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多元多尺度碳化钛基陶瓷刀具研制及切削性能研究

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多元多尺度碳化钛基陶瓷刀具研制及切削性能研究

作者：洪明山东大学

学位级别：硕士

本文针对目前陶瓷刀具综合力学性能较低的难题,基于多元多尺度的设计思想,根据陶瓷基复合材料和陶瓷金属复合材料的设计原则,选择微米AlO和纳米AlO颗粒为添加相,Ni、Co和Mo为金属粘结相,采用液相热压烧结工艺,研制成功了新型多元多尺度... 详细信息

本文针对目前陶瓷刀具综合力学性能较低的难题,基于多元多尺度的设计思想,根据陶瓷基复合材料和陶瓷金属复合材料的设计原则,选择微米AlO和纳米AlO颗粒为添加相,Ni、Co和Mo为金属粘结相,采用液相热压烧结工艺,研制成功了新型多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料,系统研究了其烧结工艺、力学性能和显微组织之间的关系,分析了材料增韧补强机理,研究了新型陶瓷刀具的切削性能。实验研究了在相同的烧结温度下,纳米AlO含量的变化对多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料显微组织和力学性能的影响;在相同的烧结温度下,微米AlO含量的变化对多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料显微组织和力学性能的影响;以及烧结温度的变化对多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料显微组织和力学性能的影响。研制成功了新型多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料TA10A5(微米AlO的含量为10vol%和纳米AlO的含量为5vol%),其最佳烧结工艺条件为烧结温度1600℃、保温25min和压力25MPa,TA10A5的抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为901MPa、8.46MPa·m和20.43GPa。对显微组织的研究表明,微米AlO和纳米AlO的加入明显起到了细化晶粒的作用,断口粗糙,晶粒拔出和穿晶断裂明显增多,致密度上升。金属相的塑性变形和裂纹桥连增韧对材料韧性的贡献比较大。研究了多元性和多尺度对新型多元多尺度TiC基纳米复合陶瓷刀具材料增韧补强机理的影响。金属相Ni、Co和Mo对基体具有良好的润湿性,可以增强界面结合强度,产生裂纹桥联、裂纹穿晶和裂纹偏转作用;多尺度的AlO颗粒能抑制基体颗粒的长大,对基体产生增强作用,同时产生裂纹偏转、裂纹钉扎和残余应力增韧机制,AlO颗粒还容易诱发位错,产生位错增韧补强作用。多尺度AlO颗粒产生残余应力场增韧和裂纹偏转增韧机理,晶内型纳米AlO颗粒在基体颗粒中形成亚晶界,同时金属相和晶界上纳米AlO颗粒对基体晶界的强化作用,容易诱发穿晶断裂。研究了新型陶瓷刀具TA10A5连续切削淬火40Cr、球墨铸铁、调质45#钢和淬火45#钢时的切削性能,并与已经商业化的陶瓷刀具LT55的切削性能进行了对比。结果表明:TA10A5刀具比较适合低速下连续切削淬火40Cr合金钢和高速切削45#钢,后刀面的磨损量比较小,加工表面质量也优于商业化的LT55刀具;TA10A5刀具不适合连续切削球墨铸铁,刀具的前、后刀面的磨损量都随时间的增加迅速增加,没有出现正常磨损阶段。TA10A5刀具在切削这四种材料时加工表面质量都较高,因此较适合用于对这四种材料的精加工。

关键词：多元多尺度纳米复合陶瓷 TiC 增韧补强切削性能

c-BN增强(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料的研制

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工具技术 2018年第1期52卷 34-39页

作者：李祥龙方斌牌君君徐明马宵齐鲁工业大学

采用热压烧结制备了不同亚微米级c-BN含量的(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料,用热场发射扫描电子显微镜及能谱仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪对材料的微观组织结构和力学性能进行了研究。结果表明:添加c-BN可改善材料的力学性能,当c-B... 详细信息

采用热压烧结制备了不同亚微米级c-BN含量的(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具材料,用热场发射扫描电子显微镜及能谱仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪对材料的微观组织结构和力学性能进行了研究。结果表明:添加c-BN可改善材料的力学性能,当c-BN含量为1.5wt%时,(Ti,W)C基复合金属陶瓷刀具的性能最优,其抗弯强度达到917MPa,断裂韧性为9.27MPa·m^(1/2),维氏硬度为20.64GPa;适量c-BN可起到细化晶粒、减少气孔缺陷和提高致密度的作用,复合材料由沿晶断裂为主转变为穿晶断裂为主;在c-BN复合(W,Ti)C基金属陶瓷刀具材料中,主要的增韧补强机理有晶粒细化、颗粒桥联、裂纹偏转和裂纹分叉。

关键词： c-BN (Ti W)C 热压烧结金属陶瓷增韧补强

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MoSi2复合材料体系及其组织与性能

湖北理工学院学报 2019年第4期35卷 55-63页

作者：章菊萍张玉成余熙明张天培谢辉湖北理工学院材料科学与工程学院湖北黄石435003 武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学钢铁冶金新工艺湖北省重点实验室湖北武汉430081

以增强相MoSi2复合材料和MoSi2复合涂层为对象,讨论并归纳了各种MoSi2复合材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与抗氧化性能等关键问题,指出将SiC,Al2O3,Mo5Si3等作为增强相引入MoSi2基体中,基于裂纹偏转和纤... 详细信息

