專利名稱：陶瓷切削工具鑲刃的制作方法
自從工業革命以來，借助銑削和車削進行金屬制品的機械加工和成形加工已經成為現代社會的一部分。如人們所知道的那樣，制備金屬制品的工具或至少工具的刀刃最初是由金屬制成的。但是，隨著機械加工和成形加工操作中進料速度和旋轉速度的增加，工具的刀刃遭受到越來越高的溫度，從而刀刃和金屬部件之間發生化學反應并很快地損耗就變得很明顯了。由于這些情況是不希望的，故而人們進行了多方努力以使工具刀刃變硬，同時減少它們對于金屬部件的化學反應。
因此，已有技術中經常談到用可作為切削工具刀刃(或如切削工具技術中所定義的稱為“鑲刃”)的材料取代金屬。就通常而言，已有技術中已經揭示了硬質耐熔陶瓷作為切削工具鑲塊組件的使用。舉例如下第4，063，908號美國專利描述了TiO2和TiC在Al2O3燒結陶瓷體中的摻合。第4，204，873號美國專利報導了包含WC和TiN的含Al2O3的燒結陶瓷體。第4，366，254號美國專利揭示了以相似的方式將ZrO2，TiN或TiC和稀土金屬碳化物加入到Al2O3陶瓷基體中。
通常，用于銑削和車削操作的切削工具鑲刃是特意設計的。即為一種操作所設計的鑲刃通常不能用于其它的操作中，因為兩種操作的磨損特性是大不相同的。因此，為車削所設計的切削工具鑲刃用于銑削操作時，通常不能達到相對快速;當為銑削所設計的工具鑲刃用于車削時，也具有相似的情況。而最近，可用于車削和銑削兩種操作的切削工具鑲刃已生產出來了，但其成功是有限的。
為了令人滿意地工作，陶瓷切削工具鑲刃必須具有各種物理特性。這些特性是硬度，導熱性、強度和韌性(均為溫度的函數)。隨溫度的變化在鑲刃的相中所產生的不期望的相轉變一定要加以避免，且如上所述，與工件之間的化學反應也應達到最小。盡管個別的材料在幾個特性方面是杰出的，但它其它的方面的不足卻使其不能用作為切削工具的鑲刃。有上述不足的一個例子是氧化鋯，該材料的強度和韌性是極好的，但其導熱系數低，硬度也低。低的導熱系數導致在使用時，鑲刃的刀口變得如此熱以致使材料可能呈塑性流動狀。
對兩種類型的金屬切削操作業已進行了標準化試驗，即車削試驗和間斷切削或銑削試驗。根據每一個情況下所承受的作用可以較廣泛地刻劃兩種試驗的特征。如此，車削主要是測定鑲刃材料的耐摩擦和化學損耗的一種手段。間斷切削試驗則是測定鑲刃材料抗熱和機械沖擊或振動的能力。
在車削試驗中，一塊金屬(“工件”)被安裝于車床上，在預先確定的速度下相對鑲刃轉動。鑲刃被安裝于工具柄上，它沿著工件的長度方向移動。單位時間內在工件上切削的金屬量是三個因素的函數第一，主軸在轉動工件時旋轉的速度，以每分鐘轉數(RPM)表示;第二，鑲刃借助工具柄與軸平行地沿工件的長度方向從一端移動到另一端的速率，該速率是以工件的英吋/每轉(IPR)來測定的;第三，鑲刃切削進工具的距離，該距離以切削的深度(DOC)來測定。將一和二兩個操作結合就得到金屬切削速率的標準測定，它通常以每分鐘表面呎(SFPM)來表示。在進行測試的標準過程中，IPR保持在0.010″，DOC保持在0.075″，RPM則根據所需要的金屬切削的速率而變化。
間斷切削試驗采用一部在切削頭上帶有一個鑲刃的六角車床。這樣，當工件橫跨旋轉的切削頭移動時，鑲刃實質上會切削工件。間斷試驗是動態試驗，因為進刀速率隨過程的進行而增加。在本發明的試驗基體中，前20次切削是以0.0025IPR的進刀速度進行的，每5次接連的切削后，增加0.0025的IPR量，如此，當20次結束時，進刀速率為0.010IPR。然后切削第21至60次，每5次增加0.0050IPR的速率，如此第25次時的進刀速率為0.015IPR，切削60次后，進刀速率為0.050IPR。0.050IPR的進刀速率是最高極限，因為它表示了試驗設備的最大能力。該試驗提供了材料的耐熱和耐機械沖擊的信息，且該試驗是以鑲刃的毀壞而終止的。
