论文摘要
先进陶瓷刀具材料由于具有很高的硬度和熔点,很高的高温化学稳定性和力学稳定性,优良的切削性能等优点,在切削领域有很广阔的应用前景。但是由于陶瓷材料的脆性本质限制了其应用领域,各国学者都在高强度、高韧性陶瓷领域进行了大量的研究。本文针对目前陶瓷刀具材料断裂韧性和抗弯强度低的难题,分别制备了A12O3 /Ti（C,N）基和Si3N4基陶瓷刀具材料。通过添加TiNi合金作为增韧相,以提高材料韧性为目标,采用热压烧结致密化工艺,制备了Al2O3/Ti（C,N）-TiNi复合材料。检测了这种复合材料的主要力学性能,研究了TiNi增韧相含量对Al2O3/Ti（C,N）基复合材料性能的影响,并分析了TiNi添加物所产生的强化韧化机理。实验结果表明,随着TiNi加入量的增加Al2O3/Ti（C,N）-TiNi复合材料的断裂韧性升高。Al2O3/Ti（C,N）-TiNi复合材料增韧的主要机制是颗粒弥散强化和裂纹的桥接。当TiNi添加量为5vol%、热压温度为1550℃、保温时间为15min、烧结压力为30MPa时,可获得最好的综合力学性能。获得的复合材料强度为523MPa、硬度为18.23GPa、断裂韧性为7.9MPa-m1/2,性能均优于单纯的Al2O3/Ti（C,N）复合材料,增韧效果比较显著。采用粒径为0.5μm、1μm及（95 wt% 0.5μm+5 wt% 1μm）的Si3N4初始粉,添加7wt%Y2O3、3wt% Al2O3作烧结助剂,在1750℃保温60min,真空热压制备Si3N4陶瓷材料,考察不同粒径的初始粉热压后块体的显微组织及对材料力学性能的影响。试验结果表明,热压氮化硅都是由柱状β-Si3N4组成,不同长径比的长柱状的B晶粒相互交错。Si3N4陶瓷断口表面凹凸不平,晶粒拔出现象清晰可见,力学性能优良。由95%0.5μm+5wt%1μm的Si3N4初始粉热压而成的试样断裂韧性最高（14.2 MPa·m1/2）。裂纹桥接和裂纹偏转是Si3N4材料主要的增韧机制。