本文關(guān)鍵詞：碳納米管增韌氮化硅基陶瓷刀具材料的研制及其切削性能研究

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【摘要】：陶瓷刀具具有良好的硬度、耐磨性和抗高溫氧化性,適用于金屬材料的高速切削和干切削。但是,固有的脆性嚴(yán)重限制了其使用范圍。增韌補(bǔ)強(qiáng)是陶瓷刀具材料開發(fā)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本研究以微米碳化鈦和碳納米管為增強(qiáng)相,采用熱壓燒結(jié)法制備了氮化硅基陶瓷刀具材料,對(duì)碳納米管的含量對(duì)氮化硅基陶瓷刀具材料力學(xué)性能和微觀組織結(jié)構(gòu)的影響及氮化硅基陶瓷刀具的切削性能進(jìn)行了研究。研究了碳納米管的純化和分散工藝。碳納米管純化的最優(yōu)工藝:將碳納米管浸泡在濃硝酸的稀釋液中,進(jìn)行30min的超聲振蕩,靜置24h;進(jìn)行3h的超聲振蕩;靜置24h;再進(jìn)行3h的超聲振蕩,靜置2h。采用真空抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾,使用蒸餾水不斷清洗直至PH值為7。最后,置于真空干燥箱中進(jìn)行烘干。碳納米管分散的最優(yōu)工藝為分散劑的添加量和碳納米管的質(zhì)量比為1:1,超聲振蕩30min。研究了碳納米管的含量對(duì)氮化硅基陶瓷刀具材料力學(xué)性能和微觀組織結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)碳納米管的含量為1wt%時(shí),氮化硅基陶瓷刀具材料的綜合力學(xué)性能最佳,其硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性分別為14.5GPa、850MPa和8.8MPa·m1/2,與未添加碳納米管的陶瓷刀具材料相比,研制的新型氮化硅基陶瓷刀具材料的硬度、抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別提高了9.8%、18%、10%。采用新開發(fā)的氮化硅基陶瓷刀具對(duì)灰口鑄鐵進(jìn)行了連續(xù)切削實(shí)驗(yàn),在較高的切削速度、較低的進(jìn)給速度和較小的切削深度條件下,其切削性能較好,磨損機(jī)理主要為粘結(jié)磨損和磨粒磨損。磨損后的后刀面比較平滑,被加工材料的表面粗糙度在2μm~5μm之間。在相同的切削參數(shù)條件下,與純氮化硅陶瓷刀具相比,新研制的氮化硅基陶瓷刀具的切削溫度較低,切削力較小�？傮w來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)并制備的氮化硅基陶瓷刀具有效提高了刀具的切削性能。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 氮化硅基陶瓷刀具 力學(xué)性能 切削性能
【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】：2016
【分類號(hào)】：TG711
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 碳納米管概述11-13
• 1.1.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.2 碳納米管的力學(xué)性能12-13
• 1.2 陶瓷刀具研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 氧化鋁基陶瓷刀具13-14
• 1.2.2 氮化硅基陶瓷刀具14-17
• 1.3 陶瓷刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理17-19
• 1.4 碳納米管/陶瓷材料的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本課題的主要研究目的、內(nèi)容和技術(shù)路線21-23
• 第2章 碳納米管的純化和分散23-29
• 2.1 碳納米管的團(tuán)聚體形貌23
• 2.2 碳納米管的純化23-24
• 2.3 碳納米管的分散24-27
• 2.3.1 碳納米管的分散過(guò)程24-25
• 2.3.2 碳納米管的分散方法25-27
• 2.4 碳納米管純化和分散工藝27-28
• 2.5 本章小節(jié)28-29
• 第3章 氮化硅基陶瓷刀具材料的制備及其力學(xué)性能29-49
• 3.1 氮化硅基陶瓷刀具材料組分及燒結(jié)工藝的確定29-30
• 3.1.1 組分的確定29-30
• 3.1.2 燒結(jié)工藝的確定30
• 3.2 氮化硅基陶瓷刀具材料試樣的制備30-32
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料30-31
• 3.2.2 制備工藝31-32
• 3.3 氮化硅基陶瓷刀具材料的力學(xué)性能測(cè)試方法32-35
• 3.3.1 力學(xué)性能測(cè)試32-35
• 3.3.2 微觀組織結(jié)構(gòu)形貌分析35
• 3.4 碳納米管含量對(duì)氮化硅基陶瓷刀具材料的力學(xué)性能的影響35-40
• 3.4.1 氮化硅基陶瓷刀具材料的相對(duì)密度36-37
• 3.4.2 氮化硅基陶瓷刀具材料的維氏硬度37-38
• 3.4.3 氮化硅基陶瓷刀具材料的抗彎強(qiáng)度38-39
• 3.4.4 氮化硅基陶瓷刀具材料的斷裂韌性39-40
• 3.5 不同碳納米管含量下氮化硅基陶瓷刀具材料微觀組織形貌40-42
• 3.6 碳納米管增強(qiáng)氮化硅基陶瓷刀具材料的機(jī)理分析42-47
• 3.6.1 CNTs的橋聯(lián)與拔出43-45
• 3.6.2 裂紋彎曲、偏轉(zhuǎn)、分支45-46
• 3.6.3 微孔洞增韌46
• 3.6.4 界面韌化作用46-47
• 3.7 本章小節(jié)47-49
• 第4章 氮化硅基陶瓷刀具切削性能的研究49-67
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實(shí)驗(yàn)條件50-51
• 4.3 切削參數(shù)對(duì)刀具性能的影響51-56
• 4.4 刀具的磨損機(jī)理56-57
• 4.5 切削參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響57-64
• 4.6 切削灰口鑄鐵時(shí)的切削溫度64-65
• 4.7 切削灰口鑄鐵時(shí)的切削力及前刀面摩擦系數(shù)65-66
• 4.8 本章小結(jié)66-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 在學(xué)期間主要科研成果75
• 一、發(fā)表學(xué)術(shù)論文75
• 二、參加項(xiàng)目75