為了令人滿意地工作，鑲刃在銑削操作中需要具有好的耐熱和耐機械沖擊性。此外，這樣的耐熱和機械沖擊的性能在車削操作中也是需要的。在車削操作的切削條件下，例如在很大的進料速率下，深的切削深度，或當冷卻劑使用時，鑲刃必須具有承受這些條件下所固有的熱和機械應力的能力。且當鑲刃對付一種不均質的工件材料時，也必須具有相同的耐久性，例如，當車削的工件中包含硬的夾雜物或當車削鱗狀的表面時。因此，在間斷切削篩選試驗中良好的性能表示了該鑲刃材料在很多車削操作的條件下也可以工作得很好。
上述試驗可設計來用以通過增加切削速度而進行模擬加速磨損試驗。例如，車削試驗中可采用速度約為2000-3000SFPM，該速率比工業上通常用的800-1000SFPM要大得多。因此，通常情況下，切削速度越大，在鑲刃/工件的相交面的溫度也越高。在提高的溫度下(于2500-3000SFPM，約1300℃或更高)，高的切割速度會引起工件較嚴重的塑性變形，由此隨著切削時受熱金屬被切削掉，會產生較低的磨耗和機械沖擊。但是，較高的溫度促使化學反應速率增加，因此增加了與溫度相關的磨損機制，如粘附磨耗的增加。
盡管已經廣泛地研究了用陶瓷復合物來改善切削工具的鑲刃，仍需要為金屬銑削和車削操作而設計鑲刃，使它的耐久性和可靠性明顯優于目前所具有的產品。
因此，本發明的主要目的是提供一種切削工具鑲刃，它可呈現超凡的韌性，耐磨性，耐沖擊性，導熱性和耐熱振性，尤其適合于在銑削和車削操作中使用。
與本發明共同轉讓的由Thomas D.Ketcham在1986年11月4日提交的第926，655號美國專利申請，名為“高韌性陶瓷合金”，報導了呈現出極佳的高韌性值，以斷裂韌性值(KIC)來表示的陶瓷合金的生產。它所揭示的合金基本上由0.5～8%韌性劑(以氧化物為基準的摩爾百分數表示)和其余的氧化鋯組成。因為與本發明相關，該申請所揭示的內容在此全部列出作為參考資料。但是，這里所提供的只是與本發明直接有關的所揭示的主要概述。
因此，在這里所提到的韌化劑是選自由YNbO4、YTaO4、MNbO4、MTaO4和它們的混合物所組成的這個組，其中M是一種陽離子，它以摩爾為計量基準;它可替換選自由Mg+2、Ca+2、Sc+3所組成的這個組的一種Y陽離子，以及選自由La+3、Ce+4、Ce+3、Pr+3、Nd+3、Sm+3、Eu+3、Gd+3、Tb+3、Dy+3、Ho+3、Er+3、Tm+3、Yb+3、Lu+3和它們的混合物所組成的這個組的一種稀土金屬離子。該申請也描述了各種組成體的構成，其中合金構成了一個元素。例如，合金體中可以具有耐熔的陶瓷纖維和/或晶須，如氧化鋁、富鋁紅柱石、涎石、碳化硅、氮化硅、AlN、BN、B4C、ZrO2、鋯石、氧碳化硅和尖晶石的纖維和/或晶須。該合金可摻入到硬質耐熔陶瓷基體如氧化鋁、Al2O3-Cr2O3固溶體、涎石、碳化硅、氮化硅、碳化鈦、二硼化鈦和碳化鋯之中。最后，可制得一種復合體，它是由合金混合物、耐熔陶瓷纖維和/或晶須和硬質耐熔陶瓷所構成。
