微波烧结SiAlON陶瓷立铣刀力学性能和切削性能研究

采用微波烧结方法制备了用于磨削SiAlON陶瓷立铣刀的棒料,研究了压制方式及压力对微波烧结SiAlON陶瓷棒料微观结构和力学性能的影响规律,制备了SiAlON陶瓷立铣刀,并对其切削性能进行了研究。结果表明:对于大长径比SiAlON陶瓷,径向压制可以获得密度分布更加均匀的生坯,压制压力为100MPa时,SiAlON陶瓷试样无微观缺陷,具有良好的机械性能。微波烧结的SiAlON陶瓷立铣刀可用于镍基高温合金高速切削,刀具寿命是进口涂层刀具的2倍。

cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷及刀具的制备与性能

采用放电等离子烧结技术,通过原位生成TiN包覆cBN(cBN@TiN)颗粒制备了cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷,研究了其物相组成、微观形貌、力学性能以及制成的可转位刀具连续干式切削球墨铸铁时的切削性能,并与β-Sialon陶瓷及刀具进行对比分析。结果表明:cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷由β-Sialon、cBN和TiN相组成,其抛光态表面无明显气孔,cBN@TiN颗粒均匀分布,未发生明显脱落,基体相晶粒呈等轴状和长棒状;cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷的相对密度和晶粒尺寸与β-Sialon陶瓷相近,硬度和断裂韧性分别为(17.40±0.11)GPa和(6.19±0.10)MPa·m^(1/2),高于β-Sialon陶瓷;与β-Sialon陶瓷刀具相比,cBN@TiN/β-Sialon复合陶瓷刀具的耐磨性更好,切削寿命更长。

TiN增强SiAlON复合物采用传感器辅助快速微波加热法在单模腔中的烧结

本研究将17%Ti N增强α-β Si Al ON复合物在传感器辅助的微波加热系统中进行烧结。探索了Ti N的加入对粉状原料介电性能的影响,以及烧结温度对α-β Si Al ON复合物相变、微观结构演变及其机械性能的影响。结果表明Ti N的加入加强了微波吸热的效能,这在烧结温度峰值上得到了体现。α∶β比值因此降低了,各项机械性能得到了改善,突出表现在复合物断裂韧性的改善方面。另外,本研究列出了针对实验室微波辅助烧结过程的能量消耗估算数据。最终,本研究确定获得最高相对密度(97.1%)、维氏硬度(13.35±0.47 GPa)以及断裂韧性(7.52±0.54 MPa·m^(1/2))的试验条件为1 300℃下烧结30 min。

硅铝系固体废弃物合成Sialon材料的研究进展

以硅铝系固体废弃物为原料合成Sialon环境材料,不仅为固体废弃物的深度利用提供了一条新的思路,而且为Sialon材料的廉价合成提供了一条新的绿色工艺.简单介绍了冶金-高炉钙硅铝(钛)废渣、大宗能源系富含硅铝矸石尾矿、电厂铝硅铁灰渣、高硅多杂江河淤泥沙、稀土及贵金属伴生硅酸盐选矿后尾矿等硅铝系固体废弃物的概况,详细阐述了硅铝系固体废弃物合成Sialon材料的国内外发展现状,并对其发展前景进行了展望.

Sialon基陶瓷材料的研究进展及应用

Sialon基陶瓷材料因具有优异的性能 ,一直是材料科学领域关注的焦点 ,Sialon陶瓷的研究经历了从单相到复相的过程 ,本文详细论述了单相和复相Sialon陶瓷的种类、结构特征、制备方法 ,对各种Sialon陶瓷的性能特点进行了分析对比。结合Sialon陶瓷的性能 ,全面介绍了其广泛的应用领域。

