UA151265U - Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями - Google Patents
Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями Download PDFInfo
- Publication number
- UA151265U UA151265U UAU202107596U UAU202107596U UA151265U UA 151265 U UA151265 U UA 151265U UA U202107596 U UAU202107596 U UA U202107596U UA U202107596 U UAU202107596 U UA U202107596U UA 151265 U UA151265 U UA 151265U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- silicon nitride
- carried out
- temperature
- mixing
- oxide
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 15
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims abstract description 7
- 238000005469 granulation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003179 granulation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 5
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 2
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical group 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 238000006902 nitrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Abstract
Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями, що містить домішки Al2O3, AlN, Y2O3, полягає в попередньому перемішуванні вихідних порошків у певній пропорції, пресуванні і подальшому спіканні. Високощільний композиційний керамічний матеріал для застосування як інструментального матеріалу містить нітрид кремнію (розмір зерна 3…5 мкм) та ультрадисперсний нітрид алюмінію (0,1…1 мкм), частково стабілізований оксидом ітрію оксид цирконію дисперсністю 30…60 нм. Отримання матеріалу основано на змішуванні порошкових компонентів, що містять нітрид кремнію (Si3N4), оксид алюмінію (Al2O3), нітрид алюмінію (AlN) (ZrO2-3 мас. % Y2O3), їх гранулювання, подальше гаряче пресування з прямим пропусканням струму I=5000…8000 А (електроконсолідація) при температурі 1500…1600 °С і тиску 40 МПа. Перемішування вихідних порошків проводять в планетарному млині. Гранулювання з додаванням полівінілового спирту (ПВС). Сушіння проводять при температурі 200…250 °С. Гаряче пресування проводять в середовищі вакууму та витримують при кінцевій температурі протягом 5 хв.
Description
Корисна модель належить до керамічного матеріалознавства, зокрема стосується отримання інструментального композиційного матеріалу з підвищеними фізико-механічними властивостями інструментального застосування на основі нітриду кремнію, нітриду алюмінію та частково стабілізованого оксидом ітрію діоксиду цирконію, що характеризується високою міцністю, термічною і окислювальною стійкістю, стійкістю до термоудару при температурі до 1800 с.
Відомий спосіб отримання композиційного керамічного матеріалу патент КУ 2484850 С1 від 20.06.2013, розроблений із нітриду кремнію (ЗізМи), зміцнений нітридом титану (Тім), що має сукупність фізико-механічних властивостей, таких як висока міцність і твердість, низький коефіцієнт термічного розширення та зносостійкість. Даний вид кераміки призначений для роботи в кислих та агресивних середовищах, в умовах високих температур та тривалого механічного впливу. Введення нітриду титану армує структуру матеріалу, підвищуючи показники мікротвердості та міцності при згинанні, а також дозволяє керамічному композиту проводити електричний струм. Однак відомо, що отриманий цим способом даний керамічний матеріал має невисоку тріщиностійкість та міцність.
Відомий спосіб отримання композитів, описаний у патенті КО Мо 2382690 С1 опублікований 27.02.2010 МПК 822 009/02, В22Е 009/16, В22Е 001/00, "Спосіб отримання композиційного керамічного порошку на основі нітриду кремнію", у якому готують екзотермічну суміш змішуванням феросиліцію, що містить 65...95 мас. 9о 5і, ільменіту, що містить 60...65 мас. 95 діоксиду титану, і попередньо азотованого феросиліцію, при співвідношенні компонентів у суміші: феросиліцію - 40...55 мас. 95, ільменіту - 20...40 мас. 95, та азотованого феросиліцію - 25...40 мас. 95. Після екзотермічного синтезу здійснюють доазотування суміші протягом 30...40 хв із подальшим подрібненням. Недоліком даного способу є використання дорогих чистих порошків або попередньо синтезованих вихідних компонентів шихти (змішування вихідних компонентів в кульовому млині).
Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб отримання матеріалу, описаний в патенті 05 5316856 А від 31.05.1994, що містить домішки АІ2Оз,У2Оз, АЇМ,
Мао, Сабо, У2Оз, оксиди рідкісноземельних металів утворюють приграничні фази. Спечена матриця може включати 30 95 за вагою або менше сполук (оксиди, карбіди та нітриди). Даний
Зо композиційний матеріал використовується як різальний. Спосіб отримання полягає в попередньому перемішуванні вихідних порошків у певній пропорції, холодному пресуванні і подальшому спіканні при температурі 1700...1800 "С в середовищі азоту. Однак, різальний матеріал має невисоку тріщиностійкість і теплопровідність, що знижує його зносостійкість.
Використання рідкоземельних домішок значно підвищує собівартість матеріалу.
