本文關(guān)鍵詞：顆粒晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料的研究

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【摘要】：針對(duì)陶瓷刀具材料脆性大的客觀問(wèn)題,各國(guó)研究人員進(jìn)行了深入的研究,應(yīng)用各種增韌補(bǔ)強(qiáng)方法來(lái)提高陶瓷刀具材料的韌性,取得了一定的成效,但是還有很多不足有待改善。本文采用原位合成TiC晶須,外加納米SiC顆粒的方式來(lái)提高陶瓷刀具材料的綜合力學(xué)性能。主要工作包括:分析了TiC晶須的生長(zhǎng)機(jī)理、納米SiC顆粒的分散方法,研究了復(fù)合粉末的制備工藝和后期材料的燒結(jié)工藝,研究了陶瓷刀具材料的制備工藝與力學(xué)性能及微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系等。本研究中合成晶須的原材料為TiO2和炭黑,反應(yīng)催化劑選取NaCl和Ni,在氧化鋁和納米SiC組成的預(yù)制基體中原位生長(zhǎng)晶須,全程通氬氣作為保護(hù)氣氛。研究了碳熱還原制備晶須時(shí)晶須的生長(zhǎng)機(jī)理,納米Si C顆粒的分散方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在晶須的生長(zhǎng)過(guò)程中,NaCl可以作為傳質(zhì)相,通過(guò)粘附作用和自身的蒸發(fā)輸送原材料給觸媒相Ni熔滴,保證晶須的不斷生長(zhǎng);采用超聲震動(dòng)加機(jī)械攪拌的方法可以比較理想的分散納米SiC顆粒。研究顆粒、晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料復(fù)合粉末的制備方法。結(jié)果顯示,碳熱還原合成TiC晶須的最佳溫度為1500℃,二次升溫有利于減少雜質(zhì)含量,同時(shí)還可以提高材料的力學(xué)性能。因此最佳的晶須生長(zhǎng)工藝為快速升溫到1500℃,保溫60min,然后二次升溫到1700℃,保溫30min,全程通氬氣保護(hù)。優(yōu)化了材料的燒結(jié)工藝,在1600~1700℃溫度范圍進(jìn)行了優(yōu)化,制備了TiC晶須和納米SiC顆粒協(xié)同增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料,研究了不同燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)材料力學(xué)性能、微觀組織結(jié)構(gòu)的影響,得出其最佳燒結(jié)方案為:60min升溫到1700℃、保溫時(shí)間30min、最終的燒結(jié)壓力為35MPa,全程通氬氣保護(hù)。刀具材料的抗彎強(qiáng)度達(dá)到了789MPa,斷裂韌度7.43MPa?m1/2,維氏硬度20.02GPa。研究了顆粒、晶須協(xié)同增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制,確定了顆粒補(bǔ)強(qiáng)與晶須增韌之間的協(xié)同作用關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：碳熱還原 晶須 納米顆粒 協(xié)同增韌
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG711
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 陶瓷刀具材料的發(fā)展概括10-11
• 1.2 陶瓷刀具材料的特性11-12
• 1.3 陶瓷刀具材料的增韌措施12-14
• 1.3.1 顆粒增韌12-13
• 1.3.2 纖維及晶須增韌13
• 1.3.3 相變?cè)鲰g13
• 1.3.4 自增韌13-14
• 1.3.5 復(fù)合增韌14
• 1.4 晶須的生長(zhǎng)機(jī)理研究14-16
• 1.4.1 氣液固生長(zhǎng)機(jī)理14-15
• 1.4.2 氣固生長(zhǎng)機(jī)理15
• 1.4.3 液固和固液固生長(zhǎng)機(jī)理15-16
• 1.5 顆粒、晶須協(xié)同增韌陶瓷的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.5.1 顆粒增韌的研究現(xiàn)狀16
• 1.5.2 晶須增韌的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.5.3 顆粒、晶須協(xié)同增韌的研究現(xiàn)狀17
• 1.5.4 顆粒、晶須協(xié)同增韌需要解決的問(wèn)題17-18
• 1.6 本課題研究的目的、意義及主要的研究?jī)?nèi)容18-20
• 1.6.1 研究的目的和意義18
• 1.6.2 研究的主要內(nèi)容18-20
