina, oxido de circonio y oxido de hafnio.

21.- La composición de la reivindicación 19 en donde la matriz además incluye carburo de titanio y los carburos, carbonitruros y nitruros de circonio, tantalio y vanadio; y la matriz además incluye residuos presentes de asistentes de sinterizacion del uso de uno o mas asistentes de sinterizacion como un componente primario en una cantidad menor que o igual a 1 por ciento de Los componentes primarios.

22.- La composición de la reivindicación 22 en donde la matriz comprende más del 50 por ciento en volumen de carburo de titanio y el balance de la matriz comprende al menos 40 por ciento en volumen de alúmina y residuos de asistentes de sinterizacion.

23.- La composición de la reivindicación 23 en donde Las fibras cerámicas comprenden fibras de carburo silicio y las fibras de carburo de silicio comprenden entre aproximadamente 10 por ciento en volumen y aproximadamente 40 por ciento en volumen de la composición.

24.- La composición de la reivindicación 22 en donde la matriz comprende más de 50 por ciento en volumen de carburo de titanio y el balance de la matriz comprende menos de 50 por ciento en volumen de alúmina y residuos de asistentes de sinterizacion.

25.- Una herramienta de corte de cerámica que comprende : una cara de rastrillo; y una cara de flanqueo, una orilla de corte en la unión de la cara de rastrillo y la cara de flanquee- una composición cerámica que tiene una matriz que comprende entre aproximadamente 45 por ciento en volumen y menos de 50 por ciento en volumen de carburo de molibdeno titanio, y menos de aproximadamente 55 por ciento en volumen de alúmina, en donde la matriz comprende entre aproximadamente 60 por ciento en volumen y aproximadamente 90 por ciento en volumen de la composición cerámica y; fibras cerámicas uniformemente dispersas a través de la matriz en donde las fibras cerámicas comprenden aproximadamente 2 por ciento en volumen a aproximadamente 35 por ciento en volumen de la composición cerámica.

26. -La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 26 en donde la matriz comprende entre aproximadamente 55 por ciento en volumen y más de aproximadamente 50 por ciento en volumen de alúmina.

27.- La herramienta de corte de cerámica de la reivindicación 26 en donde las fibras cerámicas comprenden aproximadamente 10 por ciento en volumen a aproximadamente 30 por ciento en volumen de la composición cerámica. 28.- La composición de la reivindicación 1 en donde uno o más de las ayudas de sinterizacion comprenden una cantidad menor que o igual a .3 por ciento en peso de los componentes primarios. 29. -La composición de la reivindicación 5 en donde el carbonitruro de titanio tiene la formula Ti CxNy) en donde y es menor que .95 y mayor que 0.5, y x + y = 1. 30. -La composición de la reivindicación 5 en donde el carbonitruro de titanio tiene la formula Ti (CxNy) en donde y es menor que .90 y mayor que o igual a 0.55, y x + y = 1. 31. -La composición de la reivindicación 5 en donde el carbonitruro de titanio tiene la formula Ti (CxNy) en donde y es menor que .75 y mayor que o igual a 0.6, y x + y = 1.