本發明是在上述發明的基礎上，將很窄范圍的一定量的上述申請所描述的類型的陶瓷合金并入上述申請所描述的類型的硬質耐熔陶瓷所組成的基體之中，它還可任意地具有也在上述申請中所描述的類型的耐熔陶瓷纖維和/或晶須。這樣，能表現出極好物理和化學特性的一種材料就可以制備而用作切削工具鑲刃。因此，本發明的硬質、韌性、導熱的陶瓷切削工具鑲刃基本上是由55～80%硬質耐熔陶瓷和20-45%氧化鋯合金(均以重量百分數表示)組成，所說的氧化鋯合金主要包括1～4%(以氧化物的摩爾百分數表示)選自由YNbO4、YTaO4、MNbO4、MTaO4和它們的混合物所組成的組中的一種韌化劑。(其中M以摩爾為基準，它是一種陽離子，由代替選自由Mg+2、Ca+2、Sc+3組成的這個組的一種Y陽離子，以及選自由La+3、Ce+4、Ce+3、Pr+3、Nd+3、Sm+3、Eu+3、Gd+3、Tb+3、Dy+3、Ho+3、Er+3、Tm+3、Yd+3、Lu+3和它們幕旌銜鎪槌傻惱飧鱟櫚囊恢窒⊥兩鶚衾胱鈾槌杉壩嗔課躉 9%～96%的氧化鋯)。最可取的合金中采用YNbO4和/或YTaO4作為韌化劑。通過已知的穩定劑，如CaO、CeO2、MgO、Nd2O3和Y2O3的加入，氧化鋯可以部分地被穩定化。通常，這種穩定劑的濃度約在0.5-6摩爾百分數的范圍內，Y2O3的量最佳是在0.5-2摩爾百分數的范圍內。據此，這里所用的術語“氧化鋯”包括通過加入極少量已知的穩定劑而部分穩定化的氧化鋯。術語“氧化鋯”也不局限于任何特殊的晶體相或晶格結構，但是在可能應用的氧化鋯中可以包含各種相和晶格結構。通常，在鑲刃的基體中所任意包含的耐熔陶瓷纖維和/或晶須的含量水平不超過總體積的35%。
除了切削工具的組成以外，最終材料的微觀結構也是重要的。因此，合金在硬質耐熔陶瓷基體中必須分布均勻，且應避免它們聚結。因為業已發現，約50微米或更大的合金聚結體的存在會引起鑲刃變弱，微裂紋會從這個聚結體產生并傳送到基體各處。
Supra第926，655號專利申請揭示了用于形成細篩分的、可燒結的這種陶瓷合金粉末的二種一般的形成方法。第一種方法包括共沉淀過程，而第二種方法包括將一種商品化的含Y2O3部分穩定化的ZrO2作為起始物質，它通過各種添加物來加以改性。這兩種方法均適用于提供生產本發明鑲刃的合金粉末。共沉淀和添加物方法的完整描述在第926，655號專利申請中均已敘述，這里列為本申請的參考資料。在對每一種方法的一個具體實施例的主要描述中，均提到使用YNbO4作為韌化劑。
在共沉淀過程中，將NbCl2溶解于HCl水溶液中以形成一個溶液，該溶液可通過0.3-1微米的過濾器過濾。將濃縮的硝酸氧鋯和Y(NO3)3·6H2O的水溶液加入NbCl2/HCl溶液中。大大過量的NH4OH水溶液被加入以用于得到高過飽和現象，共沉淀很快地進行以避免陽離子的偏析。所得到的沉淀物凝膠在離心機中用PH＞10的NH4OH水溶液洗滌數次，凝膠中殘留的水通過冷凍干燥而除去。干燥后的物質在約1000℃焙燒2小時，焙燒物加入異丙醇成泥漿，再采用ZrO2小球振動球磨3天。將漿液進行篩濾除去小球，然后蒸發干燥。所得到的粉末的顆粒尺寸小于1微米，典型的為小于0.3微米。
上述方法很明顯地表示出其只是在實驗室中操作的，對于該領域的技術人員來講，在單個步驟中的各種修飾是很明顯的。
在添加法的過程中，粉末狀Nb2O5被摻入由甲醇和商品化的部分穩定化的ZrO2(ZrO2-3摩爾%Y2O3)且用ZrO2小球振動球磨2.5天的漿液中。然后篩濾漿液以除去小球，將甲醇蒸發干燥，所得到的粉末在800℃焙燒2小時。得到的顆粒的直徑小于5微米，較佳為小于2微米。
與共沉淀方法相似，上述的添加法也只表示了實驗室過程，在單個步驟中的各種修飾對于該領域的技術人員來講也馬上變得很明顯了。
