纳米复相陶瓷刀具材料的研究现状

纳米复相陶瓷刀具材料的研究成功有望从根本上解决陶瓷材料的脆性问题，比起传统刀具陶瓷刀具材料，它具有更高的抗弯强度、断裂韧度等力学性能。本文介绍纳米复相陶瓷的增韧补强机理；总结了现阶段以Al2O3、Si3N4、ZrO2和Ti（C、N）四种陶瓷为基体的纳米复相陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能之间的关系，并且指出了纳米复相陶瓷刀具材料今后的研究方向。     

Si_3N_4/SiC(N)纳米复相陶瓷的制备与性能研究

采用极性分散剂和超声分散技术 ,在微米Si3 N4基体中加入SiC纳米颗粒 ,用真空热压烧结法制备出Si3 N4/SiC(N)纳米复相陶瓷。研究结果表明 :加入SiC纳米颗粒可显著降低烧结温度 ,阻止 β Si3 N4晶粒的过度生长 ,细化晶粒组织 ,提高复合陶瓷材料的致密度和机械性能 ;含 15wt%SiC纳米颗粒的复相陶瓷具有最佳断裂韧度和较高抗弯强度 ,可作为高速切削刀具和模具的候选材料。     

烧结助剂La2O3含量对热压烧结制备Si3N4-AlN复相陶瓷性能的影响

以Si3N4和AlN为原料,La2O3为烧结助剂,在氮气气氛和1 800℃、30 MPa压力下热压烧结保温1 h制备出了Si3N4-AlN复相陶瓷,研究了La2O3含量对复相陶瓷烧结性能、抗弯强度、热导率及介电损耗的影响.结果表明:随La2O3含量的增加,复相陶瓷的孔隙率先减小然后趋于稳定,Si3N4由α相向β相逐渐转...     

新型刀具材料切削大型高锰钢托轮的试验研究

用于露天煤矿大型托轮的高锰钢属于难加工材料。本文采用新型复合SiC、复合Si3N4和TiN涂层硬质合金刀具对高锰钢进行了切削加工对比研究。试验表明:复合SiC刀具是切削高锰钢的较理想刀具,在切削效率和经济效益上均优于TiN涂层硬质合金和复合Si3N4刀具。高锰钢在脆化温度范围内(400℃～800℃)极易导致TiN涂层硬质合金和复合Si3N4脆性破裂,而复合SiC在此时仅发生机械磨损;在切削温度高于高锰钢的脆化温度时,复合SiC和复合Si3N4都会发生扩散磨损。     

Si3N4陶瓷球加工工艺的研究

根据Si3N4的材料性能可知其某些特性对制造滚动体是有利的,通过对Si3N4陶瓷球试验加工工艺的研究,确定Si3N4陶瓷球加工工艺,研制出符合G5级要求的陶瓷球。     

Si3N4陶瓷球批量加工缺陷原因分析

Si3N4陶瓷球的各类加工缺陷是影响其疲劳寿命的主要原因之一，减少Si3N4陶瓷球批量化生产中加工缺陷是降低其生产成本的重要方法。对Si3N4陶瓷球批量化生产各加工工序中出现的缺陷及其产生原因进行归纳分析，并提出解决办法。     

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。     

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。     

超细晶粒Ti(C,N)基金属陶瓷刀的磨损性能研究

研究了两种超细晶粒纳米改性Ti（C，N）基金属陶瓷刀具——44Ti（C，N）-5TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具A）和39Ti（C，N）-10TiN（nm）-15WC-16M02C-20Ni（刀具B）在加工正火态中碳钢时的切削性能和磨损机理。研究表明，两种刀具材料的显微组织都由金属相与陶瓷相组成，其中粗大的陶瓷相呈典型的芯／壳结构，陶瓷相晶粒尺寸为400～800nm。切削实验表明，刀具A的切削性能要优于刀具B，刀具A常以后刀面正常磨损的方式失效，刀具B则常以破损崩刃的方式失效。能谱（EDS）分析表明，高速切削时金属陶瓷刀具主要的磨损机制是扩散磨损和氧化磨损。     

Mo_5Si_3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的制备及摩擦磨损性能

采用机械球磨/热压烧结法制备了Mo5Si3金属陶瓷和Mo5Si3-20%(质量分数,下同)Al_2O_(3p)复相陶瓷,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、硬度计和摩擦磨损试验机等分析了其微观结构、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:Mo5Si3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的主要物相为Mo5Si3、Al_2O_3和少量Mo3Si;复相陶瓷的相对密度、硬度和断裂韧性均高于单相Mo5Si3金属陶瓷的,且其摩擦因数和磨损率较低,摩擦因数随时间的变化较平缓,表现出更好的摩擦磨损性能;与GCr15钢球对磨时,Mo5Si3金属陶瓷的主要磨损机制为黏着和疲劳剥落,Mo5Si3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的则为磨粒磨损,二者同时存在氧化磨损。     

绝缘性陶瓷电火花加工原理和辅助电极膜制备探讨

介绍了绝缘性陶瓷电火花加工原理，研究了绝缘性陶瓷材料Si3N4的电火花加工用辅助电极膜的制备方法，提出了3种较为成功的辅助电极膜的制备过程和工艺条件，制备的辅助电极膜成功地用于绝缘性陶瓷材料Si3N4的电火花加工中。     

