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文檔簡介
1、本文針對高速硬態(tài)干式切削對刀具材料的要求,從提高陶瓷刀具材料的綜合力學性能出發(fā),首次提出了多元多尺度納米復合陶瓷刀具材料的設(shè)計思想。基于此思想,選擇不同的多元多尺度陶瓷顆粒復合Al2O3基體,成功制備出四種具有高綜合力學性能的新型陶瓷刀具材料。從熱壓燒結(jié)工藝、顯微結(jié)構(gòu)及其與力學性能的關(guān)系等方面,深入研究了多元多尺度納米復合陶瓷刀具材料的增韌補強機理,發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)/晶間混合型微觀結(jié)構(gòu)和穿晶/沿晶混合斷裂模式,是陶瓷刀具復合材料強韌性提高的主要
2、原因。對新型陶瓷刀具切削性能的研究表明,多元多尺度納米復合陶瓷刀具的研制成功為高性能陶瓷刀具的進一步開發(fā)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。提出了多元多尺度納米復合陶瓷刀具材料的設(shè)計思想。添加相中有一相處于納米級,通過多元多尺度復合,充分發(fā)揮微米增韌、納米補強及多元互補的優(yōu)勢,提高復合陶瓷刀具材料的綜合力學性能。本文設(shè)計了多元多尺度納米復合材料的理想顯微結(jié)構(gòu),即不同微米組元晶間分布、納米顆粒晶內(nèi)/晶間混合型分布。從裂紋擴展路徑出發(fā),論證了多元多尺度納米復
3、合刀具材料可形成穿晶/沿晶混合的斷裂模式,消耗更多斷裂能,從而有利于提高刀具材料的抗彎強度和斷裂韌性。根據(jù)膠體化學中懸浮液的穩(wěn)定機制,對不同的納米陶瓷粉末進行了液相分散研究,通過優(yōu)化分散劑種類、分散介質(zhì)、懸浮液的pH值以及分散劑的加入量等參數(shù),結(jié)合超聲分散及機械攪拌工藝,實現(xiàn)了納米粉末及混合粉末的均勻分散。研制成功了多元納米復合陶瓷刀具材料AAS(Al2O3/Al2O3n/SiCn),其抗彎強度為796MPa、斷裂韌性為5.01MPa·
4、m1/2、硬度21.32GPa。納米Al2O3與納米SiC的共同作用,使AAS復合材料在較低的燒結(jié)溫度和較短的保溫時間內(nèi)即可獲得高的致密度和細化的晶粒。由沿晶斷裂向穿晶斷裂模式的轉(zhuǎn)變是其力學性能提高的主要原因之一。研制成功了新型多尺度納米復合陶瓷刀具材料ASs(Al2O3/SiCμ/SiCn),其力學性能為抗彎強度715MPa、斷裂韌性8.2MPa·m1/2、硬度22.57GPa,與單一添加微米SiC或納米SiC的復合材料相比,其抗彎強
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