納-微米復(fù)合陶瓷刀具材料的研制及其制備過程模擬研究.pdf

1、本文針對目前陶瓷刀具綜合力學(xué)性能較低的現(xiàn)狀,基于多元多尺度的設(shè)計(jì)思想,根據(jù)材料制備時(shí)的物理相容性、化學(xué)相容性、良好燒結(jié)性等原則,選擇納米Al2O3為基體,并添加微米Al2O3和微米SiC作為第二相,在添加一定量燒結(jié)助劑Ni,Mo和添加劑Y2O3和MgO條件下,采用真空熱壓燒結(jié)工藝,制備了納米Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料,并研究了燒結(jié)工藝對材料力學(xué)性能和材料微觀結(jié)構(gòu)的影響,對燒結(jié)材料的摩擦磨損性能進(jìn)行了分析。建立了材料微觀組織模擬的二維和

2、三維模型,初步模擬了兩相材料的微觀結(jié)構(gòu)。
　　在燒結(jié)溫度為1550℃、1620℃、1690℃時(shí),實(shí)驗(yàn)研究了納米Al2O3基納微米復(fù)相陶瓷材料的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌度和維氏硬度,并對試樣的斷口形貌進(jìn)行分析。研究表明,含有Y2O3的A02、A03樣,晶界清晰。在1620℃時(shí),A03樣的抗彎強(qiáng)度為547MPa,斷裂韌性為4.74 MPa·m1/2,維氏硬度為16.69GPa。分析了相同材料在不同燒結(jié)溫度下的力學(xué)性能,也分析了相同實(shí)驗(yàn)條件下,

3、材料不同組份對材料力學(xué)性能的影響。對比了A04樣,A05樣,A06樣的微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)隨著納米 Al2O3含量的降低,微觀組織結(jié)構(gòu)晶界清晰,晶粒大小比較均勻,因此材料具有較好的力學(xué)性能。在1620℃時(shí),A06樣的抗彎強(qiáng)度為592MPa,斷裂韌度為4.55MPa·m1/2,維氏硬度為17.12GPa,斷裂方式主要以穿晶斷裂和沿晶斷裂為主,壓痕裂紋以裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)和裂紋分枝為主。
　　對所制備的納米Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料進(jìn)行了

4、摩擦磨損性能實(shí)驗(yàn)研究,采用掃描電鏡觀察了磨損表面的微觀形貌。研究了納米Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料的摩擦磨損機(jī)理,納米Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料的摩擦磨損形式主要以粘著磨損和磨粒磨損為主。在不同的法向載荷和轉(zhuǎn)速下,研究了相同材料的摩擦系數(shù)和磨損率的變化規(guī)律。在法向載荷為300N,轉(zhuǎn)速為160r/min的條件下,A01樣、A02樣、A03樣,A04樣,A05樣的磨損率分別是2.41×10-7mm3/N·m、1.19×10-7mm3/N·