形成本發明的鑲刃的較佳的過程包括三個一般的步驟(a)將合金和硬質耐熔陶瓷等粉末以所需的比例混合，要很仔細地進行混合以保證不產生直徑大于50微米的聚結體，較佳為所得混合物中聚結體的直徑不大于10微米(粘接劑和潤滑劑可以任選地包含在內，如需要的話，還可包含耐熔的陶瓷纖維和/或晶須)。
(b)將所得的混合物成形為所需的結構體;和(c)在約1100°-1700℃的溫度下將成形體燒結成一個整體。
混合物的成形為所需要的形體通常通過壓力操作而進行，盡管小的鑲刃也可通過擠壓而生產。因此，混合物可以單向干壓或等靜冷壓，或混合物可單向或等靜熱壓。燒結步驟可與熱壓同時進行或先于熱壓進行。例如，混合物可以先在1100°-1700℃焙燒，然后在相同的溫度范圍內等靜熱壓。當成形體中使用粘接劑/分散劑時，它們必須在燒結前通過將物體加熱到一個提高的溫度(但低于燒結溫度)，如300°-800℃而除去，持續的時間要足以揮發/燒去這些物質。燒結可以在空氣中(氧化氛)或在非氧化氛中進行，兩者的結果是明顯等同的。
切削工具鑲刃可通過將基本成份以合適的比例簡單地混合到一起，將該混合物成形為所需的結構體，然后在1100°-1700℃下燒結該成形體而制備。因此，這樣的產品可以下列步驟制備(a)形成一種基本上由硬質耐熔陶瓷、氧化鋯、韌化劑組成的粉末混合物，該韌化劑選自由YNbO4、YTaO4、MNbO4、MTaO4和它們的混合物所組成的這個組，其中M是陽離子，它以摩爾數為基準，由可代替選自由Mg+2、Ca+2、Sc+3所組成的這個組的一種Y陽離子，和選自由La+3、Ce+4、Ce+3、Pr+3、Nd+3、Sm+3、Eu+3、Gd+3、Tb+3、Dy+3、Ho+3、Er+3、Tm+3、Yb+3、Lu+3和它們的混合物組成的這個組的稀土金屬離子所組成，或還包括一種組份，當一起反應時就形成了所說的韌化劑;如果需要的話，氧化鋯的穩定劑，所說的粉末以足量和合適的比例存在，憑借燒結而產生一種基體，用重量百分比來表示的話，它主要包括20-45%氧化鋯合金和55-80%硬質耐熔陶瓷，所說的氧化鋯合金主要包括1～4%(以氧化物的摩爾百分數表示)的韌化劑和其余為氧化鋯;
(b)將上述混合物成形為切削工具鑲刃所需的結構體;和(c)在約1100°-1700℃下燒結所說的成形后的混合物以形成硬質、韌性、導熱的基體。
上述的方法具有不需要預先制備ZrO2合金的實用優點。但是，用這種方法所制備的鑲刃的特性中，某些方面略有不一致于預先制備合金，然后再與硬質耐熔陶瓷混合而制成的鑲刃。因此，盡管合金可以在硬質耐熔陶瓷和組成合金的組分的粉末混合物中形成，但它很難保證合金以合適的濃度有效地分布于整個基體中以形成均勻的硬度、韌性和導熱性。
為了說明該項實踐，根據下列步驟制備了一種氧化鋯合金/氧化鋁體(a)將一合適比例的氧化鋯、Nb2O5、Y2O3和氧化鋯的粉末置于塑料容器中，與ZrO2球一起振蕩而混合;
(b)將粉末混合物摻入蒸餾水中以形成漿液(顯然可用其它的不與粉末產生反應的液體，如甲醇、異丙醇和甲基乙基(甲)酮);
(c)將漿液振動球磨三天;
(d)將球磨后的漿液噴霧干燥(顯然，也可用其它的干燥方法，如簡單地烘干);然后(e)將干燥后的物質置于石墨模具中，在1450℃和6000磅/平方英寸的壓力下單向熱壓1小時。
當纖維和/或晶須被置于產品中時，結果將是令人欣賞的，它們可以在燒結以前的任何步驟中加入。因此，唯一需要的是使它們包含在要進行燒結的成形體中。
