長棒狀α-Sialon陶瓷刀具制備及其抗熱震性能與切削性能研究.pdf

1、Sialon陶瓷因其具有優(yōu)異的力學性能而成為最重要的結構陶瓷之一，被廣泛應用于汽車、機械和能源等領域。它主要有兩種晶體結構，即α-Sialon和β-Sialon。β-Sialon的晶粒通常是長棒狀的，具有較高的強度和斷裂韌性，但硬度較低;而α-Sialon的晶粒通常是等軸狀的，具有較高的硬度，而強度和斷裂韌性較差。在機械加工過程中，作為刀具材料不僅要求具備較好的耐磨性，而且對強度和斷裂韌性也提出了較高的要求。顯然，單相Sialon陶瓷刀

2、具在力學性能上各有短板，限制了它作為刀具材料的應用。很多學者通過調控α和β兩相的比例制備復相Sialon陶瓷，雖然在一定程度上改善了復相陶瓷的斷裂韌性，但卻是以犧牲部分α-Sialon的硬度作為代價的，因為僅僅通過改變兩相的比例并不能實質上改善綜合力學性能。為此，一些學者開始從改善Sialon陶瓷的微觀結構上進行研究，試圖通過制備長棒狀的α-Sialon陶瓷從本質上提高它的綜合力學性能，使其更好的作為刀具材料。研究表明長棒狀的α-Sia

3、lon具有與β-Sialon相當?shù)臄嗔秧g性，而硬度卻提高了約49％，相對于等軸狀的α-Sialon來說，斷裂韌性卻提高了將近1倍。
　　本研究先采用熱壓法制備長棒狀α-Sialon陶瓷材料，研究其抗熱震性能。由于Sialon陶瓷屬于共價鍵結合的化合物，通常在燒結過程中需要加入燒結助劑才能使其達到致密化。本文以極具應用潛力的Y2O3為燒結助劑，對長棒狀α-Sialon進行表征，主要分析其物相、微觀結構、致密度、力學性能及其抗熱震性能

4、。研究發(fā)現(xiàn):
　　(1)在實驗工藝下，通過加入Y2O3燒結助劑可以獲得致密的Sialon陶瓷，物相組成主要是α-Sialon(Y0.5Si9.3Al2.7O0.9N15.1)和少量晶界相，并沒有發(fā)現(xiàn)β-Sialon，從斷口SEM圖片中可以看到大量的棒狀晶粒。
　　(2)所制備的長棒狀α-Sialon陶瓷的硬度達16.68±0.33GPa，斷裂韌性達5.39±0.09MPa·m1/2,抗彎強度是597±55MPa。
　　

5、(3)通過急冷-強度法，發(fā)現(xiàn)長棒狀α-sialon陶瓷的臨界熱震溫差大約是1000℃，通過對熱震后陶瓷截面與表面的微觀結構分析，發(fā)現(xiàn)試樣在熱震破壞過程中同時受到熱應力和氧化的雙重作用，試樣的殘余強度經(jīng)歷強度保持、強度急劇下降和強度上升三個階段。
　　同時，本文以長棒狀α-Sialon陶瓷刀具為研究對象，分析其車削性能與磨損機理，并且通過比較商業(yè)化Sialon陶瓷刀具的車削性能，進一步驗證制備長棒狀α-Sialon陶瓷的重要性，研究