多相复合陶瓷刀具材料的设计与制备

陶瓷材料的多相复合与计算机辅助设计是 2 1世纪先进陶瓷材料的重要发展趋势。文章采用理论与实验相结合的方法 ,建立了多相复合陶瓷刀具材料力学性能与材料组分之间关系的数学模型 ,采用计算机辅助优化设计技术求得材料的最优组分。在此基础上 ,利用热压技术制得一种Al2 O3-SiC - (W ,Ti)C多相复合陶瓷刀具材料 。

Al2O3/TiC复合陶瓷刀具材料微观组织的蒙特卡罗模拟

建立Al2O3/TiC复合陶瓷刀具材料微观组织的蒙特卡罗模型,在其基础上考虑到实际烧结中气孔的存在,添加气孔。在建模过程中,主要考虑孔迁移和空位湮灭来模拟含有气孔的晶粒生长过程,建立含有气孔的复合陶瓷刀具材料的微观组织蒙特卡罗模型。结果表明:在其他条件相同的情况下,含有气孔时模拟得到的组织平均半径小于不含气孔的平均半径;烧结温度越高,得到的晶粒平均半径越大,呈“晶内型”分布的第二相颗粒的比例也越高;但改变烧结压力对于晶粒平均半径和呈“晶内型”分布的第二相颗粒的比例并无太大的影响。

仿生结构复合陶瓷刀具材料力学性能及显微结构

针对不同烧结条件及TiC/WC组分比,采用热压烧结工艺制备出三层仿生结构复合陶瓷刀具材料。测试了仿生结构复合陶瓷材料力学性能,并对材料断口形貌和裂纹扩展进行了观察分析。结果表明:仿生结构复合陶瓷刀具材料抗弯强度达870 MPa,维氏硬度达21.83 GPa,断裂韧性达7.56 MPa·m^(1/2),比SG4均质陶瓷刀具材料性能有所提高。断口形貌显示仿生结构复合陶瓷刀具材料较SG4均质刀具材料晶粒细密,晶粒尺寸呈现多尺度特征。材料断裂模式为穿晶断裂和沿晶断裂混合型。仿生结构复合陶瓷材料表面裂纹扩展呈现偏转和分叉。裂纹穿过材料界面扩展时有明显偏转现象。

陶瓷刀具材料的研究现状

文章重点综述了纳米陶瓷、梯度复相陶瓷、氧化锆陶瓷等多相复合陶瓷刀具材料的研究现状 ,全面分析了陶瓷刀具材料的颗粒弥散增韧补强、纤维 (或晶须 )增韧。

Al_(2)O_(3)颗粒增韧TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具的力学性能及微观结构

TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具材料具有优良的力学性能,广泛应用于镍基高温合金等难加工材料的加工。为进一步提高刀具的强度和韧性,利用颗粒增韧机理,本研究将Al_(2)O_(3)颗粒添加到TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具材料中,制备出Al_(2)O_(3)/TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具材料。研究添加项Al_(2)O_(3)、粘结剂[Ni,Mo]的含量及烧结温度对Al_(2)O_(3)/TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具材料力学性能、物相组成和微观结构的影响。研究结果表明,烧结过程中有金属间化合物Ni_(4)Ti_(3)、NiTi以及Mo_(2)BC、BN的生成,使其力学性能得到提高,当Al_(2)O_(3)/TiB_(2)-Ti(C_(0.5),N_(0.5))复合陶瓷刀具材料的成分为TiB_(2)55 wt%、Ti(C_(0.5),N_(0.5))24 wt%、Al_(2)O_(3)7 wt%以及采用粘结剂[Ni,Mo]14 wt%时,在1600℃、32 MPa压力下烧结35 min后获得维氏硬度为(20.03±0.11)GPa、抗弯强度为(897±18)MPa、断裂韧性为(9.71±0.11)MPa·m^(1/2)的刀具材料,与优化前相比其抗弯强度提升了11.6%,断裂韧性提升了69.7%。