從實際的觀點出發，經驗告訴人們，氧化鋁構成了適用于上述合金以形成切削工具鑲刃的較佳的硬質耐熔陶瓷基體。將至多為5%摩爾的Cr2O3加入到合金和氧化鋁的基本混合體中看起來可改善鑲刃的耐磨性。但是，當加入的量大于約5%(摩爾)時，基體的導熱性如此地減退，即鑲刃在使用時變熱并可發生塑性變形。Cr2O3可減退燒結后的Al2O3-Cr2O3體導熱性的基本機理已在美國專利第4，533，647中列舉了。由合金韌化的二硼化鈦或者氧化鋁和二硼化鈦的混合物所制備的切削工具鑲刃也可很好地工作;但是，二硼化鈦的成本高于氧化鋁。用碳化鈦、氮化鈦、碳化鋯和其它的該領域技術人員已知的涂層材料涂覆鑲刃可增加產品的耐磨性。
SiC纖維和晶須構成了較佳的耐熔陶瓷纖維和晶須。
表Ⅰ列舉了一些用以說明本發明的參數的組成，以合金的摩爾百分數和基體的摩爾百分數表示。合金的韌化劑組成成份單獨用氧化物為基準的摩爾百分數來表示，添加的Y2O3和Cr2O3也一樣(如果存在的話)。氧化鋯構成了合金的其余量。
諸合金均采用上述的添加法而制備。然后，將合金粉末與基體材料的粉末相混合，不添加粘接劑和潤滑劑，將該混合物置于石墨模具中，在1450℃和6000磅/平方英寸的壓力下單向熱壓。
表Ⅰ實例合金(摩爾%)基體(摩爾%)1 18.2%(2%YNbO4) 81.8%Al2O32 18.2%(3.5%YNbO4) 81.8%Al2O33 18.2%(4.7%YNbO4) 81.8%Al2O34 24.0%(2%YNbO4) 76.0%Al2O35 24.0%(2.1%YNbO4-1%Y2O3) 76.0%Al2O36 24.0%(4.2%YNbO4)) 76.0%Al2O37 29.6%(2%YNbO4) 70.4%Al2O38 35.1%(1%YNbO4) 64.9%Al2O39 35.1%(2%YNbO4) 64.9%Al2O310 35.1%(3.1%YNbO4) 64.9%Al2O311 19.4%(2.1%YTaO4) 80.6%Al2O312 18.2%(2%YNbO4) 81.8%(Al2O3-3%Cr2O3)13 20.3%(3.1%YNbO4-1%Y2O3) 79.7%TiB14 24.0%(2%NdNbO4) 76.0%Al2O315 18.2%(2%YNbO4) 81.8%(Al2O3-30%Cr2O3)16 6.1%(2%YNbO4) 93.9%Al2O317 12.3%(1%YNbO4) 87.7%Al2O318 12.3%(2%YNbO4) 87.7%Al2O319 12.3%(4.2%YNbO4) 87.7%Al2O320 18.2%(8.7%YNbO4) 81.8%Al2O321 18.2%(11.1%YNbO4) 81.8%Al2O322 24.0%(1%YNbO4) 76.0%Al2O323 45.7%(2%YNbO4) 54.3%Al2O3我們已經看到，材料表現出來的硬度、韌性和導熱性和作為切削工具鑲刃的實際使用之間有很強的相關性。因此，我們也已發現，當導熱性在可接受的數值內時，可顯示出斷裂韌性(KIC)至少為6MPa
和維氏硬度(Vickess hardness)大于15.0GPa的材料作為切削工具鑲刃時工作得非常令人滿意。如果只有過分的硬度而沒有相當的韌性則會導致鑲刃破裂。因此，壓痕韌性和硬度的測定已用于目標組成的快速篩選試驗。樣品是通過將燒結體研磨和拋光為鏡面光潔度而制備的。然后，采用Anstis等人在《Journal of the American Ceramic Society》第533-538頁(1981年9月)中所報導的壓痕方法測定韌性和硬度。采用AD999的
