氧化鋯基納米陶瓷工模具材料研制及其應用基礎研究.pdf

1、本文針對工模具對陶瓷材料的要求，從提高陶瓷工模具材料的綜合力學性能出發(fā)，采用納米復合方法制備出具有較高綜合力學性能的納米陶瓷工模具材料。從熱壓燒結(jié)工藝、微觀結(jié)構(gòu)及其與力學性能的關(guān)系等方面，系統(tǒng)研究了納米陶瓷工模具材料的增韌補強機理，發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)/晶間混合型的微觀結(jié)構(gòu)和穿晶/沿晶混合斷裂模式，是納米陶瓷工模具材料強韌化提高的主要原因。 根據(jù)膠體化學理論中的懸浮液的穩(wěn)定機制，采用起空間位阻穩(wěn)定作用的PEG為分散劑，對不同的納米陶瓷粉體進

2、行了液相分散研究，通過優(yōu)化PEG分散劑的分子量、加入量以及懸浮液的pH值等參數(shù)，結(jié)合超聲分散及機械攪拌工藝，得到了分散均勻的納米粉體及其混合粉體的穩(wěn)定懸浮液。 研究和分析了材料吸水現(xiàn)象，得出在ZrO2相變等因素的作用下，陶瓷材料表面和內(nèi)部出現(xiàn)的大量微裂紋及其某些不致密結(jié)構(gòu)產(chǎn)生毛細管作用，造成了吸水現(xiàn)象，是材料吸水的原因所在。通過對組分的優(yōu)化和在最優(yōu)組分的熱壓燒結(jié)后期對材料進行保壓處理，成功解決了材料吸水問題。 探討了組分

3、含量、燒結(jié)工藝對納米陶瓷工模具材料微觀結(jié)構(gòu)和力學性能的影響，研制成功了納米陶瓷工模具材料ZrO2/Ti(C7N3)，其抗彎強度為1152MPa、斷裂韌性為8.42MPa·m1/2、硬度13.09GPa。與單一的納米ZrO2陶瓷材料相比，其抗彎強度和斷裂韌性都得到大幅提高。在致密的燒結(jié)陶瓷中，納米Ti(C7N3)與納米ZrO2形成了典型的晶內(nèi)/晶間混合型結(jié)構(gòu)，裂紋從晶間到晶內(nèi)再到晶間的路徑擴展，消耗了更多的斷裂能，形成了沿晶/穿晶混合的斷

4、裂模式，是其綜合力學性能得到較大提高的主要原因。裂紋偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)及裂紋分支和顆粒拔出，是復合材料韌性提高的表現(xiàn)。 對納米陶瓷工模具材料進行了摩擦磨損性能實驗研究，并對其磨損表面微觀形貌進行了觀察和分析，探討了ZrO2/Ti(C7N3)納米陶瓷工模具材料的磨損機理。單相納米ZrO2陶瓷的磨損機理為脆性斷裂和磨粒磨損，ZrO2/Ti(C7N3)納米陶瓷工模具材料的磨損機理為機械冷焊、塑性變形和磨粒磨損。分析了ZrO2/Ti(C7N3)