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。     

多元梯度自润滑陶瓷刀具材料的研制

针对均质自润滑陶瓷刀具材料不能合理兼顾减摩性能及耐磨性能的难题,运用功能梯度材料的设计思想研制出一种梯度自润滑陶瓷刀具材料。这种新型自润滑刀具材料的特征是固体润滑剂由其表层向内层梯度减少,并且材料表层存在残余压应力。提出多元梯度材料的组成分布模型,按该模型得出的组分梯度设计结果,采用粉末叠层铺填与真空热压烧结工艺制备Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具材料。该梯度自润滑陶瓷刀具材料的显微结构呈现出与组成分布一致的梯度变化,表层形成了残余压应力,其抗弯强度、硬度和断裂韧度分别比相应的均质材料提高了21%、16%和5.9%。材料强度的提高主要是由于CaF2由表层到中间层梯度减少,硬度和断裂韧度的提高归因于材料表层的残余压应力。以Al2O3/TiC/CaF2梯度自润滑陶瓷刀具和相应的均质自润滑陶瓷刀具对45钢进行干切削试验,结果表明,梯度刀具的耐磨性能优于均质刀具。     

放电等离子烧结TiB2-B4C复相陶瓷材料的力学性能和微观组织

采用放电等离子烧结技术制备了TiB₂-B₄C复相陶瓷材料,研究了烧结温度和保温时间对TiB₂-B₄C陶瓷刀具材料力学性能和微观组织的影响。研究表明,当烧结温度为1700℃,保温5min时,陶瓷刀具材料的微观组织均匀,晶粒相对细小,致密度较高,材料的组织缺陷最少,综合力学性能较优。此时,抗弯强度598MPa,硬度22.8GPa,断裂韧性约为6.8MPa·m^1/2。     

MoSi2添加量对放电等离子烧结α-Sialon陶瓷性能的影响

以Y₂O₃为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术制备了以MoSi₂为第二相的α-Sialon陶瓷,研究了MoSi₂添加量（0～10%,质量分数）对陶瓷微观结构和性能的影响。结果表明：添加MoSi₂后,陶瓷中α-Sialon晶粒从等轴状变为长棒状,且随着MoSi₂添加量的增多,长棒状α-Sialon晶粒显著增多,长径比增大,当MoSi₂质量分数为10%时,晶粒尺寸呈现显著的双峰分布;当MoSi₂质量分数从0增加到10%时,陶瓷的相对密度由99.0%增加到99.7%,硬度由21.12 GPa降低到20.44 GPa,断裂韧度由4.80 MPa·m^1/2增加到6.13 MPa·m^1/2;在干切削镍基高温合金时,添加质量分数10%MoSi₂的陶瓷刀具在达到磨损标准时的切削长度是未添加MoSi₂陶瓷刀具的1.5倍,可见该刀具切削性能优异,其...     

烧结助剂Al2O3-Y2O3添加量对无压液相烧结TiC陶瓷结构与性能的影响

在1 850℃下采用无压液相烧结工艺制备TiC陶瓷,研究了烧结助剂Al₂O₃-Y₂O₃(二者物质的量比为1.5)质量分数(0,6%,8%,10%)对TiC陶瓷结构和性能的影响。结果表明：添加烧结助剂后TiC陶瓷中存在TiC相、YAM(Y₄Al₂O₉)相和YAG(Y₃Al₅O₁₂)相;随着烧结助剂质量分数由0增加到10%,陶瓷的相对密度由94.50%增加到97.86%,开口气孔率由0.77%下降到0.21%,YAM相与YAG相增多并逐渐发生聚集,断裂韧度、维氏硬度与抗弯强度均先升高后降低,当烧结助剂质量分数为6%时,断裂韧度和维氏硬度最大,分别为6.2 MPa·m^1/2和19 GPa,当烧结助剂质量分数为8%时,抗弯强度最大,为524 MPa;陶瓷的电阻率均在1.00×10^-6～2.00×10^-6Ω·m,烧...     

