模具用Ti(C,N)/Al2O3陶瓷材料的微观结构与力学性能

新型模具材料的开发是当前模具研究领域的重要内容之一.采用热压工艺制备了一种模具用Ti(C,N)/Al2O3复相陶瓷材料,并研究了该材料的制备工艺、微观结构和力学性能.研究表明以稀土氧化物为添加剂,Ti(C,N)/Al2O3陶瓷材料具有良好的微观结构和力学性能.抗弯强度、断裂韧度和硬度分别达到980 Mpa、6.0 Mpa·m1/2和19.2 Gpa,分别比纯Al2O3陶瓷材料提高96%、57%和5%.材料的增韧机理主要是裂纹桥联、裂纹偏转、裂纹分支以及部分纳米Ti(C,N)晶粒的晶内断裂机制.     

WC含量对TiCN-HfN金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响

采用热压烧结技术制备了TiCN-HfN-WC金属陶瓷刀具材料, 研究了WC含量(质量分数)对金属陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: TiCN-HfN-32%WC金属陶瓷刀具材料由TiCN、(Ti, Hf, W)(C, N)、WC和MoNi组成, 材料中还含有极少量的(Ti, Mo, W)(C, N)固溶体, 材料内部形成了网状骨架结构。随着添加WC质量分数的增加, 材料中晶粒粒度降低, 添加WC可抑制材料中TiCN晶粒的生长, 起到细化TiCN晶粒的作用; 材料的相对密度、硬度和断裂韧度都具有先增大后减小的变化趋势, 材料的抗弯强度逐渐增大。当WC质量分数为32%时, 材料具有相对较好的综合力学性能, 其硬度为20.2GPa, 断裂韧度为7.1MPa·m1/2, 抗弯强度为1581.3MPa。     

Mo_2C/WC对金属陶瓷组织和性能的影响

以TiC、TiN、Mo_2C、WC、Co、Ni为原料,采用粉末冶金法制备Ti(C,N)基金属陶瓷。结合XRD物相检测、显微组织分析以及力学性能测试研究了Mo_2C/(WC+Mo_2C)对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着Mo_2C/(WC+Mo_2C)的增加,Ti(C,N)基金属陶瓷的硬度逐渐增加,抗弯强度先降低后增加。当Mo_2C/(WC+Mo_2C)=0.8时,Ti(C,N)基金属陶瓷的显微组织细化明显,综合力学性能最佳,维氏硬度(HV)为1 411.15,抗弯强度为1 053.7 MPa。     

无压烧结制备透辉石增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其烧结致密化特性,对无压烧结后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;分析了复合材料力学性能随透辉石含量变化的关系;探讨了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响.与纯Al2O3相比,透辉石/ Al2O3复合材料的力学性能得到明显提高,其中AD3[97% Al2O3 + 3%(体积分数)透辉石]综合力学性能较好,其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为15.57 GPa、417 MPa和5.2 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因是添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石对复合材料的晶粒细化效应.     

Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织与性能的影响

将Ti(C_5N_5)、Mo_2C、Ru、Ni粉末混合后,通过粉末冶金方法制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究了Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷组织性能的影响及机理。结果显示,掺Ru后的Ti(C,N)基金属陶瓷组织呈现出芯-环结构;随着Ru含量的增加,主体晶粒得到细化,同时粘结相趋于均匀化;Ru含量的变化对Ti(C,N)基金属陶瓷粘结相浓度梯度产生了影响,梯度层厚度随Ru含量的增加先增厚后减薄;含1.5%Ru的Ti(C,N)基金属陶瓷的断裂韧性和维氏硬度分别达到9.9 MPa·m~(1/2)和1 500 HV_(10)。掺Ru对Ti(C,N)基金属陶瓷综合力学性能的改善具有突出效果,与其强化陶瓷的粘结相有关。     

碳纤维添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷材料组织和性能的影响

以Ti(C,N)、Mo_2C、Co、Ni、WC和C_f(碳纤维)为原料,通过粉末冶金工艺制备了不同添加量C_f增强Ti(C,N)基金属陶瓷材料,研究了C_f添加量对金属陶瓷密度、硬度和抗弯强度的影响。结果表明,随着C_f添加量的逐渐增大,Ti(C,N)基金属陶瓷材料密度和硬度略有降低,抗弯强度先增大后减小;当C_f添加量(质量分数)为2%时,Ti(C,N)基金属陶瓷材料力学性能最佳,此时硬度为66 GPa,抗弯强度为672.6 MPa。     

