氮化硅陶瓷刀具的应用研究

介绍了氮化硅陶瓷刀具的切削性能、切削用量的选择及其应用.氮化硅陶瓷是一种新型刀具材料,其优良的切削性能解决了超硬材料的加工难题,提高了生产效率,降低了加工成本.     

PCD刀具切削加工氮化硅（Si3N4）基工程陶瓷的合理切削速度

本文从切削速度对切削力、已加工表面粗糙度、刀具耐用度、切削路程的影响的角度对采用聚晶金刚石刀具切削加工氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）基工程陶瓷合理切削速度的选择进行了讨论提出，当切削速度Ｖ＝３０￣４０ｍ／ｍｉｎ时，可获得良好的效益。     

过渡族金属氮化物颗粒复合氮化硅氮化硅陶瓷刀具的特性

针对碳化物颗粒复合会导致氮化硅复合物材料相组成发生变化的缺点,对过渡族金属氮化物颗粒（主要是ＴｉＮ）增强氮化硅陶瓷刀具的优点进行了全面分析,分析表明,氮化物颗粒不仅比碳化物颗粒与氮化硅有更好的相容性,而且可以固溶烧结过程中气相里的碳和氧,因此会有效降低氮化硅基体的碳化,这为无惰性气氛保护烧结提供了可能,另外,氮化物颗粒的引入对提高复合材料火花放电加工性及耐磨性能亦有很大帮助。     

热压烧结氮化硅陶瓷的力学性能研究

采用Y2O3-La2O3和LiF-MgO-SiO2 2组烧结助剂，通过短切碳纤维增韧的方法，热压烧结制备了氮化硅陶瓷，并对所得氮化硅陶瓷的相组成、微观结构和力学性能进行了分析和讨论。结果表明：长柱状β-Si3N4晶粒有利于提高材料的力学性能；加入纤维不仅不能使材料的抗弯强度提高，反而有所下降，其原因是在高温制备过程中，碳纤维与氧发生反应，在氮化硅陶瓷中产生的缺陷所致。但是加入碳纤维能够提高氮化硅陶瓷的断裂韧性，其原因是碳纤维与氧反应形成的缺陷，侄裂纹在断裂过程发生了偏转。     

氮化硅陶瓷的低温液相烧结

选择Mg-Al-Si系统和Ca-Al-Si系统作为氮化硅陶瓷的烧结助剂.通过组分设计,选择相图中最低共熔点时的化学组成,对氮化硅陶瓷的低温烧结进行研究,发现氮化硅陶瓷的烧结温度可以降低到1 600℃左右,抗折强度可达600MPa以上,硬度HRA可达900MPa.     

MgO—CeO2烧结助剂对常压烧氮化硅陶瓷致密化和性能的影响

系统研究了ＭｇＯ－ＣｅＯ２烧结助剂对常压烧结氮化硅陶瓷致密化过程及其性能的影响，发现ＭｇＯ－ＣｅＯ２是一咱非常有效的烧结助剂，其致密化效果比单独用ＭｇＯ或ＣｅＯ２要好得多，常压烧结的Ｓ３Ｎ４－ＭｇＯ－ＣｅＯ２陶瓷，相对密度为９８．５％，室温强度可达９４８ＭＰａ。     

氮化硅陶瓷刀具表面涂覆高硬耐磨氮化钛涂层研究

用高能量密度脉冲等离子体于室温下在氮化硅陶瓷刀具上成功沉积了高硬耐磨的氮化钛涂层。薄膜厚度用光学显微镜和俄歇电子能谱仪测定，薄膜元素和相组成与分布分别用俄歇电子能谱仪、X光电子能谱以及X光衍射仪测定，薄膜微观结构用扫描电镜观察，薄膜表面粗糙度用光学显微镜测定，薄膜力学性能由纳米压痕实验和纳米划痕实验确定，薄膜的磨损性能用上业条件下的切削实验评价。实验结果表明，在最优化条件下，涂层与基体的结合力很好，纳米划痕实验临界载荷达80mN以上；氮化钛涂层具有很高的硬度和杨氏模量，分别达28GPa和350GPa以上。涂层刀具用于HB达2200MPa—2300MPa的HT250钢切削实验表明，刀具耐磨损能力增强，寿命明显提高。     

制取具有双峰显微结构的氮化硅增韧陶瓷的两阶段烧结新方法

氮化硅陶瓷是高温结构材料之一 ,但其力学性能限制了其潜力的充分发挥。改善其强度、断裂韧性等力学性能的方法之一是使其生成双峰显微结构。其中粗大的细长晶粒在微细基体中起着增强剂的作用 ,从而有助于裂纹桥接增韧。为了促进双峰显微结构的生成 ,通常在原始混合料中添加特制的 β- Si3N4 晶种。添加的较粗的 β- Si3N4 晶种可在烧结过程中优先长大成粗大的细长的 β- Si3N4 晶粒。因此添加 β- Si3N4 晶种对于生成理想的双峰显微结构是十分有效的。如果不加入 β- Si3N4 晶种 ,则双峰显微结构的生成由于致密化、α→ β相变和晶粒长…     

