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文檔簡介
1、Si3N4陶瓷具有高硬度、高耐磨、高強度、高導熱、優(yōu)異的抗熱震和抗氧化性能等特性,被廣泛用于航空航天、機械工業(yè)、裝甲、基板等領域。但由于固有的高硬度、脆性和絕緣性,Si3N4陶瓷傳統(tǒng)機加工成本高且無法進行EDM加工,難以實現(xiàn)形狀復雜和微型化的零部件加工。同時,由于其絕緣特性,PVD涂層技術在Si3N4陶瓷刀具上應用效果較差,導致無法利用此技術來顯著提高Si3N4陶瓷刀具的切削性能。因此,開發(fā)具有優(yōu)異導電性能的Si3N4基陶瓷具有重大的意
2、義。本論文以TiC、TiN、TiCN和ZrB2作為導電第二相,利用熱壓工藝制備Si3N4基導電陶瓷,并對其綜合性能和應用進行了深入研究。
首先以TiC和TiN粉為導電相,利用熱壓燒結制備了Si3N4-TiC和Si3N4-TiN導電陶瓷,并對其力學、電學及電火花加工性能進行對比研究。研究表明,Si3N4-TiN導電陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性,而Si3N4-TiC在高溫下則轉變?yōu)镾i3N4-TiC0.5N0.5-SiC導電陶瓷。高含
3、量TiN和TiC的增加均有助于提高Si3N4的硬度,但降低其斷裂韌性。與TiN相比,TiC可以更好地改善Si3N4致密化、導電性能及電火花加工性能。在電火花加工過程中,材料去除機制主要為Si3N4氧化和高溫分解。Si3N4基導電陶瓷的電阻率和Si3N4含量越低,其電火花加工后表面粗糙度和材料去除率越低。
然后以TiC0.5N0.5粉為導電第二相,利用熱壓燒結制備了Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷,研究了TiC0.5N0.5
4、含量對其力學、電學、PVD涂層和切削加工性能的影響。研究表明:Si3N4-TiC0.5N0.5陶瓷具有較好的高溫穩(wěn)定性,TiC0.5N0.5含量的增加可以降低Si3N4陶瓷電阻率,并改善硬度,但降低抗彎強度。同時,TiC0.5N0.5含量的增加可以改善Si3N4陶瓷刀具表面的PVD涂層厚度、結合強度和硬度,進而有效提高刀具耐磨損性能和切削壽命。其刀具的磨損機制均以機械摩擦導致的磨粒磨損為主,伴隨少量粘結磨損。
最后采用ZrB2
5、粉作為導電第二相,首次利用熱壓燒結工藝制備了Si3N4-ZrB2陶瓷,并對其化學反應性、致密化和熱穩(wěn)定性進行探索性研究。
研究表明:在N2氣氛高溫熱壓燒結過程中Si3N4-ZrB2陶瓷會發(fā)生化學反應,在1500℃時反應較弱,在1600℃或更高溫度時會發(fā)生顯著反應,其反應產(chǎn)物可能包含ZrN、BN、ZrSi2、SiC或者Si,具體的產(chǎn)物組成取決于燒結溫度。通過加入復合燒結助劑可在1500℃制備致密的Si3N4-20vol.%ZrB
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