Ti 3 SiC 2 /青铜复合结合剂金刚石烧结体的制备与研究
发布时间：2021-06-08 20:40
青铜结合剂磨具广泛应用于硬脆材料的加工中,随着科技发展,加工要求的提高,青铜结合剂磨具常见的自锐性差、易堵塞等问题严重制约了工作效率与发展前景。为解决青铜结合剂磨具在磨削过程中存在的问题,因此需要研发出一种力学性能良好,对金刚石磨料颗粒把持强度高,自锐性强的新型青铜结合剂磨具。许多研究者通过加入第二相制备复合结合剂来改善性能,Ti3SiC2因其独特的结构,同时具备金属材料性能与陶瓷材料性能,因此具有优良添加相的潜质,是新型青铜结合剂磨具开发中的新思路。以6733铜锡合金粉与8020铜锡合金粉为基础结合剂原料,Ti3SiC2为添加相制备Ti3SiC2/青铜复合结合剂,通过放电等离子烧结（SPS）对其进行烧结。以抗折强度为判据考察了复合结合剂的烧结温度范围;采用三点弯曲法测试试样的抗折强度,洛氏硬度计测试试样的硬度,容重仪测试试样的干重、湿重、浮重并通过阿基米德排水法计算出试样的体积密度与显气孔率;利用X射线衍射仪分析物相组成,金相显微镜观察组织结构。研究结果...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石晶体结构
第1章绪论9所以，若温度设定在熔融温度以上，则试样的体积会先发生膨胀现象，然后收缩。MenapaceC研究了烧结Cu-Sn合金的密度和孔形对其轴向抗压强度的影响[38]。Dabritzs通过金相分析研究了Cu-Sn合金热压烧结过程中的金属间化合物[39]，以及相的形成和变化。Sadi-Karagoz通过表征金刚石刀具的微观结构，表征金刚石刀具在切削各种岩石时的缺陷，对优化金刚石刀具性能进行了研究[40]。认为金刚石工具热压过程中的压力、温度、烧结时间等参数决定了其性能。基体的理想状态是在不腐蚀金刚石磨粒的情况下牢牢控制金刚石。1.4钛硅碳性能及其应用1960年HansNowotny等人发现了多种三元C/N化物，并称这类新型物质为“H-”相，主要涵盖Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti2SnC等。1996年，美国Drexel大学的Barsoum等人通过热压工艺合成了Ti3SiC2，研究的逐步深入使得Ti3SiC2的优异性能被发现并广泛报道，这类材料开始在世界范围内成为新的研究关注点。1.4.1钛硅碳的结构与性能随着研发的深入，大量具备类似钛硅碳晶体结构与性能的物质被命名为“Mn+1AXn相”或“MAX相”，M一般为Sc、Ti、V等过渡金属元素，A为Si、Ga、Ge等主族元素，X为C或N；n为1，2或3。根据n值的不同，可以分为211（Ti2SnC、Ti2AlC、Ti2AlN）、312（Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti3GeC2）和413（Ti4AlC3、Ti4SiC3）相三大类[41]。图1-3为211、312和413相MAX材料的晶体结构示意图[42]。图1-3MAX相的晶体结构图：（a）211、（b）312、（c）413
第1章绪论11研究结果表明，Ti3SiC2可以与铜材料良好复合，也可以作为一种新型结合剂与磨粒复合，因此Ti3SiC2可以作为一种良好的添加相来改善青铜结合剂金刚石磨具[52]。1.5放电等离子烧结与热压烧结技术1.5.1放电等离子烧结技术放电等离子烧结（SparkPlasmaSintering）是一种以直流脉冲电源为能源的热压烧结技术，成为材料合成与加工领域的一种新制备方式。相比于传统烧结技术低、它的升温速度快、需要的烧结温度较低、烧结时间缩短的特点，可以满足梯度烧结的需要，并且制备的试样组织均匀，晶粒由于烧结时间短，来不及长大，比较细校烧结后可以保持原始材料的自然状态，并能获得高致密度烧结体[53,54]。SPS结过程包括两个部分：粉末在压力的作用下紧密堆积，工件两端的存在的高强脉冲电压击穿粉末氧化膜，发生轻微放电，该阶段被称为轻压追踪-放电活化阶段；第一阶段结束后，因为粉末被放电活化，在比较低的压力和温度下粉末便可以达到高致密的状态，称之为重压成型-热塑变形阶段。目前SPS的烧结机理还不是十分明晰，其机理可以认为是粉末间放电产生的自发热效果与存在热压烧结的焦耳热和加压产生的塑性变形促进烧结共同作用的结果[55-59]。－图1-4放电过程中粉末粒子对的模型如图1-4，展示了放电过程中粉末粒子发生的变化，当电极通入直流脉冲电流时，瞬间产生的放电等离子体使烧结体内部颗粒自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，这-负极---++++正极++++----气体气体绝缘层绝缘层电浆