纳米ZrO2/SiC-WSi2/MOSi2复相陶瓷的显微结构与耐磨性

将纳米ZrO2和SiC颗粒与微米WSi2／MoSi2颗粒进行球磨分散、混合，通过热压烧结制备ZrO2／SiC-WSi2／MoSi2复相陶瓷，研究了它的显微结构与耐磨性并与MoSi2材料进行了对比。结果表明：SiC、ZrO2纳米颗粒的复合化以及钨的合金化能使复相陶瓷晶粒细化，复相陶瓷的硬度较MoSiz陶瓷明显提高，耐磨性优于MoSiz陶瓷，磨损机制主要为粘着磨损兼有疲劳微断裂。     

烧结温度对Al_2O_3/SiC(n)纳米复相陶瓷性能的影响

采用极性分散剂 ,在微米Al2 O3 基体中加入SiC纳米颗粒 ,用真空热压烧结法制备出Al2 O3 /SiC(n)纳米复相陶瓷 ;研究了烧结温度对氧化铝纳米复相陶瓷性能的影响。研究结果表明 :烧结温度的不同使得烧结后Al2 O3 /SiC(n)纳米复相陶瓷的所得相和力学性能都有较大差异     

Si_3N_4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3 N4陶瓷进行磨削试验 ,从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面 ,综合探讨Si3 N4材料的磨削加工机理。研究结果表明 :Si3 N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除 ,其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

Si3N4陶瓷材料的磨削试验研究

通过用树脂结合剂金刚石砂轮对Si3N4陶瓷进行磨削试验，从磨削过程中的磨削力、磨削比能、磨削温度及磨削表面的微观形貌变化等方面，综合探讨Si3N4材料的磨削加工机理。研究结果表明：Si3N4在磨削加工中在磨粒切深较大时主要以脆性断裂方式去除，其磨削温度与材料去除机理有着密切联系。     

纳米复相陶瓷超声抛光参数的研究

在对超声抛光机理分析的基础上,将纳米复相陶瓷超声抛光分为4个阶段,对各阶段利用单因素法选择不同的抛光参数进行试验研究,分析了各参数对纳米复相陶瓷抛光后表面粗糙度的影响,绘制出超声抛光参数选择图表,为复相陶瓷的超声抛光提供参考.     

TiN涂层陶瓷刀具膜-基界面应力的试验研究

利用X射线衍射(XRD)应力分析仪测试了TiN薄膜涂层与Si3N4陶瓷刀具基体的界面残余应力状况,分析了成膜过程中应力形成的原因及对膜—基结合强度的影响。结果表明,TiN薄膜的残余应力为压应力,本征应力为张应力,应力的大小及分布对涂层刀具的硬度和膜—基结合强度有明显影响。     

基于ANSYS的纳米复相陶瓷木工刀具虚拟优化设计

提出将纳米复相陶瓷刀具应用到木质材料加工中.首先证明了利用ANSYS的Solid95单元所构建的三维模型对木材切削过程进行有限元分析的可行性;然后通过ANSYS程序计算不同纳米复相陶瓷刀具前角所对应的最大有效应力,并推断最优前角的角度值;最后通过实验进行比较,证明优化结果与实验结果基本一致.利用该方法可对木材切削过程进行分析及对刀具进行优化设计.另外,还通过实验证明了纳米复相陶瓷刀具比普通硬质合金刀具耐用度高,适合进行木质材料加工.     

Si_3N_4陶瓷旋转超声磨削加工的表面摩擦特性

为了探索结构陶瓷材料在摩擦过程中表面形貌的变化规律及其对摩擦特性影响,分析了摩擦过程中材料的接触过程及力学关系,并对旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样开展了摩擦表面形貌、摩擦因数等特性的试验研究。首先根据接触特点和材料特性,基于分形理论推导出接触面总载荷计算公式,基于该公式建立了结构陶瓷摩擦因数分形模型。分析结果表明:当初始表面轮廓分形维数分别为1.4,1.45,1.5和1.55时,摩擦因数与摩擦后表面轮廓分形维数呈类似正态分布曲线。然后通过旋转超声磨削加工的Si3N4陶瓷试样面面接触摩擦试验,研究了摩擦后陶瓷材料表面微观形貌和摩擦因数变化规律,分析了各因素对摩擦因数的影响。试验结果表明:产生微观裂纹是Si3N4陶瓷摩擦后表面微观形貌的显著特点;温度值等于160℃是Si3N4陶瓷摩擦因数由下降转为上升的拐点;当施加载荷为360N和往复频率为80Hz时,摩擦因数最大。得到的结果为通过表面形貌控制提高结构陶瓷耐磨性能提供了技术支撑。     

HIP-Si3N4陶瓷/45#钢副干摩擦和水润滑下摩擦学性能

利用MPX-2000型盘销式摩擦磨损试验机考察了HIP—Si3N4陶瓷／45^#钢副在干摩擦和水润滑下的摩擦磨损性能；用扫描电子显微镜观察了试件表面的磨损状态；采用X射线电子能谱仪分析了摩擦表面的化学成分：结果表明：干摩擦条件下，HIP—Si3N4陶瓷的磨损速率比45^#钢小，45^#钢发生粘着磨损，HIP—Si3N4陶瓷发生了脆性断裂和脱落；水润滑条件下，摩擦表面产生了Si(OH)4反应膜，降低了磨损，主要是化学腐蚀磨损。