微米硬质相对相变增韧陶瓷刀具材料的影响

本文分别研究了微米TiC和微米TiN对陶瓷刀具材料Al2O3-3Y-ZrO2微观结构和力学性能的影响。结果表明,添加微米TiC后,陶瓷刀具材料的断裂韧度略有下降。添加微米TiN的陶瓷刀具材料A5Nm20Z在烧结温度为1650℃、烧结压力为30MPa和保温时间为30min时的力学性能最好,抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度分别为845.14MPa、4.87MPa·m1/2和16.40GPa。     

保温时间对ATN陶瓷刀具材料力学性能及显微结构的影响

为了开发一种陶瓷刀具材料,以Al2O3/TiN为主要成分,利用热压烧结工艺,在烧结温度1700℃,烧结压力32MPa条件下制备了复合陶瓷材料.FiN含量取30%、40%、50%、60%,保温时间取5min、10min、15min.研究了四种配比的材料在不同保温时间下抗弯强度、硬度、断裂韧性等力学性能与材料显微结构的关系...     

纳米HfC对微波烧结TiB2基金属陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响

采用微波烧结技术快速制备一种力学性能良好的TiB₂基金属陶瓷刀具材料,研究了纳米HfC含量对金属陶瓷力学性能和微观组织的影响,分析了微观组织和力学性能之间的关系,揭示了纳米HfC对金属陶瓷刀具材料的增强补韧机理。结果表明：加入纳米HfC可显著提高材料的断裂韧度和抗弯强度,含20wt.%HfC的金属陶瓷断裂韧度和抗弯强度相较于未加HfC的断裂韧度和抗弯强度分别提高了36.7%和45.4%,断裂韧度高达10.68MPa·m^1/2±0.30MPa·m^1/2;随着纳米HfC含量的增加,TiB₂基体晶粒由粗大、无规则形状向细小、矩形形状转变,平均晶粒尺寸可缩小到原来的1/2.6;TiB₂-TiC-HfC金属陶瓷的主要增强补韧机理为细晶强化、颗粒弥散强化、固溶强化、裂纹偏转和钉扎效应。     

贝壳仿生陶瓷刀具材料制备与力学性能研究

以Al₂O₃-(W,Ti)C为基体层,Al₂O₃-TiC为夹层,采用热压烧结工艺制备了力学性能较好的贝壳仿生陶瓷刀具材料,对材料的层数、层厚比和界面形状等叠层结构参数进行优化,测试材料的力学性能,并对其微观组织进行分析。分析结果表明,当层数为3、层厚比为3时,材料有较好的综合力学性能。在层间引入不同的界面形状,刀具材料的力学性能相较于无界面形状的刀具材料得到了提高,在所制备的试样中,最佳的断裂韧性、维氏硬度和抗弯强度分别为7.16MPa·m^1/2±0.04MPa·m^1/2,20.40GPa±0.07GPa和981.72MPa±10.86MPa。     

立方氮化硼-碳化钨-钴复合材料制备工艺的改进

采用热压烧结方法在温度1 380℃、保温60 min、烧结压力30 MPa条件下制备了立方氮化硼(CBN)颗粒体积分数为30%的Wc-10Co超细硬质合金复合材料,用化学气相沉积法对立方氮化硼进行了表面镀金属钛膜预处理.对复合材料的组织结构、密度、抗弯强度等性能进行了研究.结果表明:得到的烧结体的相对密度可达到94.2%,弥散立方氮化硼颗粒与超细硬质合金基体之间没有明显的间隙,CBN-WC-10Co复合材料的抗弯强度为750 MPa,WC的平均晶粒尺寸为400 nm;得到了组织结构均匀、力学性能优良的CBN-WC-10Co复合材料.     

基于微波烧结工艺的氧化铝基陶瓷刀具的研究

采用微波烧结的方法制备了Al_2O_3/TiC陶瓷刀具材料,研究了TiC含量和烧结温度对氧化铝基陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响。结果表明,在烧结温度为1 700℃,TiC的含量为30%时,刀具材料具有最好的综合力学性能,其维氏硬度和断裂韧度分别为20.46GPa和4.90 MPa·m~(1/2)。微观组织分析可知,TiC可钉扎于材料晶界处,适量的TiC颗粒可改善材料的组织均匀性,提高刀具的力学性能。     

新型硬质合金刀具材料的组织与性能分析

以Ti C和VC为抑制剂,采用先球磨再烧结的两步法制备了新型硬质合金刀具材料,并进行了显微组织、力学性能和抗氧化性能的测试与分析。结果表明,该新型硬质合金刀具材料组织均匀、晶粒细小,具有优异的力学性能和抗氧化性能。该合金材料的平均晶粒尺寸为1±0.5μm,显微硬度达1582HV,横向断裂强度达2600MPa,断裂韧度达21.8MPa·m1/2,700℃氧化5h后的氧化增重量低于6mg/cm2,氧化层有WO3、Co3O4、Co WO4、Ni O等氧化物。     

新型粉末涂层刀具材料的研制

用异丙醇铝和正硅酸乙酯作前驱物,制得用于涂层的复合溶胶。利用溶胶-凝胶法在TiC粉末表面成功地涂覆了一层纳米级A l2O3/S iO2陶瓷薄膜,通过热压烧结成功制得了粉末涂层材料。材料的平均维氏硬度为19.5GPa,平均抗弯强度为860 MPa,平均断裂韧性为7.8 MPa.m1/2。     

纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研究

利用纳米氧化锆的相变增韧和纳米颗粒的增韧作用,提高了氧化铝基体的综合力学性能。在氧化铝基体中添加不同含量的纳米3Y-ZrO2,纳米ZrO2含量为15wt%的A15Z材料综合力学性能达到最好(抗弯强度766.74MPa、断裂韧度6.13MPa·m1/2、维氏硬度18.32GPa),表明添加纳米氧化锆的复合刀具材料的力学性能远远超过单相氧化铝材料。     

纳米陶瓷刀具材料的研究现状

纳米陶瓷材料由于第二相颗粒的加入，使材料的许多性能与一般的陶瓷材料相比产生了很大的变化。通过比较A12O3基系统和Si3N4基系统这两种主要的纳米结构陶瓷材料，从不同的角度讨论了纳米陶瓷刀具材料显微结构的变化和力学性能的提高，并就目前关于纳米陶瓷刀具材料增韧补强机理的模型进行了比较，最后给出了纳米陶瓷刀具材料的研究现状。     

Al2O3/TiC梯度功能陶瓷刀具的切削性能及损坏机理

采用粉末叠层填充—轴向热压烧结工艺研制成功性能优良的Al2 O3/TiC梯度功能陶瓷刀具 ,并在柴油机排气阀外圆粗车工序中与普通陶瓷刀具LT55进行了对比切削试验。结果表明 ,Al2 O3/TiC梯度功能陶瓷刀具的寿命比LT55提高 50 %,梯度功能陶瓷刀具的破损主要是机械疲劳作用所致 ,而LT55刀具的破损主要是热疲劳作用的结果。     

一种Al2O3基陶瓷刀具的切削性能研究

采用热压工艺制备了一种Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具材料,对其进行了切削性能试验,分析了其切削磨损机理并比较了三种陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,在切削淬硬45^#钢和铸铁时,Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的耐磨性与Al2O3／TiC陶瓷刀具接近,但明显高于Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具;Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的后刀面磨损量随切削速度和背吃刀量的增加而增大。SEM分析发现,在切削淬硬45^#钢和铸铁时Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具后刀面主要磨损形式为磨粒磨损。     

MULTI-SCALE AND MULTI-PHASE NANOCOMPOSITE CERAMIC TOOLS AND CUTTING PERFORMANCE

An advanced ceramic cutting tool material Al2O3/TiC/TiN (LTN) is developed by incorporation and dispersion of micro-scale TiC particle and nano-scale TiN particle in alumina matrix. With the optimal dispersing and fabricating technology, this multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic tool material can get both higher flexural strength and fracture toughness than that of Al2O3/TiC (LT) ceramic tool material without nano-scale TiN particle, especially the fracture toughness can reach to 7.8 MPa·m0.5. The nano-scale TiN can lead to the grain fining effect and promote the sintering process to get a higher density. The coexisting transgranular and intergranular fracture mode induced by micro-scale TiC and nano-scale TiN, and the homogeneous and densified microstructure can result in a remarkable strengthening and toughening effect. The cutting performance and wear mechanisms of the advanced multi-scale and multi-phase nanocomposite ceramic cutting tool are researched.     

纳米陶瓷粉末的液相分散研究

对比研究了SiC微粉和纳米Al2 O3 粉末的液相分散效果及其与不同分散剂及介质、PH值的关系 ,优化了制备低固相含量稳定悬浮液的最佳工艺参数 ,其研究结果对纳米复合陶瓷材料的制备有一定的指导意义     

Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具裂纹愈合性能研究

针对陶瓷刀具对裂纹敏感的问题,在Si3N4/TiC陶瓷刀具材料基体中添加ZrSi2裂纹愈合剂,使陶瓷刀具具有了裂纹自愈合能力。当ZrSi2的体积分数为10%时,Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具材料具有较好的综合性能,其抗弯强度为815 MPa,断裂韧性为8.06 MPa·m1/2,维氏硬度为15.91 GPa,并且其相对密度可以达到99.72%。通过维氏硬度计在陶瓷刀具材料表面引入裂纹,研究了以ZrSi2为愈合剂的Si3N4/TiC基陶瓷材料裂纹的最佳愈合参数和愈合机理。研究表明：添加ZrSi2体积分数为10%的Si3N4/TiC/ZrSi2预制裂纹试样,在空气气氛中800 ℃热处理60 min后,其抗弯强度可以恢复到光滑试样的92.02%,试样表面长度为300～350 μm的裂纹完全愈合,并且试样表面形成了一层以ZrO2和SiO2为主要成分的氧化层。分析陶瓷刀具材料的裂纹愈合机理表明：在空气热处理过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2优先与氧气发生反应生成ZrO2、SiO2,这两种氧化物愈合了材料表面的裂纹,恢复了裂纹试样的强度。同时在切削过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2的氧化产物ZrO2和SiO2 可以及时修复裂纹,提高刀具的耐磨性。     

影响纳米陶瓷刀具材料力学性能的主要因素

纳米复相陶瓷材料具有较高的抗弯强度和断裂韧性，可以作为高性能的刀具材料，其增韧补强机制主要源于基体晶粒的细化及由沿晶断裂向穿晶断裂模式的转变，同时热处理对微裂纹的愈合作用也不可忽视。文中根据其强韧化机理并结合实验研究，对研制高性能纳米陶瓷刀具材料需考虑的主要因素进行了探讨。