(Ca,Mg)-Sialon 陶瓷在空气及水润滑条件下的磨损机理研究

利用ＳＲＶ球－盘磨损试验机考察了一种（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷在空气及水中的摩擦学性能，并采用ＥＰＭＡ、ＳＥＭ、ＥＤＡＸ以及ＸＰＳ等分析手段对其磨损机理做了进一步研究．结果表明：（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷在水中比在空气中具有更低的摩擦因数，但具有较高的磨损体积损失．在干摩擦条件下，（Ｃａ，Ｍｇ）－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷主要发生了断裂磨损及磨粒磨损，而在水润滑条件下则主要发生了摩擦化学磨损．

Fabrication of β-Sialon/ZrN/ZrON composites using fly ash and zircon

β-Sialon/ZrN/ZrON composites were successfully fabricated by an in-situ carbothermal reduction？nitridation process with fly ash, zircon and active carbon as raw materials. The effects of raw materials composition and holding time on synthesis process were investigated, and the formation process of the composites was also discussed. The phase composition and microstructure of the composites were characterized by means of XRD and SEM. It was found that increasing carbon content in a sample and holding time could promote the formation of β-Sialon, ZrN and ZrON. The proper processing parameters to synthesize β-Sialon/ZrN/ZrON composites were mass ratio of zircon to fly ash to active carbon of 49：100：100, synthesis temperature of 1550 °C and holding time of 15 h. The average grain size ofβ-Sialon and ZrN（ZrON） synthesized at 1550 °C for 15 h reached about 2 and 1μm, respectively. The fabrication process ofβ-Sialon/ZrN/ZrON composites included the formation ofβ-Sialon and ZrO2 as well as the conversion of ZrO2 to ZrN and ZrON.

碳热还原氮化高岭土合成Sialon粉末

以高岭土为原料，ＣａＦ２和Ｎａ２ＣＯ３为添加剂，在１４００℃保温４ｈ，通过碳热还原氮化法合成了β′Ｓｉａｌｏｎ粉末。ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＸＰＳ等测试手段对合成产物的测试结果表明：控制适当的Ｃ含量不仅可以合成质量较好的β′Ｓｉａｌｏｎ（Ｚ＝３），而且可以避免产物中生成ＦｅＳｉｘ。详细地讨论了ＣａＦ２和Ｎａ２ＣＯ３添加剂及其它工艺因素对合成Ｓｉａｌｏｎ的影响与作用，并探讨了β′Ｓｉａｌｏｎ的形成过程。

无团聚SiC粒子复合Sialon陶瓷

研究致密、无团聚ＳｉＣ粒子复合Ｓｉｌａｏｎ陶瓷的制备．经聚乙二醇表面活性剂处理后，ＳｉＣ粒子表面状态发生变化，可均匀地分散在Ｓｉａｌｏｎ基质中．红外吸收光谱测试结果已证实：聚乙二醇分子链被修饰在ＳｉＣ粒子表面，起空间位阻作用，防止ＳｉＣ团聚．聚乙二醇分子量、聚乙二醇用量，悬浮液的ｐＨ值以及ＳｉＣ粒子在液体中的浸泡时间均影响表面活性剂的分散效果．

煤矸石在高温材料中的应用研究进展

围绕煤矸石在高温材料领域的应用和研究现状,概述了煤矸石的分类、化学组成及主要矿物成分高岭石的结构特征。分析了煤矸石经过氧化和非氧化气氛下的高温煅烧过程和反应机理,可以充分利用煤矸石中Al2O3、SiO2、有机碳三种主要成分合成耐火材料和陶瓷。阐述了煤矸石通过碳热还原氮化反应合成Saloon材料及其Sialon复相材料的研究成果和进展,为煤矸石的综合利用、提高产品附加值和品位提供了一个重要途径和研究方向。

