碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制

发布时间：2017-01-12 10:27

  本文关键词：碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制，由笔耕文化传播整理发布。

《齐鲁工业大学》 2014年

碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制

李小晴  

【摘要】：高速切削加工是未来切削加工技术的发展方向，而刀具材料是发展高速切削加工技术的关键，开发适于高速干式切削加工的陶瓷刀具契合了当今绿色环保的理念。本文以研制高性能氧化铝基复合陶瓷刀具材料为目标，对碳纳米管增韧增强氧化铝基多元复合陶瓷刀具材料进行了系统设计，优化了复合陶瓷刀具材料的制备工艺，成功制备出Al2O3/TiC/碳纳米管纳米多元陶瓷刀具材料，并对其力学性能、微观组织结构、断裂形式及机理进行了研究。 基于刀具材料多元多尺度的设计思路，设计出以纳米A12O3为基体，微米TiC和微米A12O3为添加相，，基体的粘结剂为Mo和Ni，而且以碳纳米管为添加剂的多元复合陶瓷刀具材料，并介绍了氧化铝基金属陶瓷材料测试试样的制备过程，以及材料的力学性能测试和微观结构表征方法。 首先确定已纯化的碳纳米管的在材料组分中的含量，发现采用真空热压烧结的方法制备材料时，碳纳米管含量为2vol%时，相比未添加碳纳米管的Al2O3基多元金属陶瓷材料，其抗弯强度提高了33.95%、断裂韧性提高了92.98%。 然后利用正交试验方法研究获得具备最佳力学性能的复合陶瓷新材料，其所需的条件是：添加2vol%碳纳米管，烧成温度为1620℃，保温时间25min，成型压力为30MPa。抗弯强度为1005.67MPa；维氏硬度为18.94GPa；断裂韧性为7.32MPa·m1/2。 并研究了碳纳米管增强Al2O3基陶瓷刀具材料的机理分析，发现碳纳米管/Al2O3复合材料的断裂模式属于穿晶和沿晶混合断裂，仍以沿晶断裂为主；碳纳米管/Al2O3复合材料的强韧化主要来自碳纳米管的桥联和拔出机制以及裂纹弯曲、偏转和裂纹分叉。碳纳米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂纹桥联的作用，有效地阻止裂纹扩展。 最后对所制备的纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料进行了摩擦磨损性能实验研究，采用扫描电镜观察了磨损表面的微观形貌。研究发现在法向载荷不断增加的同时，Al2O3基复相陶瓷刀具的摩擦系数也会随之增加；随着摩擦速度和法向载荷的增大，其磨损量逐渐增加。相比已经工业化的硬质合金刀具材料来说，氧化铝基纳米复合刀具材料具备很高的耐磨性。

【关键词】：
【学位授予单位】：齐鲁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.1;TG711
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周细应;李卫红;何亮;;纳米颗粒的分散稳定性及其评估方法[J];材料保护;2006年06期

2 郝春成,崔作林,尹衍升,龚红宇;颗粒增韧陶瓷的研究进展[J];材料导报;2002年02期

3 刘胜明;汤爱涛;陈敏;潘复生;;添加物对Al_2O_3-TiC/Ti(C,N)系陶瓷复合材料组织和性能的影响[J];材料导报;2011年13期

4 沈军;张法明;孙剑飞;;陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理[J];材料科学与工艺;2006年02期

5 王兴庆;贺小祥;郭海亮;;Mo对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2008年05期

6 朱教群,梅炳初,陈艳林;纳米陶瓷材料的制备和力学性能[J];佛山陶瓷;2002年01期

7 曾照强,胡晓清,林旭平,苗赫濯;添加Cr_2O_3对Al_2O_3-TiC陶瓷烧结及纳米结构形成的影响[J];硅酸盐学报;1998年02期

8 柳军旺;郭英奎;石春艳;;TiC含量及烧结温度对Al_2O_3-TiC复合陶瓷材料力学性能的影响[J];哈尔滨理工大学学报;2008年06期

9 秦凯旋;蒋阳;陈进;刘林;蔚腾飞;吴世强;;Mo含量对TiC基金属陶瓷组织和力学性能的影响[J];金属功能材料;2011年04期

10 李广海，江安全，张立德;添加纳米Al_2O_3对Al_2O_3陶瓷增韧和增强的影响[J];金属学报;1996年12期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王通国;蒋晓虎;张继忠;晏勇;冯再;;高性能锰锌铁氧体材料制备新工艺[J];四川有色金属;2006年01期

