纳米复相陶瓷刀具性能研究.pdfVIP

第7卷第6期 潍坊学院学报 VoI．7 NO．6 2007年11月 Journal of Weifang University NOV．20HD7 纳米复相陶瓷刀具性能研究 于金伟 (潍坊学院，山东 潍坊 261061) 摘 要：纳米复相陶瓷刀具材料的研究成功有望从根本上解决陶瓷材料的脆性问题，比起传统陶瓷刀 具材料，它具有更高的抗弯强度、断裂韧性等力学性能。本文介绍纳米复相陶瓷的增韧补强机理；对研制 高性能纳米陶瓷刀具材料需考虑的主要因素进行了探讨。 关键词：纳米复相陶瓷；力学性能；增韧补强机理 中图分类号：TG711 文献标识码：A 文章编号：1671—4288(2007)06—0050—02 陶瓷刀具由于具有硬度高、耐磨性好、高温力学 能：抗弯强度1060MPa，断裂韧性6．4 MPa·Ill ，维 性能优良和不易与金属发生粘结等特性，广泛应用 氏硬度23 GPa；A1 0 ／TiC纳米复合材料的抗弯强度 于难加工材料的切削加工中，并可用于超高速切削、 达到1050 MPa，断裂韧性达到8．9 MPa·Ill ，在连 高速干切削和硬材料切削。但其缺点是抗弯强度偏 续与断续切削淬火钢和连续切削铸铁时，比微米组 低，且脆性较大(即断裂韧性低)，随着高速硬态干 分的陶瓷刀具寿命提高了1～2倍¨』。力学性能的 式切削技术的发展，特别是切削速度的不断提高对 提高与许多因素有关，包括原始粉料粒径大小、纳米 刀具的性能要求越来越高，这就要求陶瓷刀具的断 第二相的添加量、粉体制备及烧结工艺、助烧剂类型 裂韧性和强度要高，现有陶瓷刀具的断裂韧性都较 以及热处理加工因素等。 低，满足不了高速切削加工的要求，因此研制与应用 2 纳米复相陶瓷刀具的增韧补强机理 高性能陶瓷刀具材料对促进高速硬态干式切削加工 2．1 纳米复相陶瓷材料中纳米相的作用 技术的发展具有重要的理论意义和实际应用价值。 1 纳米复相陶瓷刀具的力学性能 2．1．1 组织的细化作用，抑制晶粒生长和异常晶粒 A1 0 和Si N 仍是目前陶瓷刀具材料的两大 的长大；晶粒内产生亚晶界，使基体再细化，从而产 主要体系，基于此展开的纳米复合陶瓷的研究也有 生增强作用。 很多。(见表1) 2．1．2 微裂纹的产生使材料断裂韧度提高1～3倍 表 1 纳米复相陶瓷材料的力学性能 2．1．3 残余应力产生的穿晶断裂成为主要的刀具 破坏机理 2．1．4 高温时阻止位错运动，提高耐高温性能_2 J 2．1．5 通过控制弹性模量、热膨胀系数等来改善抗 弯强度和断裂韧性 2．2 纳米复合陶瓷的强韧化机理 2．2．1 裂纹临界尺寸减小 与位错和亚晶界有关。 同传统的微米级陶瓷材料相比，纳米复相陶瓷