值得到方程式KIC＝0.0175p1/2E1/2dc-3/2硬度通常為維氏硬度，定義為H＝1.854p/d2，其中，在兩個方程式中p都代表負荷，c是裂紋長度，d在兩個方程式中都代表壓痕的對角線長度，E是彈性模量，對于氧化鋁采用380GPa，對于氧化鋯鈮酸釔合金采用200GPa，而對于二硼化鈦則采用450GPa。所用的負荷為10kg。
表Ⅱ列舉了對表Ⅰ的實例所測定的維氏硬度值，以GPa表示，和斷裂韌性(KIC)的值，以MPa
來表示。
表Ⅱ實例硬度韌性118.27.1219.16.1318.66.3417.36.0519.16.8618.26.1716.56.2816.16.8916.16.21015.76.21119.16.151219.16.81317.36.01415.06.71515.76.21621.23.71720.15.11818.64.31916.54.72018.24.42119.14.852218.25.02314.4微裂可以看到，實例16-23所顯示的韌性和/或硬度的值低于已發現適用于切削工具鑲刃的那些數值。
表Ⅴ列舉了由下列方程式而從導溫系數計算導熱系數的值導熱系數＝密度×比熱×導溫系數表Ⅴ實例導熱系數(Wm-1·K-1)120.42320.87519.941214.35157.381923.262219.2如上所述，對于能提供令人滿意的性能的切削工具鑲刃材料來說，硬度、韌性和導熱系數每一個性能都具有一臨界的最小值是關鍵的。在附圖
中所示的條形圖顯示了這三種性能之間的內在聯系。圖中所示的A表示導熱系數，B表示硬度、C表示韌性。業已發現實例1、3和5用作切削工具鑲刃時可以優越的性能工作。這三個實例的韌性值均大于6.0MPa
，硬度值大于15.0GPa，導熱系數值大于14Wm-1·K-1。與之相比，我們發現實例19和22不能用作為切削工具鑲刃。盡管實例19呈現了可接受的導熱系數和硬度值，但它失利于低的韌性值，即4.7MPa
。實例22具有可接受的導熱系數和硬度性能，但其韌性僅為5.0MPa
。實例15顯示了可接受的韌性和硬度值，但是，卻具有令人不能接受的低的導熱系數，即7.38W/M Wm-1·K-1，因為其中含有過量的Cr2O3。實例12顯示出的韌性值為6.15MPa
，硬度值為19.1GPa，和導熱系數為14.35Wm-1·K-1，由于它的導熱系數而代表了可接受的切削工具工作的極限。盡管實例8和22具有相似的組成，但業已發現實例22不能滿足韌性的標準。業已斷定，在基體中合金的有效濃度太低，以致不能得到令人滿意的切削工具鑲刃所需要的性能。從上面的數據可以看出，由本發明的合金制備的切削工具鑲刃，當該合金加入合適的基體中，必須具有某一下限的性能數值。如果材料不能顯示出這種下限的性能數值，該材料就不能很好地作為切削工具鑲刃。
表Ⅵ表示了對實例1、3、5、19和22的切削工具鑲刃的試驗結果。
表Ⅵ實例車削試驗的失效時間切削試驗的切削次數(振蕩試驗)125563632018275211634199242222150621Std15698在表Ⅵ中，Std表示一種用含有氧化鋁和碳化鈦合金的工業材料制成的標準切削工具鑲刃，在本發明之前所表現的性能數據，這些數據被用來作為可采用的鑲刃之基準。本發明的合金鑲刃在車削試驗中，其耐久性比標準鑲刃提高了63%。這些數據的試驗條件為1000SFPM，0.075切削深度、0.010英寸/轉，且所有試驗都是在4150鋼材上做的。所示的失效時間以秒表示。所有認為可接受的實例與標準相比，可持續一段令人滿意的更長的時間。而所發現的對于本發明的目的不能接受的那些實例與標準相比，則持續更短的，或幾乎相等的時間。
