论文题目: 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的研制及其应用基础研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 孙静
导师: 黄传真
关键词: 氧化锆基复合陶瓷,陶瓷纺织剪刀,低温老化性能,摩擦磨损
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文针对氧化锆基陶瓷材料的缺点,研制了高性能氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料。选择高弹性模量的TiN和Al2O3颗粒作为3Y-TZP的添加相,采用热压烧结制备工艺,研制成功了氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3,并对其常温力学性能、低温老化性能、摩擦磨损性能以及电加工性能进行了研究,系统研究了其增韧机理和摩擦磨损机理,在应力诱导相变老化机理的基础上,分析了其抗低温老化机理。 在优化的热压烧结工艺下,制备出了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3复合陶瓷材料,并对其常温力学性能进行了研究。结果表明,TiN、Al2O3和ZrO2相互之间具有良好的物理和化学相容性;TiN对3Y-TZP具有非常显著的增韧补强作用,当TiN的添加量为30%（质量百分比）时,其抗弯强度和断裂韧性均比基体3Y-TZP提高了约70%;大粒径TiN颗粒可提高其增韧作用。少量的Al2O3可显著提高ZrO2-TiN复合材料的烧结致密度,起到增韧作用;过量的Al2O3对材料致密度及力学性能不利。研制成功了具有优良综合力学性能的氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料ZY30T、ZY40T和ZY30T5A,其平均抗弯强度分别为:1410MPa、1390MPa和1346MPa;其平均断裂韧性分别为13.3MPa·m1/2、13.8MPa·m1/2和14.4MPa·m1/2;其维氏显微硬度分别为15.1GPa、15.7GPa和15.3GPa。 系统研究了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3复合陶瓷材料的增韧机理。研究认为,除了相变增韧和颗粒增韧外,其主要增韧机理是位错对裂纹的屏蔽作用和晶间非晶相的增韧作用。高弹性模量的TiN和Al2O3颗粒可提高基体的弹性应变能和t-m相变阻力,从而减弱了基体的相变增韧作用。由于TiN晶粒具有面心立方结构而出现大量位错,当裂纹穿过TiN颗粒扩展时,位错对裂纹具有屏蔽作用。晶界上的非晶相可显著提高复合材料的烧结致密度和力学性能。 研究了ZrO2-TiN和ZrO2-TiN-Al2O3复合材料的低温老化性能和抗低温老化机
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 结构陶瓷的发展现状
1.2 氧化锆陶瓷材料的研究现状
1.2.1 氧化锆陶瓷的相变增韧研究
1.2.2 氧化锆基陶瓷材料的发展现状
1.2.3 氧化锆陶瓷材料的低温老化性能研究现状
1.2.4 氧化锆陶瓷材料摩擦磨损的研究现状
1.2.5 氧化锆陶瓷加工的研究现状
1.3 纺织剪刀的应用与研究现状
1.3.1 国内纺织剪刀的应用现状
1.3.2 陶瓷纺织剪刀的国内外研究现状
1.4 本课题的研究目的、意义及主要研究内容
1.4.1 研究目的和意义
1.4.2 主要研究内容
第2章 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料体系的确定与研究方法
2.1 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料体系的确定
2.1.1 氧化锆基体材料的确定
2.1.2 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的设计目标
2.1.3 3Y-TZP陶瓷材料添加相的选择
2.1.4 3Y-TZP基体与添加相的化学相容性预测
2.2 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的研究方法
2.2.1 实验研究的技术路线
2.2.2 复合粉料的制备及烧结工艺
2.2.3 试样制备及研究方法
2.3 本章小结
第3章 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的制备、力学性能及增韧机理研究
3.1 实验原材料
3.2 ZrO_2-TiN复合陶瓷纺织剪刀材料的制备及力学性能研究
3.2.1 ZrO_2-TiN复合陶瓷材料的制备
3.2.2 ZrO_2-TiN复合陶瓷纺织剪刀材料的力学性能和微观结构
3.2.3 TiN粒径对ZrO_2-TiN复合陶瓷纺织剪刀材料力学性能的影响
3.3 ZrO_2-TiN-Al_2O_3复合陶瓷纺织剪刀材料的制备及力学性能研究
3.3.1 ZY20TA复合陶瓷纺织剪刀材料的制备及力学性能研究
3.3.2 ZY30TA复合陶瓷纺织剪刀材料的制备及力学性能研究
3.3.3 少量TiN对ZY20A复合材料力学性能的研究
3.3.4 本节小结
3.4 ZrO_2-TiN和ZrO_2-TiN-Al_2O_3复合陶瓷材料的增韧机理研究
3.4.1 ZrO_2-TiN和ZrO_2-TiN-Al_2O_3复合陶瓷材料的相变增韧
3.4.2 TiN和Al_2O_3的颗粒增韧
3.4.3 裂纹穿晶扩展时位错对裂纹的屏蔽作用
3.4.4 晶间非晶相的作用
3.5 本章小结
第4章 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的低温老化性能研究
4.1 研究方法
4.2 ZrO_2-TiN复合陶瓷纺织剪刀材料的低温性能研究
4.2.1 TiN含量对ZrO_2-TiN复合材料低温性能的影响
4.2.2 TiN粒径对ZrO_2-TiN复合材料低温性能的影响
4.2.3 老化温度对ZrO_2-TiN复合材料低温性能的影响
4.3 ZrO_2-TiN-Al_2O_3复合陶瓷纺织剪刀材料的低温性能研究
4.3.1 Al_2O_3和TiN对3Y-TZP低温老化性能的影响
4.3.2 ZY20TA和ZY30TA复合材料的低温老化性能
4.4 ZrO_2-TiN和ZrO_2-TiN-Al_2O_3的抗低温老化机理研究
4.4.1 改善低温老化的途径
4.4.2 ZrO_2-TiN和ZrO_2-TiN-Al_2O_3的抗低温老化机理分析
4.5 本章小结
第5章 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的摩擦磨损性能及机理研究
5.1 摩擦磨损实验方法
5.1.1 实验装置
5.1.2 实验内容
5.2 氧化锆基复合陶瓷材料的摩擦性能研究
5.3 氧化锆基复合陶瓷材料的磨损性能研究
5.3.1 磨损率
5.3.2 摩擦表面及磨屑的微观形貌
5.3.3 摩擦磨损过程中的相变和氧化
5.3.4 低温老化相变对摩擦磨损的影响
5.4 氧化锆基复合材料的摩擦磨损机理研究
5.4.1 摩擦初期阶段
5.4.2 相对稳定阶段
5.5 本章小结
第6章 氧化锆基复合陶瓷纺织剪刀材料的放电加工实验研究
6.1 ZrO_2-TiN复合陶瓷的线切割加工
6.2 ZrO_2-TiN复合陶瓷材料的电火花打孔
6.2.1 电火花打孔的工作原理
6.2.2 电火花加工的蚀除机理
6.2.3 ZrO_2-TiN复合陶瓷材料的电火花打孔实验研究
6.3 本章小结
第7章 结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文、参加的课题与奖励
致谢
发布时间: 2006-05-30
参考文献
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