颗粒晶须协同增韧陶瓷刀具材料的研究

发布时间：2017-08-18 03:23

  本文关键词：颗粒晶须协同增韧陶瓷刀具材料的研究

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【摘要】：针对陶瓷刀具材料脆性大的客观问题,各国研究人员进行了深入的研究,应用各种增韧补强方法来提高陶瓷刀具材料的韧性,取得了一定的成效,但是还有很多不足有待改善。本文采用原位合成TiC晶须,外加纳米SiC颗粒的方式来提高陶瓷刀具材料的综合力学性能。主要工作包括:分析了TiC晶须的生长机理、纳米SiC颗粒的分散方法,研究了复合粉末的制备工艺和后期材料的烧结工艺,研究了陶瓷刀具材料的制备工艺与力学性能及微观结构之间的关系等。本研究中合成晶须的原材料为TiO2和炭黑,反应催化剂选取NaCl和Ni,在氧化铝和纳米SiC组成的预制基体中原位生长晶须,全程通氩气作为保护气氛。研究了碳热还原制备晶须时晶须的生长机理,纳米Si C颗粒的分散方法,实验结果表明,在晶须的生长过程中,NaCl可以作为传质相,通过粘附作用和自身的蒸发输送原材料给触媒相Ni熔滴,保证晶须的不断生长;采用超声震动加机械搅拌的方法可以比较理想的分散纳米SiC颗粒。研究颗粒、晶须协同增韧陶瓷刀具材料复合粉末的制备方法。结果显示,碳热还原合成TiC晶须的最佳温度为1500℃,二次升温有利于减少杂质含量,同时还可以提高材料的力学性能。因此最佳的晶须生长工艺为快速升温到1500℃,保温60min,然后二次升温到1700℃,保温30min,全程通氩气保护。优化了材料的烧结工艺,在1600~1700℃温度范围进行了优化,制备了TiC晶须和纳米SiC颗粒协同增韧氧化铝基陶瓷刀具材料,研究了不同烧结温度和保温时间对材料力学性能、微观组织结构的影响,得出其最佳烧结方案为:60min升温到1700℃、保温时间30min、最终的烧结压力为35MPa,全程通氩气保护。刀具材料的抗弯强度达到了789MPa,断裂韧度7.43MPa?m1/2,维氏硬度20.02GPa。研究了颗粒、晶须协同增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的增韧补强机制,确定了颗粒补强与晶须增韧之间的协同作用关系。
【关键词】：碳热还原 晶须 纳米颗粒 协同增韧
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG711
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 陶瓷刀具材料的发展概括10-11
• 1.2 陶瓷刀具材料的特性11-12
• 1.3 陶瓷刀具材料的增韧措施12-14
• 1.3.1 颗粒增韧12-13
• 1.3.2 纤维及晶须增韧13
• 1.3.3 相变增韧13
• 1.3.4 自增韧13-14
• 1.3.5 复合增韧14
• 1.4 晶须的生长机理研究14-16
• 1.4.1 气液固生长机理14-15
• 1.4.2 气固生长机理15
• 1.4.3 液固和固液固生长机理15-16
• 1.5 颗粒、晶须协同增韧陶瓷的研究现状16-18
• 1.5.1 颗粒增韧的研究现状16
• 1.5.2 晶须增韧的研究现状16-17
• 1.5.3 颗粒、晶须协同增韧的研究现状17
• 1.5.4 颗粒、晶须协同增韧需要解决的问题17-18
• 1.6 本课题研究的目的、意义及主要的研究内容18-20
• 1.6.1 研究的目的和意义18
• 1.6.2 研究的主要内容18-20
• 第二章 颗粒晶须协同增韧陶瓷刀具材料复合粉末的制备20-38
• 2.1 刀具材料的设计原则20-22
• 2.1.1 物理相容性20-21
• 2.1.2 化学相容性21-22
• 2.1.3 刀具与加工材料的匹配性22
• 2.1.4 界面原则22
• 2.2 材料体系的设计原则22-25
• 2.2.1 基体材料的选择22-23
• 2.2.2 晶须及其制备原材料的选择23-24
• 2.2.3 增韧补强颗粒的选取24-25
• 2.3 TiC晶须的制备方法及生长机理25-30
• 2.3.1 碳热还原合成TiC晶须的实验方案25
• 2.3.2 TiC晶须合成工艺参数研究25-28
• 2.3.2.1 合成温度的影响26-27
• 2.3.2.2 保温时间的影响27-28
• 2.3.3 TiC晶须的生长机理研究28-30
• 2.4 影响晶须产量和长径比的因素30-32
• 2.4.1 影响晶须产量的因素31-32
• 2.4.2 影响晶须长径比的因素32
• 2.5 晶须的杂质处理及宏观缺陷分析32-34
• 2.5.1 晶须的杂质处理32-33
• 2.5.2 晶须生长质量评价33-34
• 2.5.2.1 锥状晶须33
• 2.5.2.2 弯曲状晶须33
• 2.5.2.3 枝杈状晶须33-34
• 2.6 纳米SiC的分散34-36
• 2.6.1 纳米颗粒的分散方法简介35
• 2.6.2 纳米SiC颗粒的分散实验35-36
• 2.7 复合粉末的制备过程36-37
• 2.8 本章小结37-38
• 第三章 颗粒晶须协同增韧陶瓷刀具材料的制备及力学性能研究38-52
• 3.1 陶瓷刀具材料的制备工艺38-40
• 3.1.1 烧结实验方案38
• 3.1.2 材料的烧结特性38-40
• 3.2 力学性能与致密度测试40-42
• 3.2.1 抗弯强度40-41
• 3.2.2 硬度41
• 3.2.3 断裂韧性41-42
• 3.2.4 材料的密度测试42
• 3.3 颗粒、晶须协同增韧陶瓷刀具材料的组分研究42-45
• 3.3.1 TiC晶须含量对力学性能的影响42-44
• 3.3.2 纳米SiC颗粒含量对力学性能的影响44-45
• 3.4 颗粒、晶须协同增韧陶瓷刀具材料的烧结工艺研究45-50
• 3.4.1 烧结温度对力学性能和微观结构的影响45-47
• 3.4.1.1 材料的力学性能分析45-46
• 3.4.1.2 材料的微观组织分析46-47
• 3.4.2 保温时间对力学性能和微观结构的影响47-50
• 3.4.2.1 材料的力学性能分析48
• 3.4.2.2 材料的微观组织分析48-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 颗粒晶须协同增韧陶瓷刀具材料的增韧补强机理研究52-60
• 4.1 补强机制52-54
• 4.1.1 纳米相的增强作用53-54
• 4.1.2 物相间的物理匹配性54
• 4.1.3 高致密度54
• 4.2 增韧机制54-58
• 4.2.1 纳米SiC颗粒引起的裂纹偏转54-55
• 4.2.2 TiC晶须(颗粒)的增韧作用及增韧模型55-58
• 4.2.2.1 TiC晶须(颗粒)的增韧作用55-57
• 4.2.2.2 TiC晶须（颗粒）增韧模型57-58
• 4.3 颗粒与晶须协同增韧补强机制58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 结论与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66

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