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃料对铜基金属结合剂性能及结构的影响[J]. 谢育波,侯永改,李文凤,宋英桃,苏凯. 人工晶体学报. 2018(11)
[2]金属陶瓷粘结剂的研究进展[J]. 叶旋,涂华锦,钟燕辉,何政浩. 热加工工艺. 2017(24)
[3]烧结温度对陶瓷/青铜结合剂性能与显微结构的影响[J]. 谢育波,侯永改,李文凤,黄庆飞,丁志静. 人工晶体学报. 2017(08)
[4]金刚石对青铜基砂轮胎体烧结机制影响的探讨[J]. 叶有明,张元松. 湖南有色金属. 2015(06)
[5]层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展[J]. 朱元元,周爱国,昝青峰,王李波. 材料导报. 2014(17)
[6]不同镀层金刚石与铜基粉末烧结制备的锯片刀头性能及机理[J]. 刘世敏,韩丽,马瑞娜. 材料保护. 2013(03)
[7]CuSn20粉末烧结体的微观分析及力学性能研究[J]. 申宁宁,陈哲,刘一波,徐良,刘少华. 金刚石与磨料磨具工程. 2013(01)
[8]CeO2、La2O3、Y2O3和V2O5对Co-Cu-Sn-Fe超硬工具胎体力学性能的影响[J]. 邹文俊,韩平,郭森林,肖福仁,彭进. 超硬材料工程. 2012(05)
[9]元素Cu对Co基配方的性能影响[J]. 杨理清,张延军,罗文来. 超硬材料工程. 2012(04)
[10]铜基结合剂金刚石节块的烧结和性能研究[J]. 肖长江,栗正新,邓相荣,杨雪峰,宋冬冬. 工具技术. 2011(10)
博士论文
[1]金属—陶瓷复合结合剂金刚石砂轮制备及性能研究[D]. 宋冬冬.湖南大学 2017
[2]花岗石超大切深锯切机理与技术研究[D]. 李远.华侨大学 2004
硕士论文
[1]金刚石磨具用陶瓷/铜基金属结合剂的制备与表征[D]. 谢育波.河南工业大学 2019
[2]放电等离子烧结制备MAX/cBN复合材料[D]. 陈辉.燕山大学 2019
[3]低温陶瓷/铁基金属结合剂的制备与表征[D]. 李广锋.河南工业大学 2017
[4]cBN磨具用低温金属/陶瓷结合剂的制备与表征[D]. 马加加.河南工业大学 2016
[5]Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响[D]. 张兴旺.燕山大学 2013
[6]陶瓷—金属结合剂金刚石磨具的制备与性能研究[D]. 王志起.湖南大学 2012
[7]金刚石钻头热压烧结工艺研究[D]. 张义东.中南大学 2010
[8]立方氮化硼磨具用金属陶瓷复合结合剂研究[D]. 程利霞.天津大学 2008
本文编号：3219163
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金刚石晶体结构
第1章绪论9所以，若温度设定在熔融温度以上，则试样的体积会先发生膨胀现象，然后收缩。MenapaceC研究了烧结Cu-Sn合金的密度和孔形对其轴向抗压强度的影响[38]。Dabritzs通过金相分析研究了Cu-Sn合金热压烧结过程中的金属间化合物[39]，以及相的形成和变化。Sadi-Karagoz通过表征金刚石刀具的微观结构，表征金刚石刀具在切削各种岩石时的缺陷，对优化金刚石刀具性能进行了研究[40]。认为金刚石工具热压过程中的压力、温度、烧结时间等参数决定了其性能。基体的理想状态是在不腐蚀金刚石磨粒的情况下牢牢控制金刚石。1.4钛硅碳性能及其应用1960年HansNowotny等人发现了多种三元C/N化物，并称这类新型物质为“H-”相，主要涵盖Ti3AlC2、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti2SnC等。1996年，美国Drexel大学的Barsoum等人通过热压工艺合成了Ti3SiC2，研究的逐步深入使得Ti3SiC2的优异性能被发现并广泛报道，这类材料开始在世界范围内成为新的研究关注点。1.4.1钛硅碳的结构与性能随着研发的深入，大量具备类似钛硅碳晶体结构与性能的物质被命名为“Mn+1AXn相”或“MAX相”，M一般为Sc、Ti、V等过渡金属元素，A为Si、Ga、Ge等主族元素，X为C或N；n为1，2或3。根据n值的不同，可以分为211（Ti2SnC、Ti2AlC、Ti2AlN）、312（Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti3GeC2）和413（Ti4AlC3、Ti4SiC3）相三大类[41]。图1-3为211、312和413相MAX材料的晶体结构示意图[42]。图1-3MAX相的晶体结构图：（a）211、（b）312、（c）413
