氧化鋯基復(fù)合陶瓷紡織剪刀材料的研制及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文針對(duì)氧化鋯基陶瓷材料的缺點(diǎn),研制了高性能氧化鋯基復(fù)合陶瓷紡織剪刀材料。選擇高彈性模量的TiN和Al2O3顆粒作為3Y-TZP的添加相,采用熱壓燒結(jié)制備工藝,研制成功了氧化鋯基復(fù)合陶瓷紡織剪刀材料ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3,并對(duì)其常溫力學(xué)性能、低溫老化性能、摩擦磨損性能以及電加工性能進(jìn)行了研究,系統(tǒng)研究了其增韌機(jī)理和摩擦磨損機(jī)理,在應(yīng)力誘導(dǎo)相變老化機(jī)理的基礎(chǔ)上,分析了其抗低溫老化機(jī)理。 在優(yōu)化的熱壓燒結(jié)工藝下,制備

2、出了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3復(fù)合陶瓷材料,并對(duì)其常溫力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,TiN、Al2O3和ZrO2相互之間具有良好的物理和化學(xué)相容性；TiN對(duì)3Y-TZP具有非常顯著的增韌補(bǔ)強(qiáng)作用,當(dāng)TiN的添加量為30%(質(zhì)量百分比)時(shí),其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均比基體3Y-TZP提高了約70%；大粒徑TiN顆?？商岣咂湓鲰g作用。少量的Al2O3可顯著提高ZrO2-TiN復(fù)合材料的燒結(jié)致密度,起到增韌作用；過(guò)量的Al2O

3、3對(duì)材料致密度及力學(xué)性能不利。研制成功了具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的氧化鋯基復(fù)合陶瓷紡織剪刀材料ZY30T、ZY40T和ZY30T5A,其平均抗彎強(qiáng)度分別為：1410MPa、1390MPa和1346MPa；其平均斷裂韌性分別為13.3MPa·m1/2、13.8MPa·m1/2和14.4MPa·m1/2；其維氏顯微硬度分別為15.1GPa、15.7GPa和15.3GPa。 系統(tǒng)研究了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3復(fù)合陶瓷材料的增

4、韌機(jī)理。研究認(rèn)為,除了相變?cè)鲰g和顆粒增韌外,其主要增韌機(jī)理是位錯(cuò)對(duì)裂紋的屏蔽作用和晶間非晶相的增韌作用。高彈性模量的TiN和Al2O3顆?？商岣呋w的彈性應(yīng)變能和t-m相變阻力,從而減弱了基體的相變?cè)鲰g作用。由于TiN晶粒具有面心立方結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)大量位錯(cuò),當(dāng)裂紋穿過(guò)TiN顆粒擴(kuò)展時(shí),位錯(cuò)對(duì)裂紋具有屏蔽作用。晶界上的非晶相可顯著提高復(fù)合材料的燒結(jié)致密度和力學(xué)性能。 研究了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3復(fù)合材料的低溫老化性能和