Композиційний керамічний матеріал

Винахід має відношення до одержання твердих керамічних матеріалів, наприклад, інструментальної кераміки. Винахід може знайти пристосування у виробництві ріжучого інструменту та в машинобудуванні. Відомий композиційний керамічний матеріал для ріжучого інструменту, його склад та засіб одержання (1). Матеріал виробляють з шихти, яка містить в собі мас. % оксид хрому 90-70, нітрид алюмінію 30-10. Оксид хрому має розмір часток 2мкм, нітрид алюмінію плазмо-хімічного синтезу з розміром часток 20-30 нм. Суміш готують в вологому середовищі, наприклад, в спирту, сушать, після чого пресують у графітові форми при температурі 1500-1700°С, тиску 30 МПа та витримують 8-12 хвилин. У процесі гарячого пресування відбувається взаємодія оксиду хрома з нітридом алюмінію та утворюється твердий розчин (Сr, Аl)2О3 та частки CrZn та Сr. Зносостійкість здобутого матеріалу забезпечується наявністю високо твердих дрібних часток Сr2О3, що не прореагували, а також зерен Cr2N, що утворилися, та диспергованих у твердому розчині (Сr, Аl)2О3. Цей матеріал прийнято авторами, як прототип, бо він має суттєві ознаки, які збігаються з ознаками винаходу: в його склад, як основа, входить Сr2O3, а засіб одержання передбачає в обох випадках змішування в вологому середовищі та подальшу обробку при високотемпературних режимах. Матеріал по прототипу має такі недоліки з точки зору його пристосування при високих навантаженнях як механічних, так і температурних. Міцність шпінелей (Сr, Аl)2О3, що утворилися на межах зерен, обмежена природою їх речовин і не є достатньою при високих навантаженнях, що веде до руйнування деталей машин або інструменту. Другий недолік прототипу, що також негативно впливає на міцність матеріалу, міститься у не застосованій поверхневій активності порошку AIN. AIN плазмо-хімічного синтезу є ультрадісперсним і його активність визначена самим синтезом і є нижче, ніж активність часток порошку після їх механічної обробки обдирання - яке має місце в винаході. Внаслідок, матеріал по прототипу має такий фазовий стан, при якому в міжзеренному просторі його матриці утворюються мікротріщини, та інструмент руйнується. В основу винаходу покладено задачу удосконалення композиційного керамічного матеріалу шляхом зміни фазового стану його матриці та за рахунок утворення на межах зерен більш міцних шпінелей, а також підвищення поверхневої активності часток сипучих компонентів, здобути підвищення стійкості та зносостійкості ріжучої кераміки. Означена задача вирішується за рахунок того що відомий склад композиційного керамічного матеріалу, який містить в собі оксид хрома та нітрид алюмінію, додатково містить оксид титана, а нітрид алюмінію використовують такий, що є здобутий засобом легкого синтезу при таких співвідношеннях компонентів в мас. %: пластифікатор над 100%. Для одержання керамічного матеріалу позначені компоненти перемішують у вологому середовищі, наприклад, у спирті, сушать 2 години, після чого перетирають скрізь сито до розміру часток 1-2 мкр. Під час перетирання (Сr, Аl)2О3 AIN та ТіО2, перетворюються в дрібнодисперсний стан, підвищується активність контактних поверхонь часток сипучих компонентів. В суміш додають пластифікатор до стану удобоукладання та заповнюють форму конфігурацією тієї деталі, яку треба мати. Після наповнення форми розміщують в сушильній вакуумній шафі і тримають при температурі 300°С 1-2 години. На цій стадії відганяють пластифікатор. Після цього зразки а формах розмішують в вакуумній печі типу ШВК на 1 годину, підчас якої температуру підвищують до 1750°С. Зразки охолоджують разом з піччю. Промислова застосовність запропонованого засобу здобуття керамічного матеріалу на основі Аl2O3 цілком наявна і не викликає сумніву, бо при реалізації його пропонується використовувати доступні сировину та матеріали, а також набір стандартного обладнання, яке є на будь-якому керамічному заводі. Матриця такого зразка має інакший, ніж у прототипі, фазовий стан, а власне, на межах зерен утворюються не тільки шпінелі Сr2O3, (Сr, Al)N, але й нові, більш міцні шпінелі СrТіО2, а також включення Cr2N і Сr, що знижує можливість появи мікротріщин. Таким чином, сполучення відомих ознак Сr2О3 - як основи матеріла, та нових ознак додаток AIN, контактна поверхня якого має більшу активність, та використання ТіО2 придають матеріалу підсилення відомого результату - підвищення стійкості, зносостійкості і нову властивість - тріщиностійкість при високих навантаженнях, тобто нове сполучення ознак дає новий технічний результат. Приклад: Склад Сr2О3 - 60, AIN - 30, ТіО2 - 10. Зробили суміш в спирті. Суміш висушили та перетерли в ситі до одержання фракцій 1-2 мкр. Додали пластифікатор до стану легкоукладаємості. Сумішшю заповнили металеві форми та на 1,5 години встановили в сушильну шафу при температурі 300°С. При цьому відганяють пластифікатор. Після цього в вакуумній шафі ШВК витримували 1 годину, повільно підвищуючи температуру до 1750°С. Після охолодження з піччю зпечені зразки мали зносостійкість під час різання V=150 м/хв, 3=0,075 хв/об, Т=0,2 мм. Зносостійкість - 48, в'язкість руйнування 6,7. Наслідки експерименту наведені в таблиці 1. Запропоноване рішення має ряд переваг над відомим виробництвом композиційного керамічного матеріалу, тобто дозволяє відмовитися від коштовних графітових форм які можуть бути в пригоді використовувані лише 1 раз, а використовувати металеві багаторазові. Все це дозволить розширити номенклатуру деталей, які не потребують механічної обробки, а це означає відсутність відходів в брак. Викладене підтверджує матеріалоенергоємність процесу.