短切碳纤维含量对WC-TaC复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

采用真空热压烧结技术,以Ni为粘结相,短切碳纤维(C_(sf))为增强相,在1550℃下制备了不同C_(sf)含量的WC-Ta C-C_(sf)复合陶瓷刀具材料。研究了C_(sf)含量对WC-Ta C-C_(sf)复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:复合材料中加入一定含量的C_(sf)可以显著细化晶粒。随着C_(sf)含量的增加,硬度逐渐减小,抗弯强度和断裂韧度先增大后减小,当C_(sf)含量为1.5wt%时,材料的综合力学性能最好,硬度、抗弯强度和断裂韧度值分别为12.79+0.28GPa、1072.71+22MPa和14.45+0.2MPa·m^(1/2)。

多相复合陶瓷刀具材料残余热应力的有限元模拟

以 Si C和 (W,Ti) C颗粒增强 Al2 O3多相复合陶瓷刀具材料为基础 ,运用有限元方法详细研究了材料内部残余热应力的大小与分布形态。计算结果发现 ,单元模型取法、弥散相颗粒大小、分布及其含量均对多相复合陶瓷刀具材料中的残余热应力有较大影响。基体内不仅存在拉应力区 ,而且存在不同程度和范围的压应力区 ,拉、压应力区的结构形式与弥散相颗粒的分布方式密切相关。研究表明 。

微纳复合织构自润滑陶瓷刀具的制备及切削性能

针对目前表面织构刀具研究现状，结合陶瓷刀具自身的特点，提出了将微米级织构与纳米级织构相结合的方法，在陶瓷刀具负倒棱处加工出纳米级织构，在前刀面加工出微米级织构，并填充润滑剂制备出一种微纳复合织构自润滑陶瓷刀具，预期设计和制备的微纳复合织构自润滑陶瓷刀具将有效地改善陶瓷刀具的切削性能。

陶瓷刀具车削铁基粉末冶金复合材料时的磨损机理研究

通过对Al2O3基陶瓷刀具车削NbC颗粒增强铁基粉末冶金复合材料的试验研究,分析了刀具的磨损机理。结果表明,陶瓷刀具不会发生严重的磨粒磨损,刀具的高脆性及复合材料中增强相的剧烈刮擦、冲撞引起的切削刃微崩和剥落磨损是刀具磨损的主要原因。增强相含量较低时,刀具同时发生粘着磨损;增强相含量越高,粘着磨损程度越轻微。

纳米复合陶瓷刀具材料增韧补强机理的研究进展

综述了纳米复合陶瓷刀具材料增韧补强机理及其增韧补强模型的研究情况,主要包括微裂纹增韧、残余应力增韧、相变增韧、桥联增韧、塑性变形增韧和协同增韧等多种方式,并指出了目前研究中存在的问题。

多相复合陶瓷刀具材料热压过程的计算机模拟与工艺设计Ⅰ——温度场模拟与工艺设计

建立了陶瓷刀具材料热压过程的传热模型 ,并以 Al2 O3/ Si C/ (W,Ti) C多相复合陶瓷刀具材料为例 ,通过采用计算机模拟技术对坯体温度场的研究 ,进行了相应的热压工艺设计 .结果表明 :升降温速率的大小及烧结前气孔的存在对坯体内温度场影响较大 .综合考虑材料性能和制备效率的要求 ,在本试验条件下 ,升温速率以 0 .5～ 0 .75℃ / s而降温速率以 0 .3 3℃ / s为宜 .从温度场的角度来看 ,在陶瓷刀具材料热压成型之前 ,应先冷压成坯 ,以提高坯体的初始相对密度 ,降低热压过程中的温差 。

Si3N4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料氧化行为

在微米Si_3N_4基体中加入纳米Si_3N_4及TiC颗粒,以Al_2O_3和Y_2O_3作为助烧结剂,通过热压烧结制备了Si_3N_4/TiC纳米复合陶瓷刀具材料,研究了该材料在800～1250℃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SiO_2和TiO_2,表面仅余微量的Si_3N_4和TiC成分,表明经1250℃,100 h氧化后,样品表面几乎被氧化物覆盖。Si_3N_/TiC(含有10%纳米Si_3N_4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1 000℃,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。