(Ca,Mg)-Sialon在一元醇润滑下的摩擦学研究

考察了（Ca，Mg）－Sialon陶瓷与钢对摩时在一元醇润滑下的摩擦及磨损性能．结果表明，一元酵对（Ca，Mg）－Sialon具有良好的润滑效果，与干摩擦时相比，磨损量降低了1～2个数量级，摩擦系数从干摩擦的0．81降低至0．09；摩擦副的摩擦系数随着碳链的增长呈现复杂变化，而Sialon的磨损体积则随碳链的增长而递减．红外光谱（FTIR）及凝胶渗透色谱（GPC）分析表明，一元醇润滑下陶瓷表面生成了Si－O－R基聚合物，这层聚合物膜具有良好的减摩抗磨效果．根据试验结果并参照文献，提出了一元醇的润滑机制．

Ca-α-Sialon的形成特性和显微结构的研究

由热压工艺制备了组份为ＣａｘＳｉ１２－３ｘＡｌ３ｘＯｘＮ１６－ｘ（０．３≤ｘ≤２．０）的Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷。本文报道了它的反应过程、相组成、晶胞参数随组份的变化和显微结构的研究结果．研究结果表明，当ｘ≥１．０时，制备的Ｃａ－α’样品的物相由α－Ｓｉａｌｏｎ和ＡＩＮ多型体２１Ｒ组成，其中２１Ｒ的含量随ｘ值的增加而变大．ＴＥＭ的观察结果与物相分析相符，并进一步揭示了在Ｃａ－α－Ｓｉａｌｏｎ样品中长颗粒形貌的α－Ｓｉａｌｏｎ的存在．

超高速切削Inconel 718刀具寿命研究及切削参数优化

针对Inconel 718加工时,切削效率低和刀具磨损严重,通过角正交试验对Sialon陶瓷刀具超高速切削Inconel 718的刀具寿命及磨损机理进行了研究,同时利用等效率-等寿命响应曲面法,对切削参数进行了优化,获得了干切削状态下刀具寿命的经验公式,得到陶瓷刀具超高速切削Inconel718主要的磨损机理是粘结磨损和磨粒磨损,在效率不变的情况下,适当的降低切削速度,增大切削深度,可以提高刀具寿命,试验刀具的切削参数优化结果为:切削速度150～250 m/min、切削深度0.05～0.2 mm、进给量0.1～0.2 mm,在该建议切削参数下刀具寿命约在5～20 min.

添加Sm_2O_3的β＇－12H复相sialon

在Ｓｉ－Ａｌ－Ｏ－Ｎ系统中，进行（β＇＋１２Ｈ）－ｓｉａｌｏｎ的成分设计，并以Ｓｍ￣２Ｏ￣３作为添加剂，用气压烧结（ＧＰＳ）制备了β＇＋１２Ｈ复相陶瓷。材料的相组成和微观结构研究表明：主晶相为β＇相和１２Ｈ相，纤维状的１２Ｈ与短柱状或等轴状的β＇交织排列形成致密组织。添加剂Ｓｍ￣２Ｏ￣３对复相ｓｉａｌｏｎ的致密化和结构性能有着较大影响，当添加量增加到５％（质量）时，材料达到理论密度为９９％，并显示较好的强度和韧性。另外，还对相同条件下制备的（β＇＋１２Ｈ）－ｓｉａｌｏｎ与β＇－ｓｉａｌｏｎ进行了比较，纤维状１２Ｈ相的引入，使裂纹扩展过程中产生偏转、分叉、桥接和１２Ｈ的拔出，对材料起到类似晶须的增韧补强效果。

β＇－Sialon粉体合成过程中温度的作用

木文阐述了利用天然高岭土通过还原氮化反应制备β＇－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷粉体过程中温度对反应氨化率的影响，分析了温度的作用机理并寻找出适宜的反应温度．

