论文部分内容阅读
Sialon陶瓷因其具有优异的力学性能而成为最重要的结构陶瓷之一,被广泛应用于汽车、机械和能源等领域。它主要有两种晶体结构,即α-Sialon和β-Sialon。 β-Sialon的晶粒通常是长棒状的,具有较高的强度和断裂韧性,但硬度较低；而α-Sialon的晶粒通常是等轴状的,具有较高的硬度,而强度和断裂韧性较差。在机械加工过程中,作为刀具材料不仅要求具备较好的耐磨性,而且对强度和断裂韧性也提出了较高的要求。显然,单相Sialon陶瓷刀具在力学性能上各有短板,限制了它作为刀具材料的应用。很多学者通过调控α和p两相的比例制备复相Sialon陶瓷,虽然在一定程度上改善了复相陶瓷的断裂韧性,但却是以牺牲部分α-Sialon的硬度作为代价的,因为仅仅通过改变两相的比例并不能实质上改善综合力学性能。为此,一些学者开始从改善Sialon陶瓷的微观结构上进行研究,试图通过制备长棒状的α-Sialon陶瓷从本质上提高它的综合力学性能,使其更好的作为刀具材料。研究表明长棒状的α-Sialon具有与β-Sialon相当的断裂韧性,而硬度却提高了约49%,相对于等轴状的α-Sialon来说,断裂韧性却提高了将近1倍。本研究先采用热压法制备长棒状α-Sialon陶瓷材料,研究其抗热震性能。由于Sialon陶瓷属于共价键结合的化合物,通常在烧结过程中需要加入烧结助剂才能使其达到致密化。本文以极具应用潜力的Y203为烧结助剂,对长棒状α-Sialon进行表征,主要分析其物相、微观结构、致密度、力学性能及其抗热震性能。研究发现：(1)在实验工艺下,通过加入Y203烧结助剂可以获得致密的Sialon陶瓷,物相组成主要是α-Sialon(Y0.5Si9.3Al2.7O0.9N15.1)和少量晶界相,并没有发现β-Sialon,从断口SEM图片中可以看到大量的棒状晶粒。(2)所制备的长棒状α-Sialon陶瓷的硬度达16.68±0.33GPa,断裂韧性达5.39±0.09MPa · m1/2,抗弯强度是597±55MPa。(3)通过急冷-强度法,发现长棒状α-sialon陶瓷的临界热震温差大约是1000℃,通过对热震后陶瓷截面与表面的微观结构分析,发现试样在热震破坏过程中同时受到热应力和氧化的双重作用,试样的残余强度经历强度保持、强度急剧下降和强度上升三个阶段。同时,本文以长棒状α-Sialon陶瓷刀具为研究对象,分析其车削性能与磨损机理,并且通过比较商业化Sialon陶瓷刀具的车削性能,进一步验证制备长棒状a-Sialon陶瓷的重要性,研究发现：(1)在车削灰铸铁的过程中,由于长棒状a-Sialon陶瓷刀具优异的力学性能和抗热冲击性能,使其表现出较好的车削性能,其后刀面磨损形态呈驼峰状,磨损机理主要是粘结磨损。(2)不同的切削速度影响着商业化Sialon陶瓷刀具车削灰铸铁的车削性能与磨损机理。同时在相同的切削参数下,由于长棒状a-Sialon陶瓷刀具综合性能的提高,其车削性能较商业化Sialon陶瓷刀具有较为明显的改善。