氧化鋯基納米陶瓷工模具材料研制及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文針對(duì)工模具對(duì)陶瓷材料的要求，從提高陶瓷工模具材料的綜合力學(xué)性能出發(fā)，采用納米復(fù)合方法制備出具有較高綜合力學(xué)性能的納米陶瓷工模具材料。從熱壓燒結(jié)工藝、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其與力學(xué)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(bǔ)強(qiáng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)/晶間混合型的微觀(guān)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(qiáng)韌化提高的主要原因。 根據(jù)膠體化學(xué)理論中的懸浮液的穩(wěn)定機(jī)制，采用起空間位阻穩(wěn)定作用的PEG為分散劑，對(duì)不同的納米陶瓷粉體進(jìn)

2、行了液相分散研究，通過(guò)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(jī)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(xì)管作用，造成了吸水現(xiàn)象，是材料吸水的原因所在。通過(guò)對(duì)組分的優(yōu)化和在最優(yōu)組分的熱壓燒結(jié)后期對(duì)材料進(jìn)行保壓處理，成功解決了材料吸水問(wèn)題。 探討了組分

3、含量、燒結(jié)工藝對(duì)納米陶瓷工模具材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)和力學(xué)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(qiáng)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(qiáng)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(kuò)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(xué)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(fù)合材料韌性提高的表現(xiàn)。 對(duì)納米陶瓷工模具材料進(jìn)行了摩擦磨損性能實(shí)驗(yàn)研究，并對(duì)其磨損表面微觀(guān)形貌進(jìn)行了觀(guān)察和分析，探討了ZrO2/Ti(C7N3)納米陶瓷工模具材料的磨損機(jī)理。單相納米ZrO2陶瓷的磨損機(jī)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(jī)理為機(jī)械冷焊、塑性變形和磨粒磨損。分析了ZrO2/Ti(C7N3)