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烧结Si_3N_4基陶瓷刀具材料制备和性能

收藏本文 2024-01-23 点赞:5325 浏览:16348 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:氮化硅基陶瓷刀具适合切削铸铁、高温合金和镍基合金等材料,尤其适用于较大进给量或断续切削。与一般Al203基陶瓷比较,其主要特点是具有较高的抗弯强度和断裂韧性,但由于烧结困难、硬度及耐磨性偏低,其运用于陶瓷刀具材料的探讨相对滞后于Al203基陶瓷。采取粒径为0.8μm和0.35μm的Si3N4初始粉,6wt%Y203和2wt%Al2O3作烧结助剂。为了提升氮化硅基陶瓷刀具材料的强度、韧性和利用寿命,添加少量(1vol%-3vol%)的TiCo.7No.3超细粉作为硬质第二相,在1650℃和30MPa压力下真空热压烧结。实验检测了材料的密度、强度、韧性和硬度,扫描电镜和XRD用于浅析材料的纤维组织和物相。实验结果表明,添加少量TiCo.7No.3阻止了部分晶粒的长大,使不同直径和不同长径比的B-Si3N4晶粒相互交错、紧密结合,以而达到了增强补韧的效果。添加1vol%TiC0.7N0.3的试样的抗弯强度和断裂韧性分别为916MPa和9.47MPa·m1/2。对添加1vol%TiCo.7No.3的试样分别在1650℃、1700℃、1750℃和30MPa压力下真空热压烧结。结果表明,随热压温度的升高,材料的相对密度、强度和断裂韧性增加,试样的显微组织仍为不同直径和不同长径比的B-Si3N4晶粒相互交错。热压烧结温度为1750℃时的相对密度、抗弯强度和断裂韧性分别达到99.22%、993MPa和9.81MPa·m1/2。为了提升氮化硅基陶瓷刀具材料的硬度和耐磨性,在含lvol%TiC0.7N0.3的试样中分别添加5wt%和10wt%的立方氮化硼(CBN),在1750℃和30MPa压力下热压烧结。结果表明,在烧结历程中CBN发生了相变,转变为了六方氮化硼,并且与烧结助剂Y203反应生成了YBO3,造成液相量过低。这两个理由导致材料的性能严重下降。在本探讨中,氮化硅基复合陶瓷刀具材料通过细晶强化、非相变第二相颗粒增韧、裂纹桥接、裂纹偏转和β-Si3N4的晶粒拔出等机制得到补强增韧。关键词:Si_3N_4论文陶瓷刀具论文热压烧结论文TiC_(0.7)N_(0.3)论文自增韧论文CBN论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    第1章 绪论10-30

    1.1 陶瓷刀具材料概述10-13

    1.1.1 陶瓷刀具材料的基本特点10-11

    1.1.2 陶瓷刀具材料的种类、探讨进展及其主要性能11-13

    1.2 氮化硅基陶瓷刀具材料13-22

    1.2.1 氮化硅陶瓷材料的基本结构和性能特点13-15

    1.2.2 陶瓷材料的补强增韧途径15-19

    1.2.3 几种主要的补强增韧机理19-22

    1.3 氮化硅基陶瓷刀具材料的制备工艺22-29

    1.3.1 混合粉体的分散22-25

    1.3.2 氮化硅基陶瓷刀具材料的烧结工艺25-29

    1.4 实验的目的、作用及主要探讨内容29-30

    第2章 实验策略30-42

    2.1 实验流程30

    2.2 实验原料与设备30-31

    2.3 沉降实验31-32

    2.4 氮化硅基陶瓷刀具材料的热压烧结32-34

    2.4.1 烧结助剂的选择及用量32-33

    2.4.2 热压烧结工艺的确定33-34

    2.5 向氮化硅基陶瓷刀具材料中添加少量TIC_(0.7)N_(0.3)34-35

    2.6 不同热压温度制备氮化硅基陶瓷刀具材料35

    2.7 向氮化硅基陶瓷刀具材料中添加一定量的立方氮化硼35

    2.8 性能的检测策略35-42

    2.8.1 复合材料密度和气孔率的检测35-36

    2.8.2 硬度的测量36-38

    2.8.3 抗弯强度的测量38-39

    2.8.4 断裂韧性的测量39-41

    2.8.5 X射线物相浅析41

    2.8.6 扫描电镜观察断口及表面形貌41-42

    第3章 实验结果与浅析42-64

    3.1 混合粉体分散条件的优化42-46

    3.1.1 分散剂PAA用量对沉降量的影响42-43

    3.1.2 分散介质的pH值对沉降量的影响43-46

    3.2 烧结助剂添加量的确定46-47

    3.3 TIC0.7N0.3对氮化硅基陶瓷刀具材料组织性能的影响47-55

    3.3.1 烧结前后的XRD物相浅析47-49

    3.3.2 TiC_(0.7)N_(0.3)添加量对材料力学性能的影响49-50

    3.3.3 TiC_(0.7)N_(0.3)添加量对材料微观组织结构的影响50-55

    3.4 热压烧结温度对氮化硅基陶瓷刀具材料组织性能的影响55-60

    3.4.1 不同热压温度试样的XRD物相浅析55-56

    3.4.2 热压温度对材料力学性能的影响56-57

    3.4.3 热压温度对材料微观组织结构的影响57-60

    3.5 立方氮化硼(CBN)对氮化硅基陶瓷刀具材料组织性能的影响60-64

    3.5.1 烧结前后的XRD物相浅析60-61

    3.5.2 添加CBN对材料力学性能的影响61-62

    3.5.3 添加CBN对材料微观组织结构的影响62-64

    第4章 结论64-66

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