Задачею запропонованої корисної моделі на вирішення якого спрямована корисна модель, є отримання високоякісного композиційного інструментального керамічного матеріалу з підвищеними фізико-механічними властивостями та теплопровідністю, що може обробляти високотверді сталі та чавуни.
Поставлена задача вирішується тим, що Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями, що містить домішки А2Оз, АЇМ, М2Оз, полягає в попередньому перемішуванні вихідних порошків у певній пропорції, пресуванні і подальшому спіканні, згідно з корисною моделлю, високощільний композиційний керамічний матеріал для застосування як інструментального матеріалу містить нітрид кремнію (розмір зерна 3...5 мкм та ультрадисперсний нітрид алюмінію (0,1...1 мкм), частково стабілізований оксидом ітрію оксид цирконію дисперсністю 30...60 нм, отримання матеріалу засновано на змішуванні порошкових компонентів, що містять нітрид кремнію (5ізМа), оксид алюмінію (АІ2Оз), нітрид алюмінію (АЇМ) (2102-3 мас. 95 МУ2Оз), їх гранулювання, подальше гаряче пресування з прямим пропусканням струму І-5000...8000 А (електроконсолідація) при температурі 1500...1600 "С і тиску 40 МПа, причому перемішування вихідних порошків проводять в планетарному млині, а гранулювання - з додаванням полівінілового спирту (ПВС), сушіння проводять при температурі 200...250 "С, причому гаряче пресування проводять в середовищі вакууму та витримують при кінцевій температурі протягом 5 хв.
Підвищена теплопровідність високоякісного композиційного матеріалу досягається за рахунок введення до складу ультрадисперсного порошку нітриду алюмінію, нанодисперсного оксиду алюмінію і нанодисперсного оксиду цирконію, частково стабілізованого оксидом ітрію.
Гаряче пресування матеріалу проводять при температурі 1500...1600 "С, коли дифузійні процеси при твердофазному спіканні найбільш активовані. Це й забезпечує отримання високоякісного міцного матеріалу з високою температурою і теплопровідністю. Відомо, що 2гО2- 60 З мас. 95 МУ2Оз, за рахунок трансформаційного зміцнення збільшує міцність і тріщиностійкість композиційного матеріалу, а також стимулює реакцію дефектоутворення всередині наноструктурного нітриду кремнію.
Дослідження фізико-механічних характеристик проводили на зразках розміром бхбх50 мм і пластинах розміром 6б3хбо0х8 мм. Склад компонентів і властивості пропонованого композиційного керамічного матеріалу, включаючи позамежні: 50...60 мас. 95 бізМа розмір зерен 3...5 мкм; 10...15 мас. 95 АІ2Оз розмір зерен 20...30 нм; 20...30 мас. 95 АЇМ розмір зерен 0,1...1 мкм; 10...30 мас. 95 271О02-3 мас. У М2Оз розмір зерен 30...60 нм; межа міцності на вигин - 1000...1200 МПа; тріщиностійкість 8...10 МПа:м'-г; твердість 91...93 НЕА; коефіцієнт теплопровідності 40...50 Вт/м К; гранична температура 1800 76.
Приклад
Керамічні порошки в співвідношенні 50 мас. 96 порошку нітриду кремнію 5бізіМи, 10 мас. бо
АОз, розмір зерен 20...30 нм; 20 95 ультрадисперсного нітриду алюмінію АЇМ, 10 мас. 95 27702-3 мас. 95 У2Оз, розмір зерен 30...60 нм.
Готують формувальну масу, яка містить 5 95 (мас.) технологічної зв'язки з полівінілового спирту і 95 95 (мас.) композиційного керамічного порошку.
Композиційну шихту ущільнюють гарячим пресуванням з прямим пропусканням електричного струму І-5000 А при тиску 40 МПа. Сушіння суміші проводять на повітрі при температурі 200...250 С. Гаряче пресування проводять при температурі 1500...1600 С у вакуумі з витримкою при кінцевій температурі протягом 5 хв. Після гарячого пресування зразки з метою зняття внутрішніх напружень піддаються відпалу в середовищі азоту при температурі 1500 "С і часу витримки 1 год.
Характеристики композиційного керамічного матеріалу отримані запропонованим способом наступні: межа міцності на вигин 1000...1200 МПа; тріщиностійкість 8...10 МПа: м'г; твердість 91...93 НЕА; коефіцієнт теплопровідності 40...50 Вт/м К; гранична температура 1800 с.
Технічний результат корисної моделі полягає в можливості використання нового інструментального композиційного керамічного матеріалу з високими фізико-механічними властивостями і теплопровідністю для обробки важкооброблюваних високотвердих сталей та чавунів.