銑削或間斷切削試驗鑲刃的結果顯示了比車削試驗中觀察到的更顯著的改善，其耐久性與標準相比，平均要大300%。沖擊試驗采用灰口鐵鑄件，在1200SFPM下，切削深度為0.75;初始每轉英寸為0.010IPR，然后以上述的方法，即每切割五次后增加一定量。
可以推測，通過改變合金各向異性的熱膨脹系數、正方的和單斜相的晶格參數和由正方相向單斜相轉變的化學驅動力-△G，將所需范圍內的韌化劑加入氧化鋯中形成合金可改善切削工具材料的韌性。也可假定，這些變化會造成較大的導致韌性改善的轉變區。
盡管不很肯定，我們假定在陶瓷基體中包含了合金可以改善切削工具鑲刃材料的韌性，以與上述相同的方式，改變合金各向異性的熱膨脹系數和正方和單斜相的晶格參數以及由正方相向單斜相轉變的化學驅動力-△G，變化的結果就引起較大的轉變區，由此而改善了韌性。我們也已發現，當本發明的材料用作切削工具鑲刃時，顯示了自修整的性能。即，初始可能出現一些鑲刃自修整碎片，然后，又會出現另一些自修整碎片。我們相信這種現象是由于合金的較大轉變區而形成的表面壓縮應力的結果。
權利要求
1.一種硬度大于15GPa、韌性大于6MPam]]>，導熱系數大于14Wm-1·K-1的陶瓷切削工具鍍刃，其特征在于它主要包括20-45%氧化鋯合金和55-80%硬質耐熔陶瓷基體(均以重量百分數來表示)，所說的合金主要包括1-4%(以氧化物為基準的摩爾百分數來表示)選自由YNbO4、YTaO4、MNbO4、MTaO4和它們的混合物組成的這個組的一種韌化劑(其中M是一種陽離子，它以摩爾數為基準，由代替選自由Mg+2、Ca+2、Sc+3組成的這個組的Y陽離子，以及選自由La+3、Ce+4、Ce+3、Pr+3、Nd+3、Sm+3、Eu+3、Gd+3、Tb+3、Dy+3、Ho+3、Er+3、Tm+3、Yb+3、Lu+3和它們的混合物所組成的這個組的稀土金屬離子所組成，和其余為(99-96%)氧化鋯。
2.如權利要求1所述的陶瓷切削工具鑲刃，其特征在于所說的硬質耐熔陶瓷基體選自由氧化鋁、Al2O3-Cr2O3固溶體、涎石、碳化硅、氮化硅、碳化鈦、二硼化鈦、碳化鋯和它們的混合物所組成的這個組。
3.如權利要求2所述的陶瓷切削工具鑲刃，其特征在于所說的Cr2O3最高含量約為5摩爾%。
4.如權利要求1所述的陶瓷切削工具鑲刃，其特征在于它還包括最多為總體積35%的耐熔陶瓷纖維和/或晶須。
5.如權利要求4所述的陶瓷切削工具鑲刃，其特征在于所說的耐熔陶瓷纖維和/或晶須選自由氧化鋁、富鋁紅柱石、涎石、碳化硅、氮化硅、AlN、BN、B4C、氧化鋯、氧碳化硅和尖晶石所組成的這個組。
6.一種如權利要求1-5中任一項有傳導性的陶瓷切削工具的方法，其特征在于它包括下列步驟(a)將所需成份的配料以合適比例混合而得到所說的混合物組成，(b)將所說的混合物成形為用于切削工具鑲刃所需要的結構體，(c)在1100℃-1700℃的溫度下燒結所說的成形后的混合物，得到硬質、韌性和導熱的物體。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于所說的混合物中不包含顆粒直徑大于50微米的顆粒或聚結體。
全文摘要
本發明涉及一種硬質、韌性和導熱的陶瓷切削工具鑲刃的生產，在硬質耐熔陶瓷鑲刃中主要包括氧化鋯合金。當用于車削操作和/或銑削操作時，所說的陶瓷切削工具鑲刃顯示了很好的性能。
文檔編號B23B27/14GK1032510SQ8810905
公開日1989年4月26日 申請日期1988年9月28日 優先權日1987年10月9日
發明者托馬斯·戴爾·凱查姆, 大衛·薩洛·韋斯 申請人:康寧玻璃公司