發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 18:30

【摘要】：Al_2O_3復(fù)合陶瓷具有較高的硬度、較強(qiáng)的抗磨性能和耐腐蝕性能以及較好的高溫穩(wěn)定性能等特性,被廣泛應(yīng)用于陶瓷刀具材料的研發(fā)。但是其高脆性這一弱點(diǎn)大大地縮小了其應(yīng)用范圍,因此解決Al_2O_3陶瓷材料斷裂韌性低這一問(wèn)題成為該陶瓷材料研究的重點(diǎn)。已有研究表明石墨烯的添加可明顯改善陶瓷材料的斷裂韌性。本文針對(duì)石墨烯在Al_2O_3陶瓷材料中團(tuán)聚、熱壓燒結(jié)后在基體材料中呈固定取向、與基體材料結(jié)合不緊密等問(wèn)題,提出通過(guò)顆粒表面改性和靜電自組裝技術(shù)相結(jié)合制備氧化石墨烯(GO)包覆Si_3N_4復(fù)合粉體(Si_3N_4@GO)。通過(guò)熱壓燒結(jié),向基體中加入不同配比的Si_3N_4@GO粉體,成功制備了力學(xué)性能較好的Al_2O_3/(Si_3N_4@GO)(ASG)復(fù)合陶瓷刀具材料和Al_2O_3/WB_2/(Si_3N_4@GO)(AWSG)復(fù)合陶瓷刀具材料。對(duì)刀具材料進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)觀察,并采用Al_2O_3/WB_2/(Si_3N_4@GO)復(fù)合陶瓷刀具進(jìn)行了切削實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:對(duì)于Al_2O_3/(Si_3N_4@GO)刀具材料,得出GO添加量為1vol%時(shí),ASG性能最優(yōu):硬度18.6GPa、斷裂韌性7.6MPa·m~(1/2)、抗彎強(qiáng)度626MPa。對(duì)于Al_2O_3/WB_2/(Si_3N_4@GO)刀具材料,GO添加量為0.5vol%時(shí)力學(xué)性能最優(yōu):硬度18.7GPa、斷裂韌性8.2MPa·m~(1/2)、抗彎強(qiáng)度740MPa。觀察材料斷口處的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)還原氧化石墨烯均勻分散在Al_2O_3/WB_2基體內(nèi),同時(shí)與基體結(jié)合緊密,并在基體材料中無(wú)固定取向的趨勢(shì)。在不同的切削速度、進(jìn)給速度和背吃刀量的條件下進(jìn)行刀具切削性能試驗(yàn)和工件表面粗糙度的研究。AWSG刀具切削試驗(yàn)結(jié)果得出:當(dāng)切削速度為200m/min、背吃刀量為0.1mm和進(jìn)給量為0.102mm/r時(shí)AWSG刀具切削性能最好,最大切削距離為4800m,工件表面粗糙度值保持在相對(duì)較低的水平。研究了刀具的磨損機(jī)理,AWSG刀具后刀面磨損形式主要為磨粒磨損。
【學(xué)位授予單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG711
【圖文】：

石墨烯及其復(fù)合材料的研究.1 石墨烯的研究石墨烯是由單層碳原子堆垛而成的具有二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維碳質(zhì)材料前發(fā)現(xiàn)的最薄二維材料[19,20]；表面積和透光率分別高達(dá) 2600m2·g-1[7%[22]；熱導(dǎo)率為 5300W·m-1·K-1是金剛石的 3 倍[23]；強(qiáng)度是鋼的 100 多倍溫下 載流 子遷移率 15000cm2·V-1·s-1，在特殊條件下遷移率甚至000cm2·V-1·s-1[25]。此外，還具有室溫量子霍爾效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)[26]和性[27]等特殊優(yōu)異性能。由于獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，石墨烯應(yīng)用于許多先進(jìn)材料和器件膜材料[28-29]、儲(chǔ)能材料[30]、液晶材料[31]、機(jī)械諧振器[32]等，但是關(guān)于石在先進(jìn)復(fù)合陶瓷材料方面的研究報(bào)導(dǎo)很少。由于石墨烯是單層石墨，原價(jià)格便宜，高硬度，高彈性模量等有望成為復(fù)合陶瓷基材料的優(yōu)質(zhì)填料結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.1 所示。

12(b)APTES 對(duì) Si3N4表面改性 (c) GO 對(duì) Si3N4包覆圖 2.1 Si3N4@GO 的制備原理圖對(duì)于包覆粉體的表征實(shí)驗(yàn)采用 IRPrestige-2 型 Fourier 紅外光譜儀對(duì)粉體的表結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行分析測(cè)定；用 HORIBA/SZ100 型高分辨 Zeta 電位儀對(duì)改性后 APS-Si3N4和 GO 在不同 pH 值下的電位進(jìn)行分析；熱失重分析儀 WRT-3p 用粉體的熱失重檢測(cè)；采用 SUPRATM55 型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和 JEOL-2010透射電子顯微鏡觀察復(fù)合粉體形貌，并用其配備的牛津 X-射線電制冷能譜儀S 進(jìn)行元素分析。

Si3N4粉體的表面氧化分析重分析別將原始的Si3N4粉體和表面經(jīng)H2O2處理的Si3N4粉體置，然后將粉體置于熱重分析儀中，通過(guò)熱重分析儀對(duì)樣行分析，如圖2.2所示，溫度在0℃~800℃時(shí)，隨著溫度的粉體H2O2-Si3N4質(zhì)量損失率隨之增加。當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)-Si3N4的質(zhì)量趨于平穩(wěn)。對(duì)于圖2.2(a)所示的Si3N4粉體的熱高，Si3N4質(zhì)量基本保持不變，當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí)失重率顆粒上的胺類(lèi)在空氣中極不穩(wěn)定[60]，而且微粒尺寸小，在高溫作用下，表面原子在空氣中被氧化，形成具有一[61]。對(duì)于圖2.2(b)所示，在250℃以下，H2O2-Si3N4粉體出體表面的吸附水加熱分解引起。質(zhì)量損失率在350℃~550羥基（-OH）、羧基（-COOH）等含氧基團(tuán)分解引起的氧化處理，使得氮化硅顆粒表面的含氧基團(tuán)的增多，利

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2804045