高性能复合陶瓷刀具材料

高性能陶瓷刀具材料需具备高硬度、高耐磨性和耐热性、抗粘结性和化学稳定性等性能 .讨论了复合陶瓷刀具材料结构与性能之间的关系 .从材料设计的角度 ,提出复合陶瓷刀具材料的设计思路和高性能陶瓷刀具的设计原则 ,详细讨论了设计原则中几个重要的性能指标和性能复合原则 .随着相关学科在理论和方法上的进展、交叉和测试手段的进步 ,高性能陶瓷刀具材料的设计会从定性分析逐渐步入定量描述的阶段 .

Si_3N_4基微纳米复合陶瓷刀具的高速切削性能与磨损机理

在亚微米Si3N4、TiC颗粒中添加纳米Si3N4、SiC颗粒,采用真空热压烧结工艺制备出STS微纳米复合陶瓷刀具,并对比STS刀具及FD-01刀具在PUMA200MA车削中心干切削淬硬40CrNiMo工件的切削性能。利用扫描电子显微镜(SEM)分析刀具前、后刀面的磨损形态,研究STS陶瓷刀具的磨损机理。结果表明:STS微纳米复合刀具材料具有较高的力学性能,抗弯强度达1000MPa,维氏硬度达19.5GPa。高速干切削40CrNiMo工件时,随着切削速度的增大,刀具后刀面磨损随之增大。切削速度越高,STS刀具优势越明显。两种刀具的磨损形态均主要为月牙洼磨损和后刀面磨损,磨损机制主要为磨粒磨损和粘结磨损。

金属粘结补强复合陶瓷刀具材料的研究

通过组成与显微结构的设计研究了活化金属粘结的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ａｌ＿２Ｏ＿３与Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＴｉＣ两类多种组成（牌号）的复合陶瓷刀具材料，这些陶瓷由于组成与显微结构的不同，其切削加工的应用范围亦有所不同，但均具有高的强度与韧性，优良的红硬性和良好的化学稳定性，可满足多种加工对象的要求，在其各自的加工应用范围内，均能发挥出十分优异的切削性能。

FeAl/Al_2O_3陶瓷基复合材料——一种新型刀具材料

新型陶瓷刀具材料—— Fe Al金属间化合物 /Al2 O3 陶瓷复合材料的制备。

基于Voronoi法和随机法的微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构建模

为了表征微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构随机性特征,提出一种基于Voronoi法和随机法构建材料微观结构模型的方法。首先研究了Vononio法和随机法的建模原理;然后使用Voronoi法构建陶瓷刀具材料的基体微观结构,再使用随机法构建陶瓷刀具材料的增强相和纳米颗粒;最后基于Matlab和VC++平台开发微纳米复合陶瓷刀具材料的微观结构建模软件。结果表明:构建的微纳米复合陶瓷刀具材料微观结构模型能够表征晶粒的平均粒径及其分布、晶粒形心位置分布、增强相的体积分数和纳米相的粒径及体积分数等微观结构参数,反映了材料真实的微观结构。

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 。

Fe-Al/Al_2O_3新型陶瓷复合材料在刀具方面的规模化应用开发

本项目针对项目编号715-006-0210计划书中的技术指标和研究目标全力进行了研究和探索,完成了所下达的任务指标。此外,在该基金的资助和影响下,建成年产50万片复合陶瓷刀具中试厂一座,使企业得到高技术股上市的运作资格并有望近期上市。项目的前期研究获得了山东省科技进步奖一等奖1项,并于2000年6月获得山东省省委、省政府的科技重奖,发表密切相关学术论文18篇,出版专著1部,获得材料发明专利1项,专利号95110195,名称为铁铝金属间化合物-氧化铝陶瓷复合材料及其制备工艺。

梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构

针对高速切削航空难加工材料镍基高温合金时对高性能刀具的迫切需求,采用热压烧结工艺,制备sialon梯度微纳米复合陶瓷刀具材料,研究烧结温度、保温时间、梯度层数对刀具材料力学性能及显微组织的影响。利用X射线衍射仪分析材料的物相组成,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对微观形貌进行分析。结果表明:在1750℃烧结、压力35 MPa、保温60 min的条件下,成功合成了β-sialon。具有7层梯度结构的刀具材料在此工艺条件下可获得最优的力学性能:抗弯强度σf=840 MPa,表层维氏硬度HV为17.32 GPa,表层断裂韧性K_(IC)=8.96 MPa×m^(1/2),表层残余应力σ_r=-423 MPa,满足刀具材料的使用要求。微纳米颗粒的同时加入和合理的梯度结构是获得较高力学性能的主要原因。

石墨烯增韧Al_2O_3/Ti(C,N)纳米复合陶瓷刀具材料的制备及其微观结构分析

采用热压烧结工艺制备了石墨烯增韧Al_2O_3/Ti(C,N)纳米复合陶瓷刀具材料,测试了石墨烯垂直于(VHPD)和平行于热压方向(PHPD)上的力学性能,研究了石墨烯取向对其力学性能和微观结构的影响。测试结果表明石墨烯具有明显的增韧补强作用,石墨烯的取向对刀具材料的抗弯强度具有明显的各向异性。当石墨烯含量为0.75 vol%时,VHPD方向上的抗弯强度达到667 MPa,较未添加石墨烯的组分提高了16%;PHPD方向的抗弯强度为575 MPa,断裂韧性达到7.1 MPa·m1/2。采用扫面电子显微镜(SEM)对材料进行了微观结构分析,结果表明石墨烯拉断和拔出是其主要增韧形式。石墨烯在基体材料中具有明显取向特征,石墨烯片层之间相互平行,且垂直于热压方向。

多相复合陶瓷刀具材料热压过程的计算机模拟与工艺设计Ⅱ.致密化动力学模拟与工艺设计

建立了热压过程中致密化动力学的数学模型 ,并以 Al2 O3/Si C/( W,Ti) C多相复合陶瓷刀具材料为例 ,采用计算机模拟技术分析了热压工艺参数对陶瓷刀具材料致密化过程的影响 ,进行了热压过程的工艺设计 .结果表明 :热压烧结时采用高的热压压力对加快材料致密化和提高终点密度都是有利的 .在本试验条件下 ,取 1 70 0～ 1 80 0℃作为材料的热压温度较为合适 ,而保温时间以 1 50 0～30 0 0 s左右为宜 .与温度场的结果不同的是 ,从致密化动力学的角度来看 ,初始相对密度的提高对材料的终点相对密度影响较小 .

ZrO_2/CePO_4复合陶瓷钻削试验中刀具磨损机理的研究

制备了ZrO2 /CePO4可加工陶瓷材料 ,采用硬质合金钻头分别进行ZrO2 /CePO4陶瓷和低碳钢的钻削试验。通过刀具磨损量随材料去除量变化的规律来分析材料去除特性 ,通过扫描电子显微镜分析ZrO2 /CePO4陶瓷钻削加工中的刀具磨损形式。试验结果表明 :在加工初始阶段 ,两种材料的刀具磨损量比较接近 ,随着钻削的继续进行 ,加工ZrO2 /CePO4陶瓷的刀具磨损量明显高于加工低碳钢的刀具磨损量 ;加工ZrO2 /CePO4陶瓷时 ,刀具的磨损形态包括主后刀面磨损、副后刀面磨损和横刃磨损 ,其中钻头副后刀面磨损现象是ZrO2 /CePO4材料加工的一个显著特征 ,与金属材料的加工存在差异 ;刀具磨损的主要原因是磨料磨损、粘结磨损和氧化磨损。

Al_2O_3-TiB_2-ZrO_2三元复合陶瓷刀具的性能研究

对Al2 O3 TiB2 ZrO2 三元复合陶瓷刀具的力学性能、连续切削工况下的磨损特性和断续切削工况下的抗冲击磨损特性进行了试验研究 ,结果表明 :用TiB2 、ZrO2 复合强化Al2 O3 陶瓷材料可进一步提高刀具的韧性和强度 ,而硬度无明显下降 ,从而可获得良好的综合力学性能和耐磨性能。