2 丁明桐,杜先智,陈凡,昂锋;Y-Z_rO_2稀土增韧陶瓷的微波烧结[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2000年04期

3 闫晓燕,卫英慧,胡兰青,许并社;纳米氧化锌的制备及其应用[J];兵器材料科学与工程;2002年06期

4 马壮;邹积峰;李智超;;镁合金热喷涂Al_2O_3纳米陶瓷涂层性能研究[J];兵器材料科学与工程;2010年04期

5 王存龙;李波;刘勇;史文璐;苏继红;;微波技术在陶瓷与粉末冶金烧结中的应用[J];兵器材料科学与工程;2010年06期

6 李改叶;漆虹;范益群;徐南平;;热处理温度对金属Al增韧氧化铝多孔陶瓷支撑体断裂韧性的影响[J];北京科技大学学报;2007年02期

7 邓光文;;La_2O_3掺杂对SnO_2基陶瓷致密化与力学性能的影响[J];玻璃与搪瓷;2010年03期

8 张树格;陶瓷复合钢管──燃烧合成涂层技术的应用[J];中国表面工程;1999年01期

9 孙磊;梁志杰;原津萍;周克兵;;n-SiO_2的表面改性及其增强环氧树脂复合材料的性能[J];中国表面工程;2011年01期

10 刘芳;刘常升;陶兴启;陈岁元;;结晶器铜板表面处理的研究进展[J];表面技术;2006年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘大成;;氧化锆-碳化硅复合材料性能研究[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2010年学术年会论文集（一）[C];2010年

2 车仁超;李永清;周浩;陈朝辉;程海峰;林红吉;杨孚标;;磁性微粉的化学还原法制备工艺及其电磁特性研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

3 章四琪;黄劲松;段伟;卢斌;陈世柱;;热循环对Ti(C,N)_P/Ni合金复合材料强度的影响[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

4 夏法锋;吴蒙华;李智;吴庆利;;脉冲电沉积Ni-纳米Si_3N_4复合镀层[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年

5 周家东;刘铭;林营;;纳米二氧化锆制备方法的研究进展[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年

6 甄强;李榕;;工业用结构陶瓷的发展[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第三卷）[C];2011年

7 陈革维;;粉末冶金零件密度与压制成形过程受力分析研究[A];第三届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2007年

8 夏法锋;吴蒙华;李智;;超声——电沉积纳米Ni-Al_2O_3复合镀层及其质量分数测定[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年

9 杨明;田琴;王肖赛;;SHS制备铁基陶瓷材料研究[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑（下册）[C];2008年

10 王静;寇华敏;郭景坤;;碳纳米管陶瓷基复合材料研究进展[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年

2 张光祖;钛酸锶钡场致效应及热释电特性研究[D];华中科技大学;2010年

3 杜景红;凝胶注模成型法制备1-3型PMN-PZT/环氧树脂压电复合材料研究[D];昆明理工大学;2009年

4 祝琳华;新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究[D];昆明理工大学;2010年

5 祁小四;新颖碳基纳米材料的合成与性能研究[D];南京大学;2011年

6 张晓琳;微波法制备YAG粉体微观结构的调控及其烧结性的研究[D];山东大学;2011年

7 郭忠全;高性能铜基电接触复合材料的研制及强化机理研究[D];山东大学;2011年

8 杨立山;添加剂辅助合成硼化物、碳化物、氮化物纳米材料[D];山东大学;2011年

9 黄康明;Al_2O_3陶瓷基层状复合材料的制备和性能研究[D];华南理工大学;2011年

10 雷永鹏;先驱体转化法制备氮化硼纤维研究[D];国防科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 牛顿;粉末冶金铜基摩擦材料制备及摩擦学性能研究[D];安徽工程大学;2010年

