Si₃N₄基陶瓷刀具材料具有较Al₂O₃基陶瓷刀具材料低的热膨胀系数、高的断裂韧性和抗热震性,但Si₃N₄属强共价键化合物,难以烧结致密。同时纯Si₃N₄陶瓷硬度偏低,耐磨性差,故需其他添加物,利用不同的增韧补强机制提高其性能。 论文首先通过添加聚乙二醇（PEG）,利用超声分散和机械搅拌相结合的方法制备出分散良好的复合陶瓷粉末。并提出在微米级Si₃N₄基体中添加纳米级Si₃N₄颗粒和TiC颗粒的方法,成功制备出了性能优良的Si₃N₄/TiC纳米复合陶瓷刀具材料。对Si₃N₄/Si₃N_4（n）/TiC_n、Si₃N₄/TiC_n和Si₃N₄/Si₃N_4（n）/TiC_sub-μ材料进行了性能对比。利用SEM、TEM等手段观察分析了材料的微观结构组织,研究了复合材料的断裂机理及TiC颗粒、Si₃N₄类晶须晶粒双峰分布对Si₃N₄/TiC复合材料综合补强增韧机理。采用维氏压痕-淬火法研究了材料的抗热震性能,压痕-强度衰减法研究了材料的R曲线。最后对复合材料进行了高温氧化试验和陶瓷刀具的切削性能对比试验。 由分散试验可知,通过优化分散剂分子量、分散剂用量、悬浮液浓度和pH值等参数,结合超声和机械搅拌,可制备出分散良好的复合粉末。由TEM观察可知,组分纳米粉末及复合粉末分散状况良好,无团聚现象。 讨论了纳米复合材料的制备工艺原则和烧结机制,利用分段温升和分段加压的方式,制备出了相对密度大于98%的致密复合材料。 相组成和微观组织观察研究表明,Si₃N₄/TiC纳米复合陶瓷材料的组成相是β-Si₃N₄、TiC和晶界玻璃相。纳米TiC颗粒主要分布于Si₃N₄基体晶界处,少量分布于晶内。纳米Si₃N₄颗粒的加入,促进了长柱状Si₃N₄类晶须晶粒双峰分布及类晶须晶粒相互嵌合微观结构的形成。 力学性能研究表明,添加纳米Si₃N₄颗粒和TiC颗粒形成的类晶须晶粒双峰分布和颗粒补强增韧的Si₃N₄/TiC纳米复合陶瓷材料,强度达1025MPa,