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 艾興,鄧建新,趙軍,黃傳真,劉戰(zhàn)強(qiáng);陶瓷刀具的發(fā)展及其應(yīng)用[J];機(jī)械工人.冷加工;2000年09期

2 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;陶瓷刀具的發(fā)展與應(yīng)用[J];工具技術(shù);2001年01期

3 王永國(guó),李兆前,鄧建新,趙軍;陶瓷刀具低速切削時(shí)的有限元分析[J];工具技術(shù);2001年06期

4 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;陶瓷刀具使用中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J];機(jī)械工藝師;2001年06期

5 ;金屬陶瓷刀具研究有重大創(chuàng)新[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2001年02期

6 苗赫濯,齊龍浩,司文捷,仇啟源;新型陶瓷刀具在超硬材料加工中的應(yīng)用[J];機(jī)械工程師;2001年01期

7 張彥博;陶瓷刀具的發(fā)展與使用[J];攀枝花大學(xué)學(xué)報(bào);2001年04期

8 王寶友,崔麗華,黃傳真,艾興;兩類陶瓷刀具的現(xiàn)狀、性能與應(yīng)用[J];陶瓷學(xué)報(bào);2001年01期

9 姜春光,翟書研;陶瓷刀具在生產(chǎn)中的應(yīng)用介紹[J];一重技術(shù);2002年01期

10 劉祖德;應(yīng)用陶瓷刀具以車代磨[J];機(jī)械工人.冷加工;2002年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳國(guó)楨;謝華永;盧振偉;;陶瓷刀具在軸承加工中的應(yīng)用[A];2009全國(guó)機(jī)電企業(yè)工藝年會(huì)<廈工杯>工藝征文論文集[C];2009年

2 葉毅;葉偉昌;;陶瓷刀具概述[A];中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)論文集[C];2004年

3 許崇海;艾興;黃傳真;;陶瓷刀具切削加工中的裂紋現(xiàn)象[A];面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程——2001年“面向21世紀(jì)的生產(chǎn)工程”學(xué)術(shù)會(huì)議暨企業(yè)生產(chǎn)工程與產(chǎn)品創(chuàng)新專題研討會(huì)論文集[C];2001年

4 彭志堅(jiān);李文治;苗赫濯;石峰;;MEVVA源離子注入陶瓷刀具表面改性研究[A];2004全國(guó)荷電粒子源、粒子束學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

5 ;納米氮化鈦陶瓷刀具研制成功[A];慶祝中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)成立六十周年專輯[C];2005年

6 李永洪;徐煒;王曉華;張波;潘敏元;;陶瓷刀具材料增強(qiáng)增韌機(jī)制的TEM研究[A];第七次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1993年

7 苗赫濯;彭志堅(jiān);吳冰;楊思澤;劉赤子;齊龍浩;;高能量密度脈沖等離子槍在陶瓷刀具上沉積高硬耐磨涂層研究[A];中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2003年