短切碳纤维C_(sf)含量对TiC基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

金属烧结剂选择Ni和Co,增强相选择短切碳纤维C_(sf),采用真空热压烧结技术,在1500°C下制备了短切碳纤维C_(sf)含量不同的TiC基复合陶瓷刀具材料。研究了C_(sf)的含量对TiC基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:加入C_(sf)后,复合陶瓷刀具材料断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂方式并存,在C_(sf)含量增加的过程中,TiC基复合陶瓷刀具材料的硬度逐步下降,抗弯强度和断裂韧度先变大后减小;当增加到2wt%C_(sf)时,获得了最佳的力学性能,硬度为14.32±0.16GPa,断裂韧度为8.70±0.15MPa·m~(1/2),抗弯强度为695.63±15.01MPa。     

烧结温度对WC/TiC陶瓷刀具材料性能影响

采取压制素坯、真空热压烧结等技术制备出了WC/Ti C复合陶瓷刀具材料。通过对其维氏硬度、抗弯强度及断裂韧度的测量以及断口微观形貌的对比分析,研究了不同的烧结温度对该陶瓷刀具材料力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度的升高,陶瓷刀具材料的维氏硬度呈现先下降后增加的趋势,于1600℃达到最大,其值为18.33GPa;随着烧结温度的升高,陶瓷刀具材料的抗弯强度呈现先降低后升高的趋势,于1750℃达到最大,其值为892.41MPa;随着烧结温度的升高,陶瓷刀具材料的断裂韧度呈现逐渐降低的趋势,于1600℃达到最大,其值为10.52MPa·m?。断口形貌观察发现:1600℃更有利于陶瓷刀具材料晶粒的生长并对材料结构的致密性最好;但随着晶粒生长速度的增加,材料中的孤立气孔被迅速生长的晶粒包围在内部,造成气孔不能正常排出,从而影响材料的力学性能。     

Al2O3陶瓷材料的摩擦学研究进展

氧化铝陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、高温性能优良、抗黏结和抗扩散能力强、化学稳定性好等特点,广泛应用于高速切削和切削难加工材料领域。从陶瓷材料晶粒尺寸与摩擦学性能相关性、复相氧化铝陶瓷材料的摩擦学性能和氧化铝陶瓷的磨损机制3个方面,综述氧化铝陶瓷材料摩擦学研究进展,以期为新型高品质氧化铝陶瓷刀具材料的开发提供帮助。细化晶粒和组分复合化是提高陶瓷材料的强度和断裂韧性,进而提升其摩擦学性能的有效途径,但目前氧化铝陶瓷摩擦学研究主要是基于晶粒尺寸为600 nm以上的单相陶瓷和基体晶粒尺寸为1μm左右的复相陶瓷材料,对纳米/超细晶(500 nm以下)氧化铝陶瓷材料的研究是未来的研究方向。     

Ti(C,N)含量对无压烧结Ti(C,N)/ZrO2陶瓷复合材料微观结构和性能的影响

以Y₂O₃稳定纳米ZrO₂粉、TiO₂粉、TiN粉、炭黑和水溶性酚醛树脂为原料,采用无压烧结方法制备Ti(C,N)/ZrO₂陶瓷复合材料,研究了Ti(C,N)质量分数(25%～40%)对其微观结构和性能的影响。结果表明：Ti(C,N)/ZrO₂陶瓷复合材料由t-ZrO₂和Ti(C,N)两相组成;随着Ti(C,N)含量的增加,Ti(C,N)颗粒逐渐出现团聚现象,但当Ti(C,N)质量分数增加至40%时,Ti(C,N)相分布又变得较均匀;随着Ti(C,N)含量的增加,陶瓷复合材料的开口气孔率先增大后减小,硬度、抗弯强度和断裂韧度先降低后升高;当Ti(C,N)质量分数为40%时,陶瓷复合材料的综合性能最好,其开口气孔率、硬度、抗弯强度、断裂韧度分别为0.73%,14.4 GPa, 354 MPa, 5.8 MPa·m^1/2。     

