新型梯度功能陶瓷刀具材料的设计模型

本文首次提出对陶瓷刀具材料的组成分布，微观结构进行设计以形成梯度模型，通过不同组成分布的刀具工作过程中的热应力，机械应力及材料制备过程中的残余热应力进行了模拟，以使刀具材料内部形成与外载应力部分抵消的机制，从而提高陶瓷刀具抗磨损破损的性能。     

梯度功能陶瓷刀具材料的残余应力设计及制备

根据陶瓷刀具切割时刀楔内的应力分布规律及刀具损坏机理的分析，首次提出以陶瓷刀具材料的组成分布进行设计以及梯度的模型，通过对不同组成分布的刀具材料制备过程中的残余应力及刀具切削过程中的热应力，机械应力进行模拟，以残余应力与外加应力部分抵消为目标优化设计了梯度组成分布，按设计结果，采用粉末铺填－热压烧结工艺研制成功Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ系梯度功能陶瓷刀具材料。     

氧化锆基梯度功能材料的设计、制备与性能优化

以石墨为单相润滑剂,设计、制备了梯度层热膨胀系数呈连续变化的氧化锆基功能梯度材料,研究了结构参数与梯度材料力学性能的关系。结果表明:通过调节石墨在复合材料中的空间分布特征,可实现对材料内残余应力大小的调节,进而实现材料力学性能的优化。增大梯度层数和承载层厚度均有利于梯度材料力学性能的提高。梯度指数p为2.5时,材料具有最佳的抗弯强度,抗弯强度可达750 MPa。材料的梯度结构设计实现了陶瓷复合材料的结构/润滑功能一体化。     

自润滑陶瓷刀具切削过程中的减摩机理研究

采用热压法CaF2作为添加剂,Al2O3/TiC(LT55)作为基体制备出了自润滑陶瓷刀具,并对其进行了干切削试验.在切削过程中,在刀具前刀面上能形成自润滑膜,从而使刀具具有减摩性能.用扫描电镜观察了前刀面和后刀面微观结构.LT55在切削加工45钢时,Al2O3/TiC/CaF2(ATF)自润滑陶瓷刀具前刀面的平均摩擦系数比未添加固体润滑剂的LT55陶瓷刀具显著降低,其主要原因是在ATF自润滑陶瓷刀具的前刀面上形成了一层固体润滑膜,这层润滑膜可起到减摩作用.自润滑刀具在切削过程中,自润滑膜经历生成、破损、脱落、再生成的循环过程,因此,ATF自润滑陶瓷刀具在其整个生命周期内都具有自润滑效果.自润滑刀具后刀面不存在固体润滑膜,具有较明显的磨料磨损特征.     

放电等离子烧结技术在陶瓷材料制备中的应用

放电等离子烧结(SPS)作为一种先进的材料制备技术,与传统烧结方法相比,在材料制备效率及所制备的材料的性能方面都有明显的提高,因而引起了世界范围的关注与深入研究。基于相关文献报道,本文针对SPS技术在陶瓷材料中应用中的若干基础问题进行了评述,分别就陶瓷SPS过程中的等离子放电现象、温度与温度场分布、电流电场的促进作用、升温制度选择与设置、压力的作用与使用、模具的设计与开发等控制参数对材料烧结行为、微观结构与宏观性能的影响进行了讨论,并简要介绍了纳米陶瓷SPS过程中微观结构自发均匀化现象。     

新型陶瓷刀具的机械应力分析

计算了梯度功能陶瓷刀具和普通陶瓷刀具内的最大Mises应力，最大剪应力和最大拉应力。在低速切削时梯度功能陶瓷和普通陶瓷刀具内机械应力场基本相同，前刀面的破损形式基本一样。     

环氧树脂／聚氨酯梯度聚合物的弯曲性能研究

考察了不同层数的环氧树脂/聚氨酯(EP/PU)梯度聚合物弯曲性能,采用有限元法分析了材料在弯曲状态下的应力分布,从理论上解释了EP/PU梯度材料弯曲性能的试验结果,并与相同组成的均质材料进行了比较.研究发现:EP/PU梯度材料的弯曲强度和模量随梯度层数的增加而增加,当梯度层数超过5层以后,EP/PU梯度材料的弯曲强度高于相同组成的均质材料.有限元分析结果表明:在EP/PU梯度材料中,应力的分布与各层材料承受的强度相匹配,即应力大的部位材料的强度也越大.梯度层越多,各层之间强度变化越小,应力变化越为缓和,且应力分布与材料强度之间匹配越好,在受外力时,材料断裂强度越高.梯度材料中应力分布方式的理论计算结果很好的解释了实测的各种梯度材料强度变化规律.     

A1N陶瓷低温烧结过程中氧化控制与性能研究

采用纳米级的A1N粉并以Y2O3-CaF2作烧结助剂于1600℃下制备A1N陶瓷,对AlN陶瓷物相组成、相对密度、微观结构和热性能进行了表征,针对A1N陶瓷烧结过程中易氧化的问题,分析了氮化铝陶瓷在烧结过程中氧化的机理,提出了防止A1N陶瓷制备过程中氧化的措施。研究表明：将A1N坯体置于含有一定量碳粉的A1N埋粉中于N2气氛下烧结,生成还原性气体CO,有效避免了A1N烧结过程中的氧化问题。其中添加3wt％Y2O3-2wt％CaF2作烧结助剂,1600℃常压条件下制备了高热导率的致密A1N陶瓷。     

锆溶胶制备及其对刚玉莫来石复相陶瓷性能的影响

采用溶胶-凝胶法合成了锆溶胶,并在刚玉-莫来石质材料中引入ZrO2,分析了ZrO2溶胶对刚玉-莫来石复相陶瓷性能的影响特征。研究结果表明,ZrO2在主体材料中形成纳米包裹薄膜,ZrO2的分布可控和均匀掺入,不仅提高复相陶瓷的抗热震性、高温强度及蠕变性,而且还使微观结构可控、晶粒尺寸均匀。加入ZrO2溶胶产生氧化锆粒子的应力诱导相变增韧和微裂纹增韧是刚玉-莫来石质材料热震稳定性提高的主要原因。     

半透明氮化硅陶瓷的放电等离子烧结制备及性能

用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)技术,以质量分数(下同)为9%氮化铝(A1N),3%氧化镁(MgO)为烧结助剂,在1850℃烧结5min,成功制备了半透明氮化硅(Si3N4)陶瓷.半透明Si3N4陶瓷在中红外波段表现出良好的透过率,最大透过率为66.4%.SPS的快速致密化过程保证了烧结体具有良好的晶体结构,有利于提高透过率.SPS快速的烧结过程和A1N和MgO的加入能够有效抑制烧结过程中Si3N4陶瓷由α相向β相的转变,是制备光学性能良好的Si3N4陶瓷的关键.报道了半透明Si3N4陶瓷的其他性能.光学性能与其他性能的结合,势必大大拓宽Si3N4陶瓷的应用领域.