【摘 要】
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Si3N4陶瓷具有高硬度、高熔点和良好的高温性能等优点,但氮化硅陶瓷本身的韧性低、脆性大限制了其进一步的发展和应用。本文采用颗粒、晶须增韧的方法改善氮化硅基陶瓷刀具材料的断裂韧性。根据氮化硅复合陶瓷刀具材料的设计原则,选择合适的颗粒、晶须来提高Si3N4陶瓷材料的综合性能。根据复合陶瓷刀具材料的增韧补强机理、烧结机理,采用液相热压烧结,制备了以TiC颗粒和TiC晶须为添加相,Si3N4为基体相,Y
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Si3N4陶瓷具有高硬度、高熔点和良好的高温性能等优点,但氮化硅陶瓷本身的韧性低、脆性大限制了其进一步的发展和应用。本文采用颗粒、晶须增韧的方法改善氮化硅基陶瓷刀具材料的断裂韧性。根据氮化硅复合陶瓷刀具材料的设计原则,选择合适的颗粒、晶须来提高Si3N4陶瓷材料的综合性能。根据复合陶瓷刀具材料的增韧补强机理、烧结机理,采用液相热压烧结,制备了以TiC颗粒和TiC晶须为添加相,Si3N4为基体相,Y203和A1203为烧结助剂的高性能导电Si3N4-TiC(颗粒)、Si3N4-TiC(晶须)陶瓷刀具材料。其中TiC晶须是以Ti02、C为主要原料,NaCl、Ni为晶须生长助剂,采用碳热还原法制备。研究Si3N4陶瓷的烧结机理,其表面能的降低为烧结致密化提供驱动力,研究影响Si3N4陶瓷烧结的因素。研究Si3N4基陶瓷刀具材料复合粉末的制备,确定材料的实验方案。对材料的组分和烧结工艺进行优化,并对材料力学性能和显微结构进行分析。在烧结温度为1700℃,保温时间为60min,烧结压力为30MPa的最佳烧结工艺下,制备的Si3N4-TiC(颗粒)和Si3N4-TiC(晶须)具有优良的综合力学性能。Si3N4-TiC(颗粒)复合陶瓷刀具材料的力学性能为:抗弯强度756MPa,断裂韧性7.36MPa.m1/2,维氏硬度18.46GPa;Si3N4-TiC(晶须)复合陶瓷刀具材料的力学性能为:抗弯强度686MPa,断裂韧性8.12 MPa.m1/2,维氏硬度 17.56GPa。研究TiC颗粒和TiC晶须增韧氮化硅陶瓷刀具材料的增韧补强机理,并对其增韧补强机制进行分析。Si3N4基复合陶瓷材料强度的提高得益于添加相与基体相间良好的匹配性、材料较高的致密度、烧结助剂的添加等。Si3N4基复合陶瓷材料断裂韧性的提高取决于TiC晶须(颗粒)的桥联、拔出、裂纹偏转以及部分β-Si3N4晶粒的增韧作用。
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