Al-,2-O-,3-基納米復合陶瓷模具材料的研制及其摩擦磨損行為研究.pdf

1、本文針對成形模具對陶瓷材料的要求，從提高陶瓷模具材料的綜合力學性能出發(fā)，選用具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕、原料分布廣泛的Al2O3陶瓷為基體，采用納米復合方法制備出具有較高綜合力學性能的納米復合陶瓷模具材料。從熱壓燒結工藝、微觀結構及其與力學性能的關系等方面，系統(tǒng)研究了納米復合陶瓷模具材料的增韌補強機理，發(fā)現(xiàn)晶內/晶間混合型的微觀結構和穿晶/沿晶混合斷裂模式，是納米復合陶瓷模具材料強韌化提高的主要原因。 根據(jù)膠體化學理論中

2、的懸浮液的穩(wěn)定機制，采用起空間位阻穩(wěn)定作用的PEG為分散劑，對不同的納米陶瓷粉體進行了液相分散研究，通過優(yōu)化PEG分散劑的分子量、加入量以及懸浮液的pH值等參數(shù)，結合超聲分散及機械攪拌工藝，得到了分散均勻的納米粉體及其混合粉體的穩(wěn)定懸浮液。 探討了組分含量、燒結工藝對納米復合陶瓷模具材料微觀結構和力學性能的影響，研制成功了納米復合陶瓷模具材料Al2O3/Ti(C7N3)，其抗彎強度為789MPa、斷裂韌性為8.1MPa.m1/2

3、、硬度16.4GPa。與單一的微米Al2O3陶瓷材料相比，其抗彎強度和斷裂韌性都得到大幅提高。在致密的燒結陶瓷中，納米Ti(C7N3)與微米Al2O3形成了典型的晶內/晶間混合型結構，裂紋從晶間到晶內再到晶間的路徑擴展，消耗了更多的斷裂能，形成了沿晶/穿晶混合的斷裂模式，是其綜合力學性能得到較大提高的主要原因。表面壓痕裂紋的偏轉和橋聯(lián)及裂紋分支和顆粒拔出，是復合材料韌性提高的表現(xiàn)。 對納米復合陶瓷模具材料進行了摩擦磨損性能實驗研

4、究，并對其磨損表面微觀形貌進行了觀察和分析，探討了Al2O3/Ti(C7N3)納米復合陶瓷模具材料的磨損機理。研究結果表明，在法向載荷50～150N、摩擦轉速為70r/min和140r/min干摩擦條件下，純Al2O3陶瓷的摩擦系數(shù)為0.58～0.8，Al2O3/Ti(C7N3)納米復合陶瓷模具材料的摩擦系數(shù)為0.45～0.65；純Al2O3陶瓷磨損率的數(shù)量級為10-14m3/N·m，Al2O3/Ti(C7N3)納米復合陶瓷模具材料磨損