WC粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

研究了WC粉末粒度对Ti(C,N)基金属陶瓷Ti(C_(0.7)N_(0.3))-15%WC-15%Ni显微组织和性能的影响。研究结果表明,降低WC粉末粒度后组织中出现了大量的白芯-灰环结构的晶粒,总体晶粒度均匀并得到细化(2μm以下)。细化的WC粉末不仅使WC的溶解速度增大,Ti(C,N)的溶解速度也增大。细化WC粉末粒度可以提高金属陶瓷的硬度,但是断裂韧性却有所下降。     

成型压力对Ti(C,N)基金属陶瓷微观组织结构和力学性能的影响

以Ti(C,N)为基体硬质相,Ni和Co为金属黏结相,WC、Mo₂C和TaC为第二相碳化物,借助真空热压烧结技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷,探究了成型压力对金属陶瓷物相组成、微观形貌和成分、相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度的影响.研究结果表明：成型压力并未改变金属陶瓷的物相组成,所有试样均展现出典型的芯-环结构;无压成型烧结制备出的金属陶瓷不仅具有典型的黑芯-灰白双环结构,还呈现另一种白芯灰环结构.同时,金属陶瓷的晶粒度得到了细化.力学性能测试结果表明：成型压力达到8 MPa,金属陶瓷的相对致密度、显微硬度、断裂韧性和抗弯强度达到最大值,分别为99.1%,19.39 GPa, 7.84 MPa·m^1/2和1 488 MPa.金属陶瓷的断裂模式主要为沿晶断裂,并呈现较多的韧窝和撕裂棱.     

WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织的影响

在Ti(C,N)基金属陶瓷中,Mo2C常被用来提高Ti(C,N)和金属相Ni之间的润湿性。随着Mo2C价格的上涨,WC作为替代品引起了人们的广泛关注。研究了WC含量对Ti(C,N)基金属陶瓷Ti(C0.7N0.3)-xWC-15%Ni显微组织的影响。研究结果表明,添加的WC都能固溶到TiC0.7N0.3中和(或)溶解到黏结相Ni中,显微组织都为典型的芯-环结构。当WC含量15%时,WC对晶粒的细化效果不明显,当WC含量增至20%以上时,金属陶瓷的平均晶粒度明显下降至10μm以下。     

Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织的研究

采用粉末冶金工艺制备不同WC含量的Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷组织、断口形貌和裂纹扩展路径。结果表明:Ti(C,N)-xWC-Ni-Mo-C金属陶瓷除了有黑芯-灰壳组织,还有白芯-灰壳组织。随着WC含量的增加,晶粒有细化趋势,但当WC含量达到20%(质量分数)时,晶粒有所长大。材料断裂模式主要是沿晶断裂和穿晶断裂;在裂纹扩展过程中,产生裂纹桥接、裂纹偏转和微裂纹。     

双芯环结构Ti(C,N)基金属陶瓷材料的制备与性能研究

采用固相化学反应与碳热还原氮化相结合的方法, 将W、Mo、Ta等重金属元素与(C, N)复合, 制备得到(W, Mo, Ta)(C, N)粉末, 并利用高能球磨机与Ti(C, N)基体进行混合, 再经压制成型、低压烧结制备出具有双芯环结构的Ti(C, N)基金属陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析双芯环结构对Ti(C, N)基金属陶瓷微观形貌和力学性能的影响。结果表明, 在高温烧结过程中, 通过Ostwald溶解–析出机制所形成的双芯环结构可以阻止裂纹扩展, 达到增韧效果; 结果说明, 可通过优化Ti(C, N)基金属陶瓷材料的芯环结构, 达到增加金属陶瓷材料韧性的目的。     

Effect of sintering temperature on the microstructure and mechanical properties of Ti(C, N)-based cermets

Ti(C, N)-based cermets are produced by vacuum sintering at 1420, 1430, and 1440°C. The effect of sintering temperature on the microstructure and properties of Ti(C, N)-based cermets is studied. The microstructure and fracture morphology are investigated with a scanning electron microscope; mechanical properties such as transverse rupture strength and hardness are measured. The results show that, with increasing sintering temperature, the microstructure of cermets became uniform, and the rim phase structure is gradually completed. When the sintering temperature reaches 1440 °C, the rim phase becomes thicker and more brittle, grains start growing, and the mechanical properties decrease, indicating that a sintering temperature of 1440°C is too high.     

渗氮处理对金属陶瓷耐蚀性的影响

针对金属陶瓷耐腐蚀性不足的特点,采用真空烧结后渗氮的方法制备出表层富氮的金属陶瓷,并分析试样的微观结构,测试其力学和物理性能、耐腐蚀性能.结果表明,与常规金属陶瓷对比,渗氮后金属陶瓷的综合性能提高,且在酸、碱介质中的耐腐蚀性有所提高;渗氮后试样表面Ti含量提高,硬度提高,有利于改善金属陶瓷的机械性能和耐腐蚀性.     