2 林爽;低温前驱体裂解法合成碳化硼粉体的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

3 逄锦程;Al-Pb合金组织性能及高温变形行为研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

4 谷琳;数据挖掘在陶瓷涂层制备中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年

5 黄圣玲;固相反应型SiO_2基陶瓷涂层反应机理及性能研究[D];辽宁工程技术大学;2009年

6 周小兵;低温烧结NiCuZn铁氧体微粉的制备与性能研究[D];昆明理工大学;2009年

7 王晨清;Sialon陶瓷在泥浆泵缸套上的试样研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

8 邢玉凯;压电陶瓷的断裂韧性与晶粒尺寸及分布的关系[D];太原理工大学;2011年

9 王建方;功能乳液的制备及在外墙外保温中系统中的应用研究[D];江南大学;2011年

10 余庚;化学前驱体法制备TiB_2-SiC纳米复合材料[D];武汉理工大学;2011年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩爱军,李凤生,宋洪昌,聂福德;超细黑索今在水中的分散性研究[J];火炸药学报;2001年02期

2 武安华,葛昌纯;原位增韧β-Si_3N_4/α-Sialon复相陶瓷[J];北京科技大学学报;2002年06期

3 荆阳,庞思勤,张学恒,徐承俊;TiAlN-MoS_2/TiAlN硬质润滑膜研究[J];北京理工大学学报;2002年04期

4 孝煦;许崇海;赵诗奎;;ZrO_2含量对Al_2O_3/Ti(C,N)/ZrO_2纳微米复合陶瓷工模具材料力学性能和微观结构的影响[J];山东陶瓷;2009年02期

5 蔡克峰,南策文,袁润章;Al_2O_3-TiC复合陶瓷的研究进展[J];材料导报;1995年01期

6 陈少贞,陈森凤;湿化学法制备ZrO_2超细粉的团聚机理、表征及控制[J];材料导报;1996年03期

7 杨咏来,宁桂玲,吕秉玲;液相法制备纳米粉体时防团聚方法概述[J];材料导报;1998年02期

8 雷燕,熊惟皓;陶瓷材料纳米烧结研究进展[J];材料导报;2003年05期

9 刘艳改,周玉,贾德昌;LiTaO_3颗粒增韧Al_2O_3陶瓷复合材料的制备与性能[J];材料工程;2002年06期

10 张化宇，韩杰才，张卫方，杜善义;TiC-Al_2O_3-Fe金属陶瓷的自蔓延高温合成研究[J];材料工程;1999年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 付秀丽;高速切削航空铝合金变形理论及加工表面形成特征研究[D];山东大学;2007年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈守均;;陶瓷刀具的应用[J];机械工人.冷加工;1989年08期

2 张铁军;氮化硅陶瓷刀具[J];机械工人.冷加工;1991年03期

3 樊宁,艾兴,邓建新,高子辉;基于最大拉应力的陶瓷刀具切削可靠性[J];陶瓷学报;2001年01期

4 刘志兵,王西彬,杨洪建;陶瓷刀具干铣削超高强度钢的试验研究[J];工具技术;2003年05期

5 ;上海世博会期间禁售陶瓷刀具[J];山东陶瓷;2010年02期

6 ;金刚陶瓷刀具强势出击两大展会[J];佛山陶瓷;2010年11期

7 ;陶瓷刀具在铣削铸铁工作台时的应用[J];工具技术;1977年05期

8 王永国,李兆前,邓建新,赵军;陶瓷刀具低速切削时的有限元分析[J];工具技术;2001年06期

9 李佰茹,侯建明;陶瓷刀具切削硬质材料的研究[J];华北科技学院学报;2004年04期

10 刘有荣,刘家浚,朱宝亮,杜智,苗赫濯,罗振壁;热像仪法实测陶瓷刀具切削区的温度场分布[J];钢铁研究学报;1997年06期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 刘小鹏;张文桥;易军;;干切削技术中两种刀具的应用[A];12省区市机械工程学会2006年学术年会湖北省论文集[C];2006年

