108

glika tytanu jest większa od innych materiałów ceramicznych. Ważnymi cechami azotku krzemu są duża przewodność cieplna 3CH-36 W/(m • K) i bardzo mały współczynnik rozszerzalności liniowej, co umożliwia chłodzenie cieczą narzędzi z tego tworzywa podczas skrawania. Chłodzenie cieczą nie jest możliwe przy zastosowaniu węglików spiekanych lub tlenkowych materiałów ceramicznych.

Na rysunku 6.19 przedstawiono krzywe wydajności narzędzi z azotku krzemu podczas obróbki skrawaniem z prędkością do około 1000 m/min żeliwa szarego o twardości 200 HB. Z powodu skomplikowanej technologii wytwarzania płytek z azotku krzemu ich asortyment jest mały, ale należy przypuszczać, że zakres zastosowań tych tworzyw może się rozszerzać.

Rys. 6.19. Porównanie własności skrawnych płytek z Si₃N₄ i węglików spiekanych pokrywanych wielowarstwowo (zaczerpnięto z poz. [19])

6.5.6.4. Sialony

Sialon jest nowym rodzajem spiekanych materiałów skrawających, łączącym w sobie zalety tworzyw tlenkowych i beztlenkowych zawierających Si₃N₄. Nazwa tego materiału pochodzi od symboli chemicznych pierwiastków wchodzących w jego skład (Silicon, Aluminium, Oxy, Nitride). Na podstawie badań podstawowych stwierdzono, że w sieci tetragonalnej odmiany alotropowej /3 azotku krzemu Si₃N₄ rozpuszcza się do 60% A1₂0₃ tworząc roztwór stały /?'. Sialon /3' o składzie chemicznym określonym wzorem Si₆._zAl_;0₂N₈._z jest izomorficzny z azotkiem krzemu Si₃N₄. Liczba z = (H4,5 odpowiada liczbie atomów aluminium zastępujących krzem w sieci azotka fi-Ze względu na izomorficzność, własności mechaniczne i fizyczne sialonu /?' są zbliżone do odpowiednich własności Si₃N₄. Własności chemiczne tej fazy odpowiadają na' tomiast tlenkowi aluminium A1₂0₃. Do syntezy sialonów mogą być stosowane SijN» i A1₂0₃ albo Si₃N₄, A1₂0₃ i A1N, a także Si₃N₄, A1₂0₃, A1N i Si0₂ przy różnych udzia' }ach każdej fazy. Ze względów technologicznych korzystne jest wprowadzenie do spieku sialonu (3' dodatków innych tlenków np. Y₂0₃, które powodują zmniejszenie prężności par i obniżają temperaturę topnienia sialonu (3a więc umożliwiają spiekanie pod cienieniem w niższej temperaturze. Niższa temperatura spiekania umożliwia więc zachowanie struktury drobnoziarnistej, a przez to polepszenie własności wytrzymałościowych spieku. Wpływa ona jednak równocześnie na obniżenie odporności na utlenianie i sprzyja przyspieszonemu rozpadowi roztworu w wysokiej temperaturze.

Sialony można otrzymywać przez prasowanie na gorąco w formach grafitowych w temperaturze 170(H1750°C. Stosowane jest jednak częściej bezciśnieniowe spiekanie reakcyjne w atmosferze azotu w temperaturze 175CK1850^oC. Przed spiekaniem wyroby z sialonu /3'są formowane na zimno lub na gorąco metodami zwykle stosowanymi przy wytwarzaniu tlenkowych materiałów ceramicznych, tj. przez prasowanie izo-sta-tyczne, prasowanie jednoosiowe, wyciskanie na zimno i na gorąco, formowanie wtryskowe lub odlewanie gęstwy. Przed spiekaniem wypraski mogą być obrabiane skrawaniem przez toczenie konwencjonalnymi narzędziami, cięcie piłami taśmowymi, frezowanie, wiercenie i szlifowanie konwencjonalnymi ściernicami. Umożliwia to ograniczenie do minimum szlifowania ściernicami diamentowymi gotowych spieków zapewniającego im cechy geometryczne z wymaganą dokładnością. Stosowane jest również polerowanie gotowych spieków ultradźwiękami oraz ich przecinanie za pomocą lasera.

Narzędzia wykonane ze sialonu (3' z powodzeniem są stosowane do toczenia i frezowania żeliwa, stali ulepszonej cieplnie, stopów niklu, tytanu i aluminium oraz stopów żarowytrzymałych. Wydajność skrawania przy użyciu sialonu /3' jest znacznie większa niż w przypadku zastosowania innych materiałów ceramicznych lub węglików spiekanych pokrywanych wielowarstwowo (rys. 6.20).

a)

0,275

,-0.200

0,250

0,175

0,150

	Mat Ince	-1- eriał toczony: >nel 718
	^- \	Sialoi 2000	i 0'(Kyon
		\ \ _\
	Materia " ceramic -węqlikc	— zno- wy	i- \ \
	U		i- 1 _j_

b)

0,90

Materiał toczony: żeliwo (147 HB)

0,30

-Sialon /S' (Kyon 2000)

I

Węgliki spiekane pokrywane

wielowarstwowo AI2O3 1    i

Materiał

ceramiczno-węglikowy

\

420

460

540

300    360

Prędkość skrawania V nVmin

stw * P°^ró^wnanie własności skrawnych płytek z węglików spiekanych pokrywanych wielowar-^Wo AI2O3, materiałów ceramiczno-węglikowych i sialonu /3': a) przy toczeniu inconelu; b) przy toczeniu żeliwa (zaczerpnięto z poz. [19])

600

119