Al2O3-Ti(C,N)-ZrO2及Al2O3-Ti(C,N)-cBN陶瓷刀具材料的制備及性能研究.pdf

1、Al2O3陶瓷具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性，采用納米粉可以進(jìn)一步降低燒結(jié)溫度，但是室溫強(qiáng)度低、斷裂韌性較差限制了其發(fā)展。Al2O3中添加碳化物或氮化物，經(jīng)熱壓燒結(jié)，將明顯改善材料性能。Ti(C，N)是TiC和TiN的連續(xù)固溶體，它兼具二者的優(yōu)良性能，阻礙Al2O3晶粒長(zhǎng)大，起到增強(qiáng)增韌的作用。ZrO2相變?cè)鲰g是一種有效的陶瓷增韌方式，通過(guò)t-ZrO2→m-ZrO2相變阻礙裂紋擴(kuò)展，進(jìn)一步提高材料的韌性。立方氮化硼(cBN)是一種

2、新型超硬材料，結(jié)構(gòu)與金剛石類似，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性非常好，耐熱性可達(dá)1400-1500℃，化學(xué)穩(wěn)定性好，1000℃以下不會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，與鐵系材料直到1200-1300℃也不起化學(xué)反應(yīng)，此外cBN還具有良好的導(dǎo)熱性和較小的摩擦系數(shù)，可以改善刀具材料切削性能。
　　本文研究了ZrO2添加量和熱壓溫度對(duì)Al2O3-ZrO2-Ti(C，N)復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明，當(dāng)ZrO2含量為10vol.％、熱壓溫度1200℃、壓力44MP

3、a、保溫時(shí)間為15 min時(shí)，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最佳，相對(duì)密度可達(dá)99.8％、維氏硬度值21GPa、斷裂韌性值5.13 MPa·m1/2。
　　采用熱壓工藝制備了Al2O3-Ti(C，N)-cBN復(fù)合材料，研究了不同熱壓溫度及cBN含量對(duì)復(fù)合材料的影響。結(jié)果表明，cBN含量為5vol.％、熱壓溫度為1450℃、壓力為44MPa、保溫時(shí)間為30 min時(shí)，復(fù)合材料有良好的綜合力學(xué)性能，相對(duì)密度達(dá)到99.9％，維氏硬度達(dá)到22 G

4、Pa，斷裂韌性5.09MPa·m1/2。并且隨cBN含量增加，復(fù)合材料相對(duì)密度、硬度均下降，溫度超過(guò)1550℃，將發(fā)生cBN→hBN的轉(zhuǎn)變。
　　分別使用Al2O3-Ti(C，N)刀具和Al2O3-Ti(C，N)-cBN刀具對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行切削加工，研究了不同切削參數(shù)下刀具的磨損形態(tài)和工件的表面粗糙度情況。結(jié)果表明，Al2O3-Ti(C，N)-cBN復(fù)合陶瓷刀具材料切削TC4鈦合金過(guò)程中沒有發(fā)生明顯崩刃，但是有微崩刃現(xiàn)象，隨切削