添加TiO2对Si3N4陶瓷刀具切削性能的影响

通过气压烧结制备添加质量分数5%TiO₂的Si₃N₄陶瓷并制成刀具,研究了TiO₂对其显微组织、力学性能和切削性能的影响,并与未添加TiO₂烧结Si₃N₄陶瓷作对比。结果表明：添加TiO₂烧结Si₃N₄陶瓷主要由长棒状与等轴状的β-Si₃N₄晶粒组成,并伴有均匀分布的TiN相,与未添加TiO₂烧结Si₃N₄陶瓷相比,晶粒得到细化,硬度上升而断裂韧度略有下降;在连续切削灰铸铁过程中,添加TiO₂的Si₃N₄陶瓷刀具具有更长的切削寿命（有效切削长度为2 410 m）,并且保持了刃口的完整性,切削后黏着磨损碎片较小。     

激光功率对选区激光熔化Al2O3/ZrO2(Y2O3)缺陷与力学性能分析

利用选区激光熔化技术对Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)陶瓷粉末进行3D打印试验研究,分析在不同激光功率条件下的缺陷与力学性能。试验结果表明：激光功率对打印过后陶瓷样品缺陷的生成有重要影响。在一定条件下随着激光功率的增加,气孔、裂纹等缺陷减少,并在激光功率为300 W时表现最好,且此时显微维氏硬度最大值约为17.5 GPa。     

氮化硅基防静电陶瓷球的制备及其性能评价

以TiN作为导电添加相,成功制备出Si₃N₄基防静电陶瓷球,研究了TiN对Si₃N₄基陶瓷球致密化、显微结构、力学性能及电阻率的影响。结果表明：大量TiN的加入阻碍了Si₃N₄的致密化,降低了Si₃N₄基陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和电阻率,提高了其断裂韧性;与加入微米级TiN的试样相比,加入相同含量纳米级TiN试样的各项性能更优;纳米级TiN质量分数30%的陶瓷球不仅具有防静电功能,且综合力学性能最佳,其维氏硬度、断裂韧性和压碎强度分别为(1 482±15)HV₁₀,(8.2±0.1)MPa·m^1/2,(417±10)MPa。     

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。     

c-BN增强(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料的研制

采用热压烧结制备了不同亚微米级c-BN含量的(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料,用热场发射扫描电子显微镜及能谱仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪对材料的微观组织结构和力学性能进行了研究。结果表明:添加c-BN可改善材料的力学性能,当c-BN含量为1.5wt%时,(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具的性能最优,其抗弯强度达到917MPa,断裂韧性为9.27MPa·m~(1/2),维氏硬度为20.64GPa;适量c-BN可起到细化晶粒、减少气孔缺陷和提高致密度的作用,复合材料由沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主;在c-BN复合(W,Ti)C基金属陶瓷刀具材料中,主要的增韧补强机理有晶粒细化、颗粒桥联、裂纹偏转和裂纹分叉。     

Al_2O_3/Ti(CN)复合刀具材料的制备及切削性能研究

利用热压烧结工艺制备出Al2 O3 /Ti(CN)复合陶瓷刀具材料。测得该材料的平均抗弯强度为 82 0MPa ,平均断裂韧性为 7.4MPa·m1/ 2 ,维氏硬度为 2 0 .4GPa。通过与陶瓷刀具材料LT5 5、SG4的切削性能进行对比试验 ,发现其连续切削淬硬钢的性能高于SG4,但耐磨性能比LT5 5稍低 ,是一种适合连续切削铸铁与淬硬钢、尤其适合断续切削淬硬钢的刀具材料。     