以增强相MoSi2复合材料和MoSi2复合涂层为对象,讨论并归纳了各种MoSi2复合材料体系的制备工艺、物相成分、组织形貌、增韧补强机制、力学与抗氧化性能等关键问题,指出将SiC,Al2O3,Mo5Si3等作为增强相引入MoSi2基体中,基于裂纹偏转和纤维拔出等机理,可以提高材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性。其原因在于MoSi2复合涂层在高温时生成玻璃相SiO2,填补了涂层内部孔隙,可有效阻挡氧气进入涂层内部,在材料的高温抗氧化过程中起至关重要的作用。

关键词： MoSi2复合材料增强相涂层增韧补强抗氧化

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自生晶须强韧化莫来石材料的研究

中国陶瓷 2001年第3期37卷 4-6页

作者：张旭东何文沈建兴山东轻工业学院材料科学与工程系 250100

采用溶胶—凝胶法制备Al2 O3 -SiO2 粉料 ,并通过二步加热处理工艺制备自生晶须莫来石材料。研究结果表明 ,凝胶胶化时间、干凝胶预烧温度和粉料粒度以及生坯密度对自生晶须有重要影响。

关键词：莫来石自生晶须增韧补强溶胶-凝胶法制备氧化铝-氧化硅粉料

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氧化锆增韧陶瓷材料的结构性能和应用

陶瓷科学与艺术 2005年第3期39卷 4-8,25页

作者：夏傲陕西科技大学咸阳712081

介绍了ZrO2的结构、性能,ZrO2增韧陶瓷材料的生产工艺及应用,并论述了ZrO2增韧补强的机理。

关键词：氧化锆增韧剂增韧补强结构性能陶瓷材料氧化锆增韧应用 ZrO2增韧生产工艺

TiC/(Al_2O_3/Y-TZP)纳微米复合陶瓷材料的性能及显微结构研究

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机械工程师 2008年第9期 31-32页

作者：赵诗奎许崇海张荣波冯曰美孝煦山东轻工业学院机械工程学院山东大学机械工程学院济南250061

采用热压烧结制备了TiC/(Al2O3/Y-TZP)纳微米复合材料,用SEM观察了复合材料断口形貌和微观结构,研究了纳米TiC含量对复合材料的力学性能的影响,结果表明:20%TiC(15% Al2O3/5Y-TZP)复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性高达620MPa、6.8MPa·m1/2。

关键词： Y—TZP TiC 增韧补强力学性能

SiCw／Al_2O_3复合材料的研究现状与发展趋势

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西南工学院学报 1995年第2期10卷 8-14页

作者：杨世源郑昌琼冉均国李家杰西南工学院四川联合大学自贡硬质合金厂

本文介绍了国内外对ＳｉＣｗ／Ａｌ＿Ｏ＿３复合材料研究现状，并从工艺的角度，分析了影响复合材料性能的主要因素。

关键词：碳化硅晶须增韧补强复合材料陶瓷

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影响纳米陶瓷刀具材料力学性能的主要因素

机械工程师 2003年第9期 11-13页

作者：刘含莲黄传真王随莲孙静邹斌艾兴山东大学机械工程学院先进射流工程技术研究中心山东济南250061

纳米复相陶瓷材料具有较高的抗弯强度和断裂韧性,可以作为高性能的刀具材料,其增韧补强机制主要源于基体晶粒的细化及由沿晶断裂向穿晶断裂模式的转变,同时热处理对微裂纹的愈合作用也不可忽视。文中根据其强韧化机理并结合实验研究,对... 详细信息

纳米复相陶瓷材料具有较高的抗弯强度和断裂韧性,可以作为高性能的刀具材料,其增韧补强机制主要源于基体晶粒的细化及由沿晶断裂向穿晶断裂模式的转变,同时热处理对微裂纹的愈合作用也不可忽视。文中根据其强韧化机理并结合实验研究,对研制高性能纳米陶瓷刀具材料需考虑的主要因素进行了探讨。

关键词：纳米复合陶瓷刀具材料增韧补强

一种碳纤维增韧羟基磷灰石生物陶瓷材料的方法

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高科技纤维与应用 2018年第1期43卷 59-60页

本发明属于材料科学与生物医学的交叉领域，特别涉及一种羟基磷灰石为基体，2．5旦机织碳纤维为增韧补强体的复合生物陶瓷材料的方法。该生物陶瓷材料由羟基磷灰石、2．5旦机织碳纤维为原料制备而成，本发明的特征是：按羟基磷灰石80％... 详细信息

本发明属于材料科学与生物医学的交叉领域，特别涉及一种羟基磷灰石为基体，2．5旦机织碳纤维为增韧补强体的复合生物陶瓷材料的方法。该生物陶瓷材料由羟基磷灰石、2．5旦机织碳纤维为原料制备而成，本发明的特征是：按羟基磷灰石80％-90％、2．5旦机织碳纤维10％-20％的体积百分比准备原料；对2．5旦机织碳纤维进行表面预处理并装模在真空中进行热压烧结；烧结温度1300～1350％，烧结压力20～30MPa，保温时问为25～35min。

关键词：生物陶瓷材料羟基磷灰石碳纤维纤维增韧原料制备生物医学材料科学增韧补强