碳納米管增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料的研制.pdf

1、高速切削加工是未來切削加工技術(shù)的發(fā)展方向，而刀具材料是發(fā)展高速切削加工技術(shù)的關(guān)鍵，開發(fā)適于高速干式切削加工的陶瓷刀具契合了當(dāng)今綠色環(huán)保的理念。本文以研制高性能氧化鋁基復(fù)合陶瓷刀具材料為目標(biāo)，對(duì)碳納米管增韌增強(qiáng)氧化鋁基多元復(fù)合陶瓷刀具材料進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了復(fù)合陶瓷刀具材料的制備工藝，成功制備出Al2O3/TiC/碳納米管納米多元陶瓷刀具材料，并對(duì)其力學(xué)性能、微觀組織結(jié)構(gòu)、斷裂形式及機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　基于刀具材料多元多尺度的設(shè)

2、計(jì)思路，設(shè)計(jì)出以納米A12O3為基體，微米TiC和微米 A12O3為添加相，基體的粘結(jié)劑為Mo和Ni，而且以碳納米管為添加劑的多元復(fù)合陶瓷刀具材料，并介紹了氧化鋁基金屬陶瓷材料測(cè)試試樣的制備過程，以及材料的力學(xué)性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)表征方法。
　　首先確定已純化的碳納米管的在材料組分中的含量，發(fā)現(xiàn)采用真空熱壓燒結(jié)的方法制備材料時(shí)，碳納米管含量為2vol％時(shí)，相比未添加碳納米管的Al2O3基多元金屬陶瓷材料，其抗彎強(qiáng)度提高了33.95%

3、、斷裂韌性提高了92.98%。
　　然后利用正交試驗(yàn)方法研究獲得具備最佳力學(xué)性能的復(fù)合陶瓷新材料，其所需的條件是：添加2vol%碳納米管，燒成溫度為1620℃，保溫時(shí)間25min，成型壓力為30MPa?？箯潖?qiáng)度為1005.67 MPa；維氏硬度為18.94 GPa；斷裂韌性為7.32 MPa·m1/2。
　　并研究了碳納米管增強(qiáng)Al2O3基陶瓷刀具材料的機(jī)理分析，發(fā)現(xiàn)碳納米管/Al2O3復(fù)合材料的斷裂模式屬于穿晶和沿晶混合斷

4、裂，仍以沿晶斷裂為主；碳納米管/Al2O3復(fù)合材料的強(qiáng)韌化主要來自碳納米管的橋聯(lián)和拔出機(jī)制以及裂紋彎曲、偏轉(zhuǎn)和裂紋分叉。碳納米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂紋橋聯(lián)的作用，有效地阻止裂紋擴(kuò)展。
　　最后對(duì)所制備的納米Al2O3基復(fù)合陶瓷刀具材料進(jìn)行了摩擦磨損性能實(shí)驗(yàn)研究，采用掃描電鏡觀察了磨損表面的微觀形貌。研究發(fā)現(xiàn)在法向載荷不斷增加的同時(shí)，Al2O3基復(fù)相陶瓷刀具的摩擦系數(shù)也會(huì)隨之增加；隨著摩擦速度和法向載荷的增大，其磨損量