納-微米復合陶瓷刀具材料的研制及其制備過程模擬研究.pdf

1、本文針對目前陶瓷刀具綜合力學性能較低的現(xiàn)狀,基于多元多尺度的設(shè)計思想,根據(jù)材料制備時的物理相容性、化學相容性、良好燒結(jié)性等原則,選擇納米Al2O3為基體,并添加微米Al2O3和微米SiC作為第二相,在添加一定量燒結(jié)助劑Ni,Mo和添加劑Y2O3和MgO條件下,采用真空熱壓燒結(jié)工藝,制備了納米Al2O3基復合陶瓷刀具材料,并研究了燒結(jié)工藝對材料力學性能和材料微觀結(jié)構(gòu)的影響,對燒結(jié)材料的摩擦磨損性能進行了分析。建立了材料微觀組織模擬的二維和

2、三維模型,初步模擬了兩相材料的微觀結(jié)構(gòu)。
　　在燒結(jié)溫度為1550℃、1620℃、1690℃時,實驗研究了納米Al2O3基納微米復相陶瓷材料的抗彎強度、斷裂韌度和維氏硬度,并對試樣的斷口形貌進行分析。研究表明,含有Y2O3的A02、A03樣,晶界清晰。在1620℃時,A03樣的抗彎強度為547MPa,斷裂韌性為4.74 MPa·m1/2,維氏硬度為16.69GPa。分析了相同材料在不同燒結(jié)溫度下的力學性能,也分析了相同實驗條件下,

3、材料不同組份對材料力學性能的影響。對比了A04樣,A05樣,A06樣的微觀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)隨著納米 Al2O3含量的降低,微觀組織結(jié)構(gòu)晶界清晰,晶粒大小比較均勻,因此材料具有較好的力學性能。在1620℃時,A06樣的抗彎強度為592MPa,斷裂韌度為4.55MPa·m1/2,維氏硬度為17.12GPa,斷裂方式主要以穿晶斷裂和沿晶斷裂為主,壓痕裂紋以裂紋偏轉(zhuǎn)、裂紋橋聯(lián)和裂紋分枝為主。
　　對所制備的納米Al2O3基復合陶瓷刀具材料進行了

4、摩擦磨損性能實驗研究,采用掃描電鏡觀察了磨損表面的微觀形貌。研究了納米Al2O3基復合陶瓷刀具材料的摩擦磨損機理,納米Al2O3基復合陶瓷刀具材料的摩擦磨損形式主要以粘著磨損和磨粒磨損為主。在不同的法向載荷和轉(zhuǎn)速下,研究了相同材料的摩擦系數(shù)和磨損率的變化規(guī)律。在法向載荷為300N,轉(zhuǎn)速為160r/min的條件下,A01樣、A02樣、A03樣,A04樣,A05樣的磨損率分別是2.41×10-7mm3/N·m、1.19×10-7mm3/N·