【摘要】：Al_2O_3復(fù)合陶瓷具有較高的硬度、較強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題成為該陶瓷材料研究的重點。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。本文針對石墨烯在Al_2O_3陶瓷材料中團聚、熱壓燒結(jié)后在基體材料中呈固定取向、與基體材料結(jié)合不緊密等問題,提出通過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。對刀具材料進行了力學(xué)性能測試和微觀結(jié)構(gòu)觀察,并采用Al_2O_3/WB_2/(Si_3N_4@GO)復(fù)合陶瓷刀具進行了切削實驗。結(jié)果表明:對于Al_2O_3/(Si_3N_4@GO)刀具材料,得出GO添加量為1vol%時,ASG性能最優(yōu):硬度18.6GPa、斷裂韌性7.6MPa·m~(1/2)、抗彎強度626MPa。對于Al_2O_3/WB_2/(Si_3N_4@GO)刀具材料,GO添加量為0.5vol%時力學(xué)性能最優(yōu):硬度18.7GPa、斷裂韌性8.2MPa·m~(1/2)、抗彎強度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),同時與基體結(jié)合緊密,并在基體材料中無固定取向的趨勢。在不同的切削速度、進給速度和背吃刀量的條件下進行刀具切削性能試驗和工件表面粗糙度的研究。AWSG刀具切削試驗結(jié)果得出:當(dāng)切削速度為200m/min、背吃刀量為0.1mm和進給量為0.102mm/r時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較低的水平。研究了刀具的磨損機理,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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)用于許多先進材料和器件膜材料[28-29]、儲能材料[30]、液晶材料[31]、機械諧振器[32]等，但是關(guān)于石在先進復(fù)合陶瓷材料方面的研究報導(dǎo)很少。由于石墨烯是單層石墨，原價格便宜，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 Si3N4表面改性 (c) GO 對 Si3N4包覆圖 2.1 Si3N4@GO 的制備原理圖對于包覆粉體的表征實驗采用 IRPrestige-2 型 Fourier 紅外光譜儀對粉體的表結(jié)構(gòu)和成分進行分析測定；用 HORIBA/SZ100 型高分辨 Zeta 電位儀對改性后 APS-Si3N4和 GO 在不同 pH 值下的電位進行分析；熱失重分析儀 WRT-3p 用粉體的熱失重檢測；采用 SUPRATM55 型場發(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，通過熱重分析儀對樣行分析，如圖2.2所示，溫度在0℃~800℃時，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-Si3N4的質(zhì)量趨于平穩(wěn)。對于圖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℃時失重率顆粒上的胺類在空氣中極不穩(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）等含氧基團分解引起的氧化處理，使得氮化硅顆粒表面的含氧基團的增多，利

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2804045