烧结温度对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料组织与性能的影响

采用粉末冶金工艺制备TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料。通过密度测试仪、万能力学试验机、维氏硬度测试仪、X射线衍射分析仪和扫描电镜等方法检测金属陶瓷样品的密度、抗弯强度、硬度、物相结构和微观结构,比较分析不同烧结温度对TiC_(0.7)N_(0.3)-WC-TaC-Mo-(Ni,Co)金属陶瓷材料的组织结构和性能的影响。结果表明:烧结温度对材料的致密化过程和结构性能产生重要影响;当烧结温度为1450℃时,材料的抗弯强度达到1110MPa,显微硬度达到1200HV;材料组织致密,环形相连续分布,硬质相细小、均匀,能有效抑制在应力作用下材料内部裂纹的扩展,增加韧性断裂特征。     

Al2O3/AlTiC/ZrO2/透辉石陶瓷材料的力学性能及微观结构

将金属Al、Al3Ti和TiC以AlTiC中间合金的形式以及ZrO2颗粒共同引入Al2O3基体材料中,热压制备了Al2O3/TiC/ZrO2/AlN复合材料.在此基础上,添加(体积分数)1%透辉石作为烧结助剂,以实现复合材料的液相烧结并促进其致密化程度.复合材料在烧结过程中有新相AlN生成;同时Al、TiC以及Al3Ti释放的Ti原子发生原子重组生成Al2Ti4C.对热压后材料的硬度、断裂韧度和抗弯强度进行了测试和分析;探讨了透辉石对材料致密化程度及力学性能的影响效果;研究了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响;并对AlTiC中间合金的细化特性进行了分析.     

Effects of Processing Technology on Property and Microstructure of Rare Earth Containing Ceramic Composite

Effects of processing technology on the properties such as relative density, flexural strength, fracture toughness, hardness, etc. and the microstructure of rare earth yttrium containing Al2O3/(W, Ti)C ceramic composite were experimentally investigated. It suggests that different processing parameters can undoubtedly result in different microstructures and different mechanical properties of the material. Under the experimental conditions, the suitable hot pressing temperature is 1720 ～ 1780 ℃, the time duration is 10 ～ 30 min and the hot pressing pressure is 30 ～ 35 MPa. The corresponding relative density can even be higher than 98 %. With SEM and TEM observation, each phases in the ceramic material is found to be in fine grains and distribute homogeneously. Typical fracture feature of the material is the mixture of both intergranular and introgranular fracture. Additionally, the existence of rare earth yttrium containing nanometer or sub-micron meter sized ceramic grains, dislocations and spontaneous microcracks can also contribute to the further improvement of the mechanical properties of the ceramic composite.     

高能球磨制备WC/Al2O3-Cr-Mo-Ni金属陶瓷及其组织和力学性能

以亚微米级WC粉、Al2O3粉、Cr粉、Mo粉与Ni粉为原料,采用高能球磨+热压工艺制备WC/Al2O3-Cr-Mo-Ni金属陶瓷材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析材料的物相组成和显微组织结构以及断裂方式,研究粘结相Ni和陶瓷相Al2O3的含量(均为质量分数)对该材料力学性能和微观结构的影响。研究表明:金属陶瓷的抗弯强度及断裂韧性随Ni含量增加而提高,随Al2O3含量增加而降低,硬度的变化趋势则相反。当Ni含量为7%、Al2O3含量为10%时,该金属陶瓷具有良好的综合性能,抗弯强度为567 MPa,断裂韧性为7.46(MPa.m1/2),维氏硬度为15.24 GPa,基本达到现用模具材料的水平。随着Ni含量增加,金属陶瓷的断裂方式由沿晶断裂向沿晶断裂与穿晶断裂相混合的方式转变。     

HfN含量对ZrB2基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响

以HfN为增强剂、Ni为金属添加剂, 通过真空热压烧结工艺制备了ZrB₂-HfN陶瓷材料, 研究了HfN含量(质量分数)对ZrB₂基陶瓷材料微观组织和力学性能的影响。结果表明: 随着HfN质量分数从5%增加到15%, ZrB₂-HfN陶瓷材料的硬度和抗弯强度先增大后减小, 而断裂韧度逐渐增大; 当HfN质量分数为15%时, ZrB₂-HfN陶瓷材料的断裂模式为穿晶断裂与沿晶断裂共存; 当HfN含量为10%时, ZrB₂-HfN陶瓷材料具有较好的综合力学性能, 其硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为: (16.47±0.24) GPa、(734.48±25) MPa和(5.37±0.20) MPa·m 1/2。