Sialon及SiC陶瓷对金属摩擦副磨损性能的研究

为了使结构陶瓷能够在汽车发动机的某些摩擦副中得到应用,对Sialon(Si_3N_4基陶瓷)及SiC结构陶瓷对钢的摩擦副的摩擦磨损性能进行了研究。还作了钢对钢及冷激铸铁对钢的摩擦磨损性能的对比试验。结果表明:Sialon及SiC陶瓷对钢的摩擦系数比钢对钢及冷激铸铁对钢的摩擦系数小。在抗磨损性能方面,Sialon及SiC陶瓷试块即使在试验载荷比钢及冷激铸铁试块大的情况下,不但陶瓷试块的磨损量比金属试块的磨损量要小得多,而且与陶瓷试块相匹配的钢环的磨损量也比与金属试块相匹配的钢环的磨损量要小。用上述结构陶瓷材料制成汽车发动机中的某些零件以代替金属零件,不仅陶瓷零件本身耐磨性好,而且与陶瓷零件匹配的金属零件的磨损也会减小。

碳热还原氮化法制备β-Sialon粉体的研究

采用山西大同土为主要原料,利用碳热还原氮化法(CRN)制备了β-Sialon材料,并利用SEM、XRD等检测手段对其进行了检测分析。研究了温度、N2流量、保温时间以及配碳量等因素对制备β-Sialon的影响,采用正交设计的方法确定了反应的最佳工艺参数,并在此基础上讨论了α-Si3N4晶种对生成产物的影响。实验结果表明,烧结温度为1500℃,氮气流量为1 L/min,保温时间为2 h,配碳量为0.8化学计量时可以生成较多的β-Sialon相。SEM微观形貌表明具有一定长径比的β-Sialon柱状晶呈均匀分布。此外,加入3%的晶种α-Si3N4可促使晶粒大小均匀并获得高品质细密结构的粉体。

α′和α′-β′sialon的生成机理

近年来,由于α′-sialon的高硬度和良好的抗热震性,使α′和α′-β′复相sialon陶瓷的研究引人注目。对α′-sialon平面相关系的测定已经表明:α′-sialon的单相区起始于纯氮化物一端向氧化铝方向延伸,在α′-simon和β′-sialon之间存有一个α′-β′两相区。这个两相区提供了制备两相陶瓷的可能性。由于α′和β′组成的差别甚微,因此在烧成过程中,当加有适当的添加剂时,α′和β′之间的相变很容易发生。故在制备α′-sialon划α′-β′-sialon陶瓷时,控制相变极为重要,为此有必要了解它们的反应机理。 本文描述了在不同烧成环境下α′和α′-β′-sialon的反应机理,所采用的组成是含Y的α′-sialon,并分别添加和不加La_2O_3作为助烧结剂。本文还着重研究了烧成环境对α′和β′相互转变的影响,以及La_2O_3对致密化和α′-sialon形成的作用。

碳热还原氮化法制备β′-Sialon粉体的热力学过程

本文分析了以天然高岭土为原料，经碳热还原氨化反应制备β′-Sialon粉体过程中出现的化学反应，从热力学角度研究了反应温度及气体分压对产物组成的影响，通过实验结果与热力学分析相结合，寻找出制约反应进行的速度控制步骤，并讨论了获得较高β′-Sialon粉体转化率所需的温度范围．

粉煤灰合成SiAlON粉体研究

以粉煤灰、石墨粉、氧化铝、二氧化硅等为主要原料,采用碳热还原氮化法合成了SiAlON粉体。研究了Fe2O3含量不同的粉煤灰,即未除铁粉煤灰(Fe2O3的质量分数为4.16%)、酸洗除铁后的粉煤灰(Fe2O3的质量分数几乎为0)和磁选除铁后的粉煤灰(Fe2O3的质量分数为3.46%),配料的m(SiO2)∶m(Al2O3)(分别为1.176、1.55和2.35),碳加入量(分别为理论加入量、过量10%、过量100%和过量150%)以及反应温度(分别为1350℃、1400℃、1420℃、1430℃和1460℃)对合成产物相组成的影响。研究表明:以经过磁选除铁后的粉煤灰(Fe2O3的质量分数为3.46%)为原料,当配料的m(SiO2)∶m(Al2O3)为1.4,碳粉加入量为理论值的2倍(即过量100%)时,于1420℃保温20h合成的产物的主要物相为βSiAlON。