氮化硅粉添加剂对反应烧结氮化硅的影响

以Mg(OH)2·4MgCO3·6H2O和Al(OH)3为烧结助剂,在起始原料硅粉中添加等轴状α-Si3N4和纤维状β-Si3N4,通过调整原料配比,采用反应烧结制备了不同气孔率和抗弯强度的氮化硅陶瓷.考察了氮化硅粉体形貌和添加量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响.借助X射线衍射(XRD),扫描电子显微(SEM)和三点弯曲法对氮化硅陶瓷的微观组织和力学性能进行了研究.XRD分析表明适量氮化硅的添加有利于提高硅粉氮化率,但同时抑制了新生成的氮化硅从α相向β相的转变.SEM表明β-Si-N4纤维的添加造成了陶瓷显微结构不均匀,因而导致陶瓷抗弯强度下降.     

陶瓷刀具的切削性能研究

对陶瓷刀具的性能、切削性能与硬质合金刀具进行了对比研究，阐述了陶瓷刀具的适用范围和使用过程中的注意事项。     

PCD刀具加工氮化硅陶瓷孔的试验研究

使用PCD刀具对氮化硅陶瓷内孔进行切削试验,首先研究氮化硅陶瓷材料的去除机理,主要包括脆性去除和塑性去除,且以脆性去除为主。其次,研究刀具前角、切削速度、背吃刀量和进给量对切削力的影响。结果表明:刀具前角对切削力的影响不明显;随切削速度、背吃刀量和进给量的增加,切削力均增大,且背向力大于进给力和主切削力。最后,重点研究各参数对内孔侧壁表面粗糙度的影响。结果表明:进给量对表面粗糙度的影响最显著,其次是背吃刀量和切削速度,刀具前角几乎没有影响,且当刀具前角为-5°,切削速度为32.97m/min,背吃刀量为0.10mm,进给量为0.08mm/r时,可以得到较好的表面粗糙度和刀具寿命的综合效益。      

SG4热压烧结陶瓷刀具的带状声学显微组织分析

对所发现陶瓷材料带状声学结构进行了分析，并对其及对材料性能的进行了初步探讨。     

烧结气氛对合金性能的影响

主要研究在多气氛真空烧结炉中 ,通入不同的气氛对合金烧结后性能的影响 ,从而为烧结工艺的改进提供参考     

氮化硅陶瓷烧结过程中玻璃相的自动析晶

发现了Ｓｉ３Ｎ４ＭｇＯＣｅＯ２系陶瓷在烧结过程中玻璃相自动析晶现象。对于Ｓｉ３Ｎ４ＭｇＯＣｅＯ２系陶瓷,在１４５０℃,ＭｇＯＣｅＯ２与Ｓｉ３Ｎ４颗粒表面的ＳｉＯ２反应形成硅酸盐液相,冷却后成为玻璃相保留在烧结体中;当烧结温度高于１５５０℃时,发现ＣｅＯ２仍留在玻璃相中,但ＭｇＯ会自动析晶出来,其结果是大大减少了烧结体中严重影响其高温性能的玻璃相的含量,ＭｇＯＣｅＯ２是氮化硅陶瓷很理想的烧结助剂。     

连续和间断TiN涂层的氮化硅基陶瓷切削工具的耐磨性能

明显提高切削工具的寿命，扩大其使用范围以及强化材料的加工规范可通过涂覆保护涂层来达到。应用最广泛的是对高速钢和硬质合金进行耐磨涂层，而在工具陶瓷上则应用较少。氮化硅基陶瓷刀具在高速切削的条件下会与钢发生积极的反应，从而产生明显的扩散磨损。因此，当切削最硬的合金工具钢时，在非氧化物陶瓷刀具上进行耐磨涂层是特别适合的。     

新型陶瓷刀具的发展与应用

回顾了陶瓷刀具的发展简况及其意义,重点介绍了Si3N4基和TiCN基复合陶瓷刀具的研制、性能和应用.复合Si3N4陶瓷刀具有较高的耐磨性和抗冲击性,特别适合于各类铸铁件的粗精加工,也能进行铣削、刨削等冲击力很大的加工,其切削效率可提高3～10倍;复合TiCN金属陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性,特别适合于各类高硬高强钢(如淬硬钢等)的加工,可对高硬材料实现"以车代磨"干切削,免除退火工艺和冷却液,大幅度提高生产效率.新型复合陶瓷刀具已经在我国冶金、水泵、矿山机械、轴承、滚珠丝杠、汽车、军工等十几个行业得到应用.