周宇章，魏万鑫，罗嗣春，郭伟明，林华泰

(1.广东工业大学机电工程学院，广州 510006；2.中国科学院兰州化学物理研究所，兰州 730000)

0 引 言

氮化硅(Si3N4)陶瓷具有优异的综合力学性能和化学稳定性，是高速切削灰铸铁、镍基高温合金等难加工材料用切削刀具的首选材料之一[1-4]。Si3N4陶瓷主要通过气压烧结或热压烧结工艺制备，然而因其强共价键与低扩散系数，较难实现烧结致密，而加入MgO-RE2O3[5-6]、 Al2O3-RE2O3[7](RE为稀土元素)等烧结助剂可借助反应生成的玻璃液相，促进陶瓷烧结致密。在较高的烧结温度下(不低于1 500 ℃)，Si3N4陶瓷烧结致密后的物相主要为β-Si3N4相，显微组织呈晶粒粗大的双峰分布结构(等轴和长柱状晶粒共存)。烧结Si3N4陶瓷具有较高的断裂韧度和抗弯强度，但硬度较低，所制成的陶瓷刀具不太适合用于硬度较高的冷硬铸铁或含铬量较高铸铁的快速切削[2,6]。

为解决以上问题，立足于Si3N4陶瓷作为切削刀具的应用，不少学者通过引入第二相来增强Si3N4基陶瓷材料的各项性能，以期在提高硬度的同时维持陶瓷基体较高的韧性。目前常用的增强相主要包括WC[8]、(W,Ti)C[9]、TiC[10]与 TiN[11-13]等碳、氮化物。其中，TiN因具有耐高温、耐磨损、高硬度等优良的性能，尤其受到研究者的青睐[13]。引入TiN的方法有两种：一种是在陶瓷原料粉体中直接加入TiN粉体颗粒；另一种是在陶瓷原料粉体中加入TiO2粉体颗粒，在氮气气氛下进行原位烧结反应生成TiN增强相。DUAN等[11]通过热压烧结制备了不同TiO2添加量的Si3N4陶瓷，研究了生成的TiN第二相对陶瓷性能的影响，发现当TiO2添加量(质量分数)为20%时，生成的TiN明显提高了Si3N4陶瓷的硬度与韧性。……