TiCN复合陶瓷的制备及性能探究

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TiCN基金属陶瓷刀具材料具有化学稳定好、与金属亲和力小、抗粘结和抗扩散能力强、加工表面质量好、红硬性高、摩擦系数小、耐腐蚀性高、耐磨性高,导热性好等优点。然而,Ti CN金属陶瓷中的镍、钼和钴等金属粘结相使其硬度、耐磨性、抗氧化性