Claims (1)
- ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Коо) Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями, що містить домішки АЇ2Оз, АЇМ, М2Оз, який полягає в попередньому перемішуванні вихідних порошків у певній пропорції, пресуванні і подальшому спіканні, який відрізняється тим, що для застосування як інструментального матеріалу містить нітрид кремнію (розмір зерна 3...5 мкм) та ультрадисперсний нітрид алюмінію (0,1...1 мкм), частково стабілізований оксидом ітрію оксид цирконію дисперсністю 30...60 нм, отримання матеріалу основано на змішуванні порошкових компонентів, що містять нітрид кремнію (5ізМа), оксид алюмінію (АІ2Оз), нітрид алюмінію (АЇМ) (2102-3 мас. 95 М2Оз), їх гранулювання, подальше гаряче пресування з прямим пропусканням струму І-5000...8000 А (електроконсолідація) при температурі 1500...1600 "С і тиску 40 МПа, причому перемішування вихідних порошків проводять в планетарному млині, а гранулювання з додаванням полівінілового спирту (ПВС), сушіння проводять при температурі 200...250 "С, причому гаряче пресування проводять в середовищі вакууму та витримують при кінцевій температурі протягом 5 хв.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202107596U UA151265U (uk) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202107596U UA151265U (uk) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA151265U true UA151265U (uk) | 2022-06-29 |
Family
ID=89903128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU202107596U UA151265U (uk) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA151265U (uk) |
-
2021
- 2021-12-24 UA UAU202107596U patent/UA151265U/uk unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khodaei et al. | Effects of different sintering methods on the properties of SiC-TiC, SiC-TiB2 composites | |
| Zhao et al. | Microstructure and mechanical properties of TiB2–SiC ceramic composites by reactive hot pressing | |
| US5030597A (en) | Process for producing ceramic composites | |
| WO2006057232A1 (ja) | 窒化珪素質焼結体およびその製造方法、並びに金属溶湯用部材、熱間加工用部材、掘削用部材 | |
| He et al. | Sintering behavior of alumina whisker reinforced zirconia ceramics in hot oscillatory pressing | |
| Lan et al. | Mechanical properties and thermal conductivity of dense β-SiAlON ceramics fabricated by two-stage spark plasma sintering with Al2O3-AlN-Y2O3 additives | |
| Sha et al. | Microstructure and mechanical properties of hot-pressed ZrC–Ti–CNTs composites | |
| Nekouee et al. | Sintering behavior and mechanical properties of spark plasma sintered β–SiAlON/TiN nanocomposites | |
| Baharvandi et al. | Processing and mechanical properties of boron carbide–titanium diboride ceramic matrix composites | |
| Kim et al. | Effect of CaO–Al2O3 (48: 52 wt%) sintering aids on the phase composition and properties of Si3N4-based ceramics | |
| Samanta et al. | Decomposition reactions in the SiC–Al–Y–O system during gas pressure sintering | |
| Hyuga et al. | Fabrication of pressureless sintered dense β-SiAlON via a reaction-bonding route with ZrO2 addition | |
| UA151265U (uk) | Спосіб отримання композиційного інструментального матеріалу на основі нітриду кремнію та оксиду алюмінію з підвищеними фізико-механічними властивостями | |
| Santos et al. | α-SiAlON–SiC composites obtained by gas-pressure sintering and hot-pressing | |
| Lee et al. | Densification of reaction bonded silicon nitride with the addition of fine Si powder-effects on the sinterability and mechanical properties | |
| Attia et al. | Hot Pressed Si 3 N 4 Ceramics Using MgO–Al 2 O 3 as Sintering Additive for Vehicle Engine Parts | |
| Lee et al. | Microstructural characterization of GPSed-RBSN and GPSed-Si3N4 ceramics | |
| CN106977198A (zh) | 热压烧结氧化锆复合陶瓷绝缘件及其制备方法 | |
| Li et al. | Effects of Sm 2 O 3 Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Post-Sintered Reaction-Bonded β-SiAlON | |
| RU2341494C2 (ru) | Композиционный керамический материал | |
| JP5565724B2 (ja) | カプセルフリー熱間静水圧プレスによるＡｌ２Ｏ３／Ｍｏ２Ｎコンポジットの製造方法 | |
| JP2000247748A (ja) | 高靭性窒化珪素質焼結体 | |
| JP3694583B2 (ja) | 粉砕機用部材 | |
| JPH07138075A (ja) | 高強度で高熱膨張の窒化ケイ素の製造方法 | |
| RU2757607C1 (ru) | Способ получения 21R-сиалоновой керамики |