長棒狀α-Sialon陶瓷刀具制備及其抗熱震性能與切削性能研究.pdf

1、Sialon陶瓷因其具有優(yōu)異的力學(xué)性能而成為最重要的結(jié)構(gòu)陶瓷之一，被廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械和能源等領(lǐng)域。它主要有兩種晶體結(jié)構(gòu)，即α-Sialon和β-Sialon。β-Sialon的晶粒通常是長棒狀的，具有較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，但硬度較低;而α-Sialon的晶粒通常是等軸狀的，具有較高的硬度，而強(qiáng)度和斷裂韌性較差。在機(jī)械加工過程中，作為刀具材料不僅要求具備較好的耐磨性，而且對(duì)強(qiáng)度和斷裂韌性也提出了較高的要求。顯然，單相Sialon陶瓷刀

2、具在力學(xué)性能上各有短板，限制了它作為刀具材料的應(yīng)用。很多學(xué)者通過調(diào)控α和β兩相的比例制備復(fù)相Sialon陶瓷，雖然在一定程度上改善了復(fù)相陶瓷的斷裂韌性，但卻是以犧牲部分α-Sialon的硬度作為代價(jià)的，因?yàn)閮H僅通過改變兩相的比例并不能實(shí)質(zhì)上改善綜合力學(xué)性能。為此，一些學(xué)者開始從改善Sialon陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行研究，試圖通過制備長棒狀的α-Sialon陶瓷從本質(zhì)上提高它的綜合力學(xué)性能，使其更好的作為刀具材料。研究表明長棒狀的α-Sia

3、lon具有與β-Sialon相當(dāng)?shù)臄嗔秧g性，而硬度卻提高了約49％，相對(duì)于等軸狀的α-Sialon來說，斷裂韌性卻提高了將近1倍。
　　本研究先采用熱壓法制備長棒狀α-Sialon陶瓷材料，研究其抗熱震性能。由于Sialon陶瓷屬于共價(jià)鍵結(jié)合的化合物，通常在燒結(jié)過程中需要加入燒結(jié)助劑才能使其達(dá)到致密化。本文以極具應(yīng)用潛力的Y2O3為燒結(jié)助劑，對(duì)長棒狀α-Sialon進(jìn)行表征，主要分析其物相、微觀結(jié)構(gòu)、致密度、力學(xué)性能及其抗熱震性能

4、。研究發(fā)現(xiàn):
　　(1)在實(shí)驗(yàn)工藝下，通過加入Y2O3燒結(jié)助劑可以獲得致密的Sialon陶瓷，物相組成主要是α-Sialon(Y0.5Si9.3Al2.7O0.9N15.1)和少量晶界相，并沒有發(fā)現(xiàn)β-Sialon，從斷口SEM圖片中可以看到大量的棒狀晶粒。
　　(2)所制備的長棒狀α-Sialon陶瓷的硬度達(dá)16.68±0.33GPa，斷裂韌性達(dá)5.39±0.09MPa·m1/2,抗彎強(qiáng)度是597±55MPa。
　　

5、(3)通過急冷-強(qiáng)度法，發(fā)現(xiàn)長棒狀α-sialon陶瓷的臨界熱震溫差大約是1000℃，通過對(duì)熱震后陶瓷截面與表面的微觀結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)試樣在熱震破壞過程中同時(shí)受到熱應(yīng)力和氧化的雙重作用，試樣的殘余強(qiáng)度經(jīng)歷強(qiáng)度保持、強(qiáng)度急劇下降和強(qiáng)度上升三個(gè)階段。
　　同時(shí)，本文以長棒狀α-Sialon陶瓷刀具為研究對(duì)象，分析其車削性能與磨損機(jī)理，并且通過比較商業(yè)化Sialon陶瓷刀具的車削性能，進(jìn)一步驗(yàn)證制備長棒狀α-Sialon陶瓷的重要性，研究