高温高压烧结制备PCBN陶瓷的微观结构与性能

以ZrO₂、Al₂O₃和铝粉作为结合剂,通过六面顶压机在高温(1 300～1 600℃)高压(5.5 GPa)条件下烧结制备聚晶立方氮化硼(PCBN)陶瓷,研究了烧结温度对陶瓷物相组成、力学性能以及加工离心铸铁时切削性能的影响。结果表明:不同温度烧结PCBN陶瓷的主晶相均为cBN、m-ZrO₂、t-ZrO₂、Al₂O₃、AlN和ZrN,结合相颗粒均匀地分散在cBN基体上;随着烧结温度的升高,cBN与结合相的结合更加紧密,陶瓷的相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧度增大;当烧结温度为1 600℃时,陶瓷的综合力学性能最好,硬度、抗弯强度和断裂韧度分别达到32.87 GPa,850.3 MPa,5.1 MPa·m^1/2;当烧结温度为1 400℃和1 500℃时,PCBN陶瓷刀具在切削离心铸铁棒总长度为10 km时,其后刀面磨损量仅分别为171,166μm,切削性能较好。     

热压烧结制备碳化硅增韧氧化铝刀具复合材料及其力学性能评价研究

氧化铝陶瓷作为制造切削刀具的优良材料,较低的韧性限制了其应用。选用不同含量的碳化硅(2%,5%和10%)加入氧化铝颗粒中,经球磨后,利用真空热压烧结法(1400℃,20MPa)制备Al₂O₃/SiC复合材料。从X射线衍射(XRD)、致密度、硬度、弯曲强度以及断裂韧性等方面对材料性能进行了分析。结果发现,随着SiC的加入,Al₂O₃/SiC复合陶瓷硬度和抗弯强度增大。当SiC质量分数为5%时,其硬度和弯曲强度最大,最大值分别为1071.98HV和379.83MPa,此时断裂韧性也最大,为6.39MPa·m^1/2。     

碳纤维含量对TiB_2-TiN基复合陶瓷组织和性能的影响

在1700℃的高温下利用真空热压烧结技术,制备C_(sf)含量不同的TiB_2-TiN新型复合陶瓷刀具材料。研究了不同含量C_(sf)下的TiB_2-TiN新型复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能,结果表明:添加少量C_(sf)对TiB_2-TiN复合陶瓷有增强作用,然而当C_(sf)含量增加到一定量后,材料微观组织中的缺陷增多,抗弯强度、断裂韧度均呈现减小趋势,但是硬度却随着C_(sf)含量的增加一直减小;当C_(sf)含量为1.5wt%时,力学性能良好、微观组织的缺陷少,此时的抗弯强度为738±21MPa,断裂韧度为12.07±0.3MPa·m~(1/2),硬度为19±0.6GPa。     

Al2O3/TiC纳米复合刀具材料的力学性能与增韧强化机理

利用热压烧结工艺，制备成功Al2O3／TiC纳米复合陶瓷刀具材料。与同组分的微米级刀具材料相比，其断裂韧度和抗弯强度分别提高74．5％和23．5％。SEM观察表明，Al2O3／TiC纳米复合陶瓷刀具材料的断裂方式主要是穿晶断裂，材料的断口处存在大量的晶粒拔出。TEM观察到Al2O3／TiC纳米复合材料中有典型的内晶结构。     

Y2O3改性石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能研究

为提高石墨/CaF₂/TiC/镍基合金（GCTN）复合涂层的力学性能和摩擦学性能,运用等离子喷涂技术在45钢表面制备了Y₂O₃改性GCTN复合涂层,研究了Y₂O₃对复合涂层的微观组织、显微硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：Y₂O₃改性GCTN复合涂层主要由γ-Ni、CrB、Cr7C₃、TiC、CaF₂和石墨等物相组成。Y₂O₃在等离子火焰加热作用下与C元素反应生成活性元素Y,Y净化了复合涂层的微观组织,并细化了CrB、Cr₃C7等硬质相晶粒,提高了其致密性。当Y₂O₃质量分数为0.5%时,复合涂层的显微硬度和断裂韧性分别为593.3MPa和6.82MPa·m^1/2,比不含Y₂O₃的复合涂层分别增大了8%和22%,其机理主要是Y₂O₃细化了CrB、Cr₃C₇等硬质相晶粒,起到了细化强化作用。由于GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的显微硬度和断裂韧性显著提高,减少了其黏着磨损和微观断裂磨损,因而GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的摩擦因数和磨损率最小,分别为0.085和0.39×10-3mm3/m。