C - Chemistry – Metallurgy – 04 – B
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
04
B
C04B 35/599 (2006.01) B23B 27/14 (2006.01) C04B 35/64 (2006.01)
Patent
CA 2422179
This invention discloses a SiAION-based ceramic particularly suited for use as a cutting tool in the high speed chip forming machining of metals. The ceramic is composed of a SiAION matrix including a) a phase of alpha' SiAION represented by the general formula of Mx(Si,AL)12(O,N)16, wherein 0<x<2 and M is at least two cationic elements, a first cationic element being Mg and optionally one or more of Ca, Sr, and Ba, and a second cationic element being one or more of Y, Sc, La and the rare earth (RE) elements; b) a phase consisting of beta' SiAION represented by the general formula Si6-z AIzOzN8-z wherein 0<z<4.2; and c) a component containing glass, and at least one additional intergranular crystal phase that is detectable using X-ray diffraction techniques, wherein the amount of the first cationic element is 0.2 to 4 weight percent, calculated as the element, based on the SiAION matrix, and the amount of the second cationic element of between 0.5 and 15 weight percent, calculated as oxide, based on the SiAION matrix. The ceramic preferably has an indentation fracture toughness of greater than 6.5 MPam1/2 and a hardness of greater than 93.5 Rockwell on the A scale. Optionally, the ceramic may also contain a dispersed phase of substantially inert materials selected from the known oxides, carbides, oxy-carbides, silicides, nitrides, carbo-nitrides and alloys or mixtures thereof of one or more of the element Ti, Zr, Hg, Nb, Ta, V, Cr, Mo, W, B and Si. The ceramic may be formed into a cutting tool insert for metal machining. Methods of preparing the ceramic material, most preferably by microwave sintering, are also provided. the use of microwave sintering is found to improve both the hardness and toughness properties, while avoiding the need for pressure sintering. The ceramic, or the cutting tool insert formed from the ceramic, may be provided with a partial or complete coating of a hard refractory material.
La présente invention concerne un matériau céramique à base de SiAION qui est particulièrement adapté pour être utilisé en tant qu'outil de coupe dans les processus d'usinage façonnage par ciselage à grande vitesse de métaux. Le matériau céramique est constitué d'une matrice SiAION comprenant a) une phase alpha' SiAION représentée par la formule M¿x?(Si,AL)¿12?(O,N)¿16?, dans laquelle 0<x<2 et M représente au moins deux éléments cationiques, le premier élément cationique étant Mg et facultativement un ou plusieurs constituants parmi Ca, Sr, et Ba, et le deuxième élément cationique étant un ou plusieurs Y, Sc, La et/ou un ou plusieurs éléments du groupe des terres rares; b) une phase formée de bêta' SiAION représentée par la formule Si¿6-z? AI¿z?O¿z?N¿8-z? dans laquelle 0<z<4.2; et c) un constituant contenant du verre et au moins une phase cristalline intergranulaire additionnelle qui peut être détectée à l'aide de techniques de diffraction de rayons X, la quantité du premier élément cationique étant comprise entre 0,2 et 4 pour cent en poids, calculée comme l'élément, sur la base de la matrice SiAION et la quantité du deuxième élément cationique étant comprise entre 0,5 et 15 pour cent en poids, calculée comme l'oxyde, sur la base de la matrice SiAION. Le matériau céramique présente de préférence une dureté/ténacité à la rupture par indentation qui est supérieure à 6,5 MPam?1/2¿ et une dureté supérieure à 93,5 Rockwell sur l'échelle A. Le matériau peut éventuellement contenir également une phase dispersée de matières sensiblement inertes sélectionnées parmi les oxydes, les carbures, les oxycarbures, les siliciures, les nitrures, les carbonitrures et les alliages ou les mélanges d'un ou plusieurs éléments parmi Ti, Zr, Hg, Nb, Ta, V, Cr, Mo, W, B et Si. Le matériau céramique peut être façonné sous forme d'un élément rapporté d'outil de coupe pour l'usinage des métaux. Des procédés de préparation du matériau céramique, de manière plus préférée par frittage par micro-ondes, sont également présentés. On a remarqué que le fait d'employer un frittage par micro-ondes améliore les propriétés de dureté et de ténacité tout en éliminant le recours au frittage sous pression. Le matériau céramique ou l'élément rapporté d'outil de coupe formé à partir du matériau céramique peuvent être réalisés avec un revêtement partiel ou total en matériau réfractaire dur.
Allan David
Roy Robert Donald
Indexable Cutting Tools Of Canada Limited
Mckay-Carey & Company
LandOfFree
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Profile ID: LFCA-PAI-O-2063017