8 石增敏;鄭勇;游敏;豐平;劉文俊;;氮化處理金屬陶瓷刀具的磨損形態(tài)和機(jī)理[A];第六屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（10）[C];2007年

9 韓成良;趙娣芳;丁明;;TiN納米顆粒增強(qiáng)(Ti,W,Mo)C@TiC-Ni金屬陶瓷刀具的制備[A];安徽省機(jī)械工程學(xué)會(huì)成立50周年論文集[C];2014年

10 許崇海;張榮波;馮曰美;肖光春;;Al_2O_3-Ti(C，，N)-SiC新型陶瓷刀具材料加工工具鋼和鑄鐵時(shí)的磨損特性[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 本報(bào)記者 孫圓;陶瓷刀具：外柔內(nèi)剛露鋒芒[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2013年

2 陳冀渝;新型陶瓷刀具的研發(fā)新進(jìn)展[N];廣東建設(shè)報(bào);2007年

3 何達(dá);新型納米材料金屬陶瓷刀具[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2001年

4 劉志國(guó);新型特種陶瓷刀具材料發(fā)展展望[N];廣東建設(shè)報(bào);2007年

5 阮霞;納米材料制成金屬陶瓷刀具[N];中華建筑報(bào);2004年

6 陶達(dá);合工大用納米材料制成金屬陶瓷刀具[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2004年

7 通訊員 霍效忠 王曉芒 記者 王春;金屬陶瓷刀具研究有重大創(chuàng)新[N];科技日?qǐng)?bào);2000年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 趙國(guó)龍;原位生長(zhǎng)TiB_2棒晶增韌陶瓷刀具及其磨損可靠性評(píng)價(jià)研究[D];山東大學(xué);2015年

2 陳照強(qiáng);核—?dú)ぐ沧詽?rùn)滑陶瓷刀具研制及其切削性能研究[D];山東大學(xué);2016年

3 李彬;原位反應(yīng)自潤(rùn)滑陶瓷刀具的設(shè)計(jì)開發(fā)及其減摩機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2010年

4 方斌;燒結(jié)過(guò)程中陶瓷刀具材料微觀組織結(jié)構(gòu)演變模擬研究[D];山東大學(xué);2007年

5 王珉;基于元胞自動(dòng)機(jī)模型的陶瓷刀具材料及其切削性能研究[D];山東大學(xué);2012年

6 曹同坤;自潤(rùn)滑陶瓷刀具的設(shè)計(jì)開發(fā)及其自潤(rùn)滑機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2005年

7 周婷婷;陶瓷刀具材料納觀界面行為和微觀斷裂行為模擬研究[D];山東大學(xué);2012年

8 崇學(xué)文;碳熱還原合成晶須增韌陶瓷刀具研究[D];山東大學(xué);2011年

9 殷增斌;高速切削用陶瓷刀具多尺度設(shè)計(jì)理論與切削可靠性研究[D];山東大學(xué);2014年

10 彭志堅(jiān);載能離子陶瓷刀具表面改性研究[D];清華大學(xué);2004年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 祝賀;陶瓷刀具與不銹鋼的擴(kuò)散特性研究[D];湘潭大學(xué);2011年

2 孫士帥;微波燒結(jié)氧化鋁基陶瓷刀具的研究[D];南京理工大學(xué);2015年

3 王利梅;TiB_2復(fù)合TiC基金屬陶瓷刀具的研制及其切削性能研究[D];山東大學(xué);2015年

4 劉雪飛;SiC晶須與納米顆粒協(xié)同增韌Al_2O_3基陶瓷刀具及其切削性能研究[D];山東大學(xué);2015年

5 李福盟;Al_2O_3-TiN-CaF_2納米復(fù)合自潤(rùn)滑陶瓷刀具材料的制備及其性能研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2015年

6 黃海霞;納米CaF_2改性自潤(rùn)滑陶瓷刀具材料的制備及性能研究[D];齊魯工業(yè)大學(xué);2015年

7 王金龍;層狀A(yù)l_2O_3/WC陶瓷刀具材料素坯制備機(jī)理及燒結(jié)工藝的研究[D];太原理工大學(xué);2016年

8 高棱;Si_3N_4陶瓷刀具切削性能的有限元研究以及切削參數(shù)的遺傳算法優(yōu)化[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

9 曾俊杰;PVD涂層陶瓷刀具切削灰鑄鐵的性能研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

10 洪繼偉;陶瓷刀具表面微織構(gòu)對(duì)刀具切削性能的影響研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

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