Si3N4基陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、擠壓模具是白銅合金擠壓設(shè)備的關(guān)鍵部件，白銅管熱擠壓模具工作時(shí)承受溫度高，壓力大，模具易產(chǎn)生裂紋，塌陷變形等導(dǎo)致失效破壞。本文針對(duì)白銅擠壓成型模的要求，從提高熱擠壓模具的使用壽命出發(fā)，選用具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕的Si3N4基陶瓷，采用熱壓燒結(jié)法制備了兩種Si3N4基陶瓷模具材料，研究了其力學(xué)性能、微觀(guān)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)韌化機(jī)理、抗熱震性能以及摩擦磨損行為。
　　 實(shí)驗(yàn)以Si3N4粉末為原料，在燒結(jié)助劑條件下，采用熱壓法制備了兩種

2、Si3N4基陶瓷材料;1號(hào)Si3N4陶瓷樣品僅添加燒結(jié)助劑，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為1130MPa、12MPa·m1/2;而添加Ti(C，N)的2號(hào)陶瓷樣品的力學(xué)性能較低，分別為840MPa、9.4MPa·m1/2。兩種Si3N4基陶瓷樣品在有液相參與的燒結(jié)過(guò)程中均生成了長(zhǎng)柱狀β-Si3N4晶粒;1號(hào)樣品顯微組織分布均勻且結(jié)構(gòu)緊密，無(wú)明顯孔隙，斷口上有大量長(zhǎng)柱狀β-Si3N4晶粒拔出留下的孔隙，其斷裂方式主要是沿晶斷裂及晶粒拔出;而2

3、號(hào)樣品中添加的Ti(C，N)顆粒發(fā)生團(tuán)聚，且這些顆粒大小不一，其斷裂方式主要是穿晶斷裂。
　　 采用急冷-強(qiáng)度方法對(duì)兩種Si3N4基陶瓷材料進(jìn)行了抗熱震試驗(yàn)，兩種陶瓷均表現(xiàn)為熱震斷裂和熱震損傷的混合模式。1號(hào)模具材料的臨界抗熱震溫差△T1為750K，2號(hào)模具材料的臨界抗熱震溫差△T2為650K，陶瓷模具材料抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性的提高，是陶瓷模具材料的抗熱震斷裂能力及臨界抗熱震溫差△T提高的主要原因，因此1號(hào)陶瓷的抗熱震性能優(yōu)于2號(hào)

4、。
　　 在干摩擦條件下，對(duì)兩種Si3N4基陶瓷模具材料進(jìn)行環(huán)-塊配副摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)為:轉(zhuǎn)速為140r/min，外加載荷為50～150N，摩擦?xí)r間為20min～60min。結(jié)果顯示兩種陶瓷樣品的摩擦系數(shù)均隨外加載荷的增大而降低，隨摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)而升高;磨損率隨外加載荷的增加而增加，隨著摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)而升高;另外，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，2號(hào)陶瓷模具材料的磨損率均低于1號(hào)陶瓷;碳氮化鈦添加提高了的2號(hào)陶瓷的硬度，改善了2號(hào)陶瓷模