• 第二章 顆粒晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料復(fù)合粉末的制備20-38
• 2.1 刀具材料的設(shè)計(jì)原則20-22
• 2.1.1 物理相容性20-21
• 2.1.2 化學(xué)相容性21-22
• 2.1.3 刀具與加工材料的匹配性22
• 2.1.4 界面原則22
• 2.2 材料體系的設(shè)計(jì)原則22-25
• 2.2.1 基體材料的選擇22-23
• 2.2.2 晶須及其制備原材料的選擇23-24
• 2.2.3 增韌補(bǔ)強(qiáng)顆粒的選取24-25
• 2.3 TiC晶須的制備方法及生長(zhǎng)機(jī)理25-30
• 2.3.1 碳熱還原合成TiC晶須的實(shí)驗(yàn)方案25
• 2.3.2 TiC晶須合成工藝參數(shù)研究25-28
• 2.3.2.1 合成溫度的影響26-27
• 2.3.2.2 保溫時(shí)間的影響27-28
• 2.3.3 TiC晶須的生長(zhǎng)機(jī)理研究28-30
• 2.4 影響晶須產(chǎn)量和長(zhǎng)徑比的因素30-32
• 2.4.1 影響晶須產(chǎn)量的因素31-32
• 2.4.2 影響晶須長(zhǎng)徑比的因素32
• 2.5 晶須的雜質(zhì)處理及宏觀缺陷分析32-34
• 2.5.1 晶須的雜質(zhì)處理32-33
• 2.5.2 晶須生長(zhǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)33-34
• 2.5.2.1 錐狀晶須33
• 2.5.2.2 彎曲狀晶須33
• 2.5.2.3 枝杈狀晶須33-34
• 2.6 納米SiC的分散34-36
• 2.6.1 納米顆粒的分散方法簡(jiǎn)介35
• 2.6.2 納米SiC顆粒的分散實(shí)驗(yàn)35-36
• 2.7 復(fù)合粉末的制備過(guò)程36-37
• 2.8 本章小結(jié)37-38
• 第三章 顆粒晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料的制備及力學(xué)性能研究38-52
• 3.1 陶瓷刀具材料的制備工藝38-40
• 3.1.1 燒結(jié)實(shí)驗(yàn)方案38
• 3.1.2 材料的燒結(jié)特性38-40
• 3.2 力學(xué)性能與致密度測(cè)試40-42
• 3.2.1 抗彎強(qiáng)度40-41
• 3.2.2 硬度41
• 3.2.3 斷裂韌性41-42
• 3.2.4 材料的密度測(cè)試42
• 3.3 顆粒、晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料的組分研究42-45
• 3.3.1 TiC晶須含量對(duì)力學(xué)性能的影響42-44
• 3.3.2 納米SiC顆粒含量對(duì)力學(xué)性能的影響44-45
• 3.4 顆粒、晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料的燒結(jié)工藝研究45-50
• 3.4.1 燒結(jié)溫度對(duì)力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響45-47
• 3.4.1.1 材料的力學(xué)性能分析45-46
• 3.4.1.2 材料的微觀組織分析46-47
• 3.4.2 保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響47-50
• 3.4.2.1 材料的力學(xué)性能分析48
• 3.4.2.2 材料的微觀組織分析48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第四章 顆粒晶須協(xié)同增韌陶瓷刀具材料的增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究52-60
• 4.1 補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制52-54
• 4.1.1 納米相的增強(qiáng)作用53-54
• 4.1.2 物相間的物理匹配性54
• 4.1.3 高致密度54
• 4.2 增韌機(jī)制54-58
• 4.2.1 納米SiC顆粒引起的裂紋偏轉(zhuǎn)54-55
• 4.2.2 TiC晶須(顆粒)的增韌作用及增韌模型55-58
• 4.2.2.1 TiC晶須(顆粒)的增韌作用55-57
• 4.2.2.2 TiC晶須（顆粒）增韌模型57-58
• 4.3 顆粒與晶須協(xié)同增韌補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 結(jié)論與展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66

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