第1章绪论11研究结果表明，Ti3SiC2可以与铜材料良好复合，也可以作为一种新型结合剂与磨粒复合，因此Ti3SiC2可以作为一种良好的添加相来改善青铜结合剂金刚石磨具[52]。1.5放电等离子烧结与热压烧结技术1.5.1放电等离子烧结技术放电等离子烧结（SparkPlasmaSintering）是一种以直流脉冲电源为能源的热压烧结技术，成为材料合成与加工领域的一种新制备方式。相比于传统烧结技术低、它的升温速度快、需要的烧结温度较低、烧结时间缩短的特点，可以满足梯度烧结的需要，并且制备的试样组织均匀，晶粒由于烧结时间短，来不及长大，比较细校烧结后可以保持原始材料的自然状态，并能获得高致密度烧结体[53,54]。SPS结过程包括两个部分：粉末在压力的作用下紧密堆积，工件两端的存在的高强脉冲电压击穿粉末氧化膜，发生轻微放电，该阶段被称为轻压追踪-放电活化阶段；第一阶段结束后，因为粉末被放电活化，在比较低的压力和温度下粉末便可以达到高致密的状态，称之为重压成型-热塑变形阶段。目前SPS的烧结机理还不是十分明晰，其机理可以认为是粉末间放电产生的自发热效果与存在热压烧结的焦耳热和加压产生的塑性变形促进烧结共同作用的结果[55-59]。－图1-4放电过程中粉末粒子对的模型如图1-4，展示了放电过程中粉末粒子发生的变化，当电极通入直流脉冲电流时，瞬间产生的放电等离子体使烧结体内部颗粒自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，这-负极---++++正极++++----气体气体绝缘层绝缘层电浆
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃料对铜基金属结合剂性能及结构的影响[J]. 谢育波,侯永改,李文凤,宋英桃,苏凯. 人工晶体学报. 2018(11)
[2]金属陶瓷粘结剂的研究进展[J]. 叶旋,涂华锦,钟燕辉,何政浩. 热加工工艺. 2017(24)
[3]烧结温度对陶瓷/青铜结合剂性能与显微结构的影响[J]. 谢育波,侯永改,李文凤,黄庆飞,丁志静. 人工晶体学报. 2017(08)
[4]金刚石对青铜基砂轮胎体烧结机制影响的探讨[J]. 叶有明,张元松. 湖南有色金属. 2015(06)
[5]层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展[J]. 朱元元,周爱国,昝青峰,王李波. 材料导报. 2014(17)
[6]不同镀层金刚石与铜基粉末烧结制备的锯片刀头性能及机理[J]. 刘世敏,韩丽,马瑞娜. 材料保护. 2013(03)
[7]CuSn20粉末烧结体的微观分析及力学性能研究[J]. 申宁宁,陈哲,刘一波,徐良,刘少华. 金刚石与磨料磨具工程. 2013(01)
[8]CeO2、La2O3、Y2O3和V2O5对Co-Cu-Sn-Fe超硬工具胎体力学性能的影响[J]. 邹文俊,韩平,郭森林,肖福仁,彭进. 超硬材料工程. 2012(05)
[9]元素Cu对Co基配方的性能影响[J]. 杨理清,张延军,罗文来. 超硬材料工程. 2012(04)
[10]铜基结合剂金刚石节块的烧结和性能研究[J]. 肖长江,栗正新,邓相荣,杨雪峰,宋冬冬. 工具技术. 2011(10)
博士论文
[1]金属—陶瓷复合结合剂金刚石砂轮制备及性能研究[D]. 宋冬冬.湖南大学 2017
[2]花岗石超大切深锯切机理与技术研究[D]. 李远.华侨大学 2004
硕士论文
[1]金刚石磨具用陶瓷/铜基金属结合剂的制备与表征[D]. 谢育波.河南工业大学 2019
[2]放电等离子烧结制备MAX/cBN复合材料[D]. 陈辉.燕山大学 2019
[3]低温陶瓷/铁基金属结合剂的制备与表征[D]. 李广锋.河南工业大学 2017
[4]cBN磨具用低温金属/陶瓷结合剂的制备与表征[D]. 马加加.河南工业大学 2016
[5]Ti3SiC2替代石墨对铜基摩擦材料性能的影响[D]. 张兴旺.燕山大学 2013
[6]陶瓷—金属结合剂金刚石磨具的制备与性能研究[D]. 王志起.湖南大学 2012
[7]金刚石钻头热压烧结工艺研究[D]. 张义东.中南大学 2010
[8]立方氮化硼磨具用金属陶瓷复合结合剂研究[D]. 程利霞.天津大学 2008
本文编号：3219163
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3219163.html
