氧化鋁基陶瓷刀具復(fù)合材料力學(xué)性能和顯微結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、本文在設(shè)計(jì)制備氧化鋁基陶瓷刀具的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研制了新型的氧化鋁基陶瓷刀具材料。通過添加金屬鈷、稀土金屬釔、以及氧化物，如氧化釔、氧化鈰來(lái)改善氧化鋁陶瓷刀具本身所具有的不足。同時(shí)，具體研究了鈷、釔、氧化釔和氧化鈰的加入對(duì)于氧化鋁陶瓷刀具力學(xué)性能的影響。
　　鈷金屬的加入對(duì)于Al2O3陶瓷刀具力學(xué)性能的影響。陶瓷磨損速率的增大是由于沖擊角度的增大，最大的磨損速率出現(xiàn)在沖擊角度接近90°時(shí)，ATC陶瓷的耐磨速率與AT30陶瓷相比降低了

2、30％。在不同的沖擊速度下，不同類型的樣品磨損速率不同。不同類型的樣品磨損速率的增大是由于沖擊速度的增大引起的。這意味著在恒定粒子尺寸的情況下增加粒子速度，即增加瞬時(shí)表面撞擊壓力，能夠引起形變和斷裂。一個(gè)臨界變形量引起微裂紋的產(chǎn)生和隨著這些裂縫的進(jìn)一步傳播導(dǎo)致材料形變。
　　CeO2的含量對(duì)Al2O3陶瓷復(fù)合刀具力學(xué)性能的影響。隨著氧化鈰量的改變和溫度的變化，在表面會(huì)形成不同的種類的氧化鈰。當(dāng)氧化鈰的量高于6wt.%時(shí)，在氧化鋁表

3、面會(huì)形成二氧化鈰納米晶體，當(dāng)百分含量低于6wt.%時(shí)，會(huì)形成無(wú)定形二氧化鈰。當(dāng)1wt.%的二氧化鈰被添加時(shí)，由于氧化鈰和氧化鋁之間強(qiáng)烈的相互作用會(huì)導(dǎo)致CeAlO3相的形成。在界面上的氧空位穩(wěn)定性要低于在氧化鋁界面處的單層氧化鈰。氧化鋁/氧化鈰刀具的側(cè)面磨損可以與商用的ZTA進(jìn)行比較。側(cè)面磨損情況要優(yōu)于純的氧化鋁陶瓷刀具。磨損和粘附在側(cè)面磨損的磨損機(jī)理中占主要的原因。氧化鋁/氧化鈰復(fù)合陶瓷刀具由于更加優(yōu)良的機(jī)械性能，它的側(cè)面磨損阻抗要優(yōu)于

4、純的氧化鋁陶瓷刀具。
　　CeO2、Y2O3協(xié)同增韌Al2O3陶瓷刀具及其對(duì)其力學(xué)性能的影響。比表面積越大，機(jī)械性能越好，燒結(jié)的樣品越密實(shí)。原因解釋就是比表面積越大對(duì)應(yīng)顆粒具有更高的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力。隨著燒結(jié)時(shí)間的增加，試樣的硬度會(huì)下降原因在于顆粒尺寸的增加。在1500℃煅燒的條件下具有較好硬度以及斷裂韌性的最佳煅燒時(shí)間為2h；在一定顆粒尺寸條件下的硬度。隨著顆粒尺寸的增加，樣品的硬度會(huì)相對(duì)減小。趨勢(shì)上的變化可能是由于密度效應(yīng)和相組成不

5、同的原因。兩者的影響大不相同，由于裂縫的產(chǎn)生來(lái)源于單斜相的存在；在相同的長(zhǎng)度條件下，表面裂縫長(zhǎng)度越短，意味著裂紋的擴(kuò)展遇到的阻抗就越大，所得到的斷裂韌性值就大。
　　稀土金屬釔的加入對(duì)于氧化鋁陶瓷刀具力學(xué)性能的影響。當(dāng)釔含量小于1wt.%時(shí)，材料的彎曲強(qiáng)度得到不同程度的增加。最大增加量達(dá)到了20%，當(dāng)釔含量為0.5wt.%時(shí)，最大彎曲強(qiáng)度大約是1010MPa。當(dāng)高于1wt.%時(shí)，彎曲強(qiáng)度隨釔含量增加而增加。釔含量對(duì)材料的斷裂韌性起