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。  

烧结工艺对Si_3N_4/TiC纳米复合陶瓷材料微观结构及力学性能的影响

以La2O3和Y2O3作为复合烧结助剂,采用热压烧结法制备了Si3N4基复合陶瓷材料。研究了保温时间和烧结助剂含量对复合材料微观结构及力学性能的影响。研究表明:所制备的Si3N4/TiC陶瓷复合材料的微观结构呈现纵横交错、相互嵌套的结构,晶粒尺寸呈现明显的双峰分布特征,单位面积内晶粒数量与烧结助剂含量之间呈线性降低关系。当烧结助剂质量含量为8%时,该复合陶瓷材料具有最优的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别达到943MPa,8.38MPa·m1/2和16.67GPa。  

陶瓷涂层三明治板的抗热震性

采用解析法研究了第3类边界条件下双面陶瓷涂层三明治板的瞬态温度场及瞬态热应力场.对不同Biot模数的热冲击过程中,Al2O3涂层/硬质合金(WC-8%Co,质量分数)基体/Al2O3涂层三明治板的瞬态热应力进行了数值计算.分析了涂层/基体厚度比、涂层与基体热-物理性能匹配对陶瓷涂层三明治板表面热应力峰值的影响.结果表明:陶瓷涂层三明治板的基体的热导率、线膨胀系数和弹性模量应高于涂层,这样可以降低其表面热应力,获得高抗热震性陶瓷涂层三明治板.此外,涂层厚度应尽可能小,以利于改善涂层的抗热震性.  

Si3N4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料氧化行为

在微米Si3N4基体中加入纳米Si3N4及TiC颗粒,以Al2O3和Y2O3作为助烧结剂,通过热压烧结制备了Si3N4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料,研究了该材料在800～1 250℃时的氧化行为.结果表明:该类材料的氧化特性符合抛物线规律;随TiC含量的增加,材料的抗氧化性能降低.由氧化后样品的X射线衍射谱分析可知:氧化表面生成SiO2和TiO2,表面仅余微量的Si3N4和TiC成分,表明经1 250℃,100h氧化后,样品表面几乎被氧化物覆盖.Si3N4/TiC(含有10%纳米Si3N4和15%TiC,质量分数)纳米复合材料在经过900℃,100h氧化后,其强度无明显下降;但经过1000℃,100h的氧化后,材料的强度已经降至氧化前的41%.扫描电镜观察表明裂纹的生成及扩展是引起强度降低的主要原因.  

SiC晶须增韧Al_2O_3陶瓷刀具材料的增韧特性及其对刀具破损的影响

在微观结构研究的基础上,分析了SiC晶须增韧Al_2O_3陶瓷刀具材料的增韧特性和机理。由于受热压过程的影响而造成晶须在基体中定向排布于垂直热压轴方向的平面中,因此不同方向的增韧效果有所差异,而且选取不同平面作为刀具前刀面时在切削中抗破损能力亦不同。研究表明,断续切削时,由于刀头內应力分布的影响,选用平行于热压轴方向的平面作为前刀面将使其获得更高的抗破损能力。  

Al2O3—TiB2陶瓷刀具材料的研制及其耐磨性能研究

本文研制成功了一种新型陶瓷刀具材料即Al_2O_3-Ti B_2陶瓷刀具材料。文中讨论了该材料的研制方法,力学性能和微观结构特点,并对该材料的磨损行为和磨损机理进行了研究。结果表明:Ti B_2粒子的弥散可以明显提高该材料的耐磨性。加工淬火钢时该材料的抗磨损能力明显优于Al_2O_3-TiC陶瓷刀具材料。Al_2O_3-Ti B_2陶瓷刀具材料的磨损过程主要受粘着、耕犁和微破损机制的控制。  

SiCw增韧Al2O3／TiB2陶瓷复合材料的研究

根据对晶须与基体材料的热胀失配的分析，计算得出了Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２／ＳｉＣｗ三元复合材料中ＳｉＣｗ的临界体积分数。采用ＴｉＢ２颗粒增韧和ＳｉＣｗ增韧两种途径来改善Ａｌ２Ｏ３的脆性，得到此复合材料的抗弯强度为７４０ＭＰａ，断裂韧性为７．７ＭＰａ·ｍ＾１／２。分析表明：当ＳｉＣｗ含量大于临界体积分数时，强度大幅降低的主要原因是由于致密度的降低和热残余拉应力的增大。  

晶须含量对Al2O3＋SiCw陶瓷刀具切削加工时磨损和破损的影响

晶须含量不同将影响到Ａｌ＿２Ｏ＿３３＋ＳｉＣ＿ｗ陶瓷刀具材料的力学性能，由此将进一步影响到该刀具材料切削加工时的抗磨损和破损性能。本文试验了不同晶须含量的Ａｌ＿２Ｏ＿３＋ＳｉＣ＿ｗ陶瓷刀具在连续切削时的抗磨损性能和断续切削时的抗破损性能。结果表明，晶须含量对该刀具材料的磨损和破损有很大的影响。因此在实际应用中应根据刀具损坏方式的不同分别选用不同晶须含量的Ａｌ＿２Ｏ＿３＋ＳｉＣ＿ｗ刀具材料，以充分发挥该刀具材料的增韧补强效果。  

Al2O3—TiB2陶瓷刀具材料的高温氧化及其对刀具耐磨性能的影响

研究了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２陶瓷刀具材料在１０００℃下的氧化行为，用ＸＲＤ、ＳＥＭ分析了氧化后的相组成及显微结构。结果表明：Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２陶瓷材料在１０００℃空气中氧化增重符合抛物线规律；随ＴｉＢ２含量的增加，该材料的抗氧化能力下降。