Al-,2-O-,3-基納米復(fù)合陶瓷模具材料的研制及其摩擦磨損行為研究.pdf

1、本文針對成形模具對陶瓷材料的要求，從提高陶瓷模具材料的綜合力學(xué)性能出發(fā)，選用具有高硬度、耐磨損、耐高溫、抗腐蝕、原料分布廣泛的Al2O3陶瓷為基體，采用納米復(fù)合方法制備出具有較高綜合力學(xué)性能的納米復(fù)合陶瓷模具材料。從熱壓燒結(jié)工藝、微觀結(jié)構(gòu)及其與力學(xué)性能的關(guān)系等方面，系統(tǒng)研究了納米復(fù)合陶瓷模具材料的增韌補強機理，發(fā)現(xiàn)晶內(nèi)/晶間混合型的微觀結(jié)構(gòu)和穿晶/沿晶混合斷裂模式，是納米復(fù)合陶瓷模具材料強韌化提高的主要原因。 根據(jù)膠體化學(xué)理論中

2、的懸浮液的穩(wěn)定機制，采用起空間位阻穩(wěn)定作用的PEG為分散劑，對不同的納米陶瓷粉體進行了液相分散研究，通過優(yōu)化PEG分散劑的分子量、加入量以及懸浮液的pH值等參數(shù)，結(jié)合超聲分散及機械攪拌工藝，得到了分散均勻的納米粉體及其混合粉體的穩(wěn)定懸浮液。 探討了組分含量、燒結(jié)工藝對納米復(fù)合陶瓷模具材料微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響，研制成功了納米復(fù)合陶瓷模具材料Al2O3/Ti(C7N3)，其抗彎強度為789MPa、斷裂韌性為8.1MPa.m1/2

3、、硬度16.4GPa。與單一的微米Al2O3陶瓷材料相比，其抗彎強度和斷裂韌性都得到大幅提高。在致密的燒結(jié)陶瓷中，納米Ti(C7N3)與微米Al2O3形成了典型的晶內(nèi)/晶間混合型結(jié)構(gòu)，裂紋從晶間到晶內(nèi)再到晶間的路徑擴展，消耗了更多的斷裂能，形成了沿晶/穿晶混合的斷裂模式，是其綜合力學(xué)性能得到較大提高的主要原因。表面壓痕裂紋的偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)及裂紋分支和顆粒拔出，是復(fù)合材料韌性提高的表現(xiàn)。 對納米復(fù)合陶瓷模具材料進行了摩擦磨損性能實驗研

4、究，并對其磨損表面微觀形貌進行了觀察和分析，探討了Al2O3/Ti(C7N3)納米復(fù)合陶瓷模具材料的磨損機理。研究結(jié)果表明，在法向載荷50～150N、摩擦轉(zhuǎn)速為70r/min和140r/min干摩擦條件下，純Al2O3陶瓷的摩擦系數(shù)為0.58～0.8，Al2O3/Ti(C7N3)納米復(fù)合陶瓷模具材料的摩擦系數(shù)為0.45～0.65；純Al2O3陶瓷磨損率的數(shù)量級為10-14m3/N·m，Al2O3/Ti(C7N3)納米復(fù)合陶瓷模具材料磨損