碳納米管增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料的研制.pdf

1、高速切削加工是未來切削加工技術的發(fā)展方向，而刀具材料是發(fā)展高速切削加工技術的關鍵，開發(fā)適于高速干式切削加工的陶瓷刀具契合了當今綠色環(huán)保的理念。本文以研制高性能氧化鋁基復合陶瓷刀具材料為目標，對碳納米管增韌增強氧化鋁基多元復合陶瓷刀具材料進行了系統(tǒng)設計，優(yōu)化了復合陶瓷刀具材料的制備工藝，成功制備出Al2O3/TiC/碳納米管納米多元陶瓷刀具材料，并對其力學性能、微觀組織結構、斷裂形式及機理進行了研究。
　　基于刀具材料多元多尺度的設

2、計思路，設計出以納米A12O3為基體，微米TiC和微米 A12O3為添加相，基體的粘結劑為Mo和Ni，而且以碳納米管為添加劑的多元復合陶瓷刀具材料，并介紹了氧化鋁基金屬陶瓷材料測試試樣的制備過程，以及材料的力學性能測試和微觀結構表征方法。
　　首先確定已純化的碳納米管的在材料組分中的含量，發(fā)現(xiàn)采用真空熱壓燒結的方法制備材料時，碳納米管含量為2vol％時，相比未添加碳納米管的Al2O3基多元金屬陶瓷材料，其抗彎強度提高了33.95%

3、、斷裂韌性提高了92.98%。
　　然后利用正交試驗方法研究獲得具備最佳力學性能的復合陶瓷新材料，其所需的條件是：添加2vol%碳納米管，燒成溫度為1620℃，保溫時間25min，成型壓力為30MPa。抗彎強度為1005.67 MPa；維氏硬度為18.94 GPa；斷裂韌性為7.32 MPa·m1/2。
　　并研究了碳納米管增強Al2O3基陶瓷刀具材料的機理分析，發(fā)現(xiàn)碳納米管/Al2O3復合材料的斷裂模式屬于穿晶和沿晶混合斷

4、裂，仍以沿晶斷裂為主；碳納米管/Al2O3復合材料的強韌化主要來自碳納米管的橋聯(lián)和拔出機制以及裂紋彎曲、偏轉和裂紋分叉。碳納米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂紋橋聯(lián)的作用，有效地阻止裂紋擴展。
　　最后對所制備的納米Al2O3基復合陶瓷刀具材料進行了摩擦磨損性能實驗研究，采用掃描電鏡觀察了磨損表面的微觀形貌。研究發(fā)現(xiàn)在法向載荷不斷增加的同時，Al2O3基復相陶瓷刀具的摩擦系數(shù)也會隨之增加；隨著摩擦速度和法向載荷的增大，其磨損量