2 陈国桢;谢华永;卢振伟;;陶瓷刀具在轴承加工中的应用[A];2009全国机电企业工艺年会<厦工杯>工艺征文论文集[C];2009年

3 刘宁;;Ti(C,N)基金属陶瓷刀具的组织和性能研究与切削加工有限元模拟[A];2008年安徽省科协年会机械工程分年会论文集[C];2008年

4 余伟;;XX发动机甩油盘陶瓷刀片数控加工[A];2010年“航空航天先进制造技术”学术交流论文集[C];2010年

5 秦忠;;绿色设计在多工位机床上的应用[A];2011装备制造业绿色创造 节能减排发展论坛论文集[C];2011年

6 秦忠;;绿色设计在多工位机床上的应用[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 本报记者 刘槟宾　通讯员 张凌峰 肖红;[N];中国国门时报;2010年

2 本报记者 任翀　本报通讯员 陈霞;[N];解放日报;2010年

3 胡怡琳　王然;[N];经济观察报;2010年

4 本报记者 李远明;[N];三明日报;2010年

5 钟珂园;[N];中国高新技术产业导报;2003年

6 陆彩荣;[N];光明日报;2002年

7 钟珂园;[N];中国有色金属报;2003年

8 孟昭敏;[N];科技日报;2000年

9 何达;[N];中国有色金属报;2001年

10 陶达;[N];中国有色金属报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 费玉环;Al_2O_3-TiC-TiN陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];山东大学;2012年

2 李彬;原位反应自润滑陶瓷刀具的设计开发及其减摩机理研究[D];山东大学;2010年

3 宋金鹏;硼化钛基复相陶瓷刀具及其失效机理研究[D];山东大学;2012年

4 徐亮;原位一体化制备棒晶增韧陶瓷刀具及其磨损可靠性研究[D];山东大学;2013年

5 杨钒;水蒸汽冷却润滑时Al_2O_3基陶瓷刀具切削和磨损特性研究[D];兰州理工大学;2013年

6 曹同坤;自润滑陶瓷刀具的设计开发及其自润滑机理研究[D];山东大学;2005年

7 方斌;烧结过程中陶瓷刀具材料微观组织结构演变模拟研究[D];山东大学;2007年

8 肖茂华;镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D];南京航空航天大学;2010年

9 邵芳;难加工材料切削刀具磨损的热力学特性研究[D];山东大学;2010年

10 宋新玉;镍基合金Inconel 718高速切削刀具磨损机理研究[D];山东大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李德伟;新型氧化铝基陶瓷刀具的研制及其性能研究[D];大连理工大学;2010年

2 祝贺;陶瓷刀具与不锈钢的扩散特性研究[D];湘潭大学;2011年

3 戴登钊;陶瓷刀具干切削奥氏体不锈钢时的切削性能研究[D];湘潭大学;2011年

4 陈闻;Al_2O_3-TiB_2/Al_2O_3-TiC仿生叠层陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];湘潭大学;2013年

5 王春林;梯度自润滑陶瓷刀具的切削模拟及设计[D];齐鲁工业大学;2013年

6 张朋;ZrO_2基纳米复合陶瓷刀具切削特性研究[D];山东轻工业学院;2012年

7 石强;原位一体化制备陶瓷刀具及其切削性能研究[D];山东大学;2012年

8 褚光超;纳微米复合梯度自润滑陶瓷刀具材料的摩擦磨损性能研究[D];齐鲁工业大学;2014年

9 杨鑫;新型Al_2O_3基陶瓷刀具的切削性能研究[D];大连理工大学;2012年

10 徐秀国;纳微米复合梯度自润滑陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];齐鲁工业大学;2013年

  本文关键词：碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：236608