多元多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究.pdf

1、本文針對(duì)高速硬態(tài)干式切削對(duì)刀具材料的要求,從提高陶瓷刀具材料的綜合力學(xué)性能出發(fā),首次提出了多元多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的設(shè)計(jì)思想。基于此思想,選擇不同的多元多尺度陶瓷顆粒復(fù)合Al2O3基體,成功制備出四種具有高綜合力學(xué)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(xué)性能的關(guān)系等方面,深入研究了多元多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)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(fù)合材料強(qiáng)韌性提高的主要

2、原因。對(duì)新型陶瓷刀具切削性能的研究表明,多元多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具的研制成功為高性能陶瓷刀具的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。提出了多元多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具材料的設(shè)計(jì)思想。添加相中有一相處于納米級(jí),通過(guò)多元多尺度復(fù)合,充分發(fā)揮微米增韌、納米補(bǔ)強(qiáng)及多元互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì),提高復(fù)合陶瓷刀具材料的綜合力學(xué)性能。本文設(shè)計(jì)了多元多尺度納米復(fù)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(kuò)展路徑出發(fā),論證了多元多尺度納米復(fù)

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(qiáng)度和斷裂韌性。根據(jù)膠體化學(xué)中懸浮液的穩(wěn)定機(jī)制,對(duì)不同的納米陶瓷粉末進(jìn)行了液相分散研究,通過(guò)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(jī)械攪拌工藝,實(shí)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(fù)合陶瓷刀具材料AAS(Al2O3/Al2O3n/SiCn),其抗彎強(qiáng)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(fù)合材料在較低的燒結(jié)溫度和較短的保溫時(shí)間內(nèi)即可獲得高的致密度和細(xì)化的晶粒。由沿晶斷裂向穿晶斷裂模式的轉(zhuǎn)變是其力學(xué)性能提高的主要原因之一。研制成功了新型多尺度納米復(fù)合陶瓷刀具材料ASs(Al2O3/SiCμ/SiCn),其力學(xué)性能為抗彎強(qiáng)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(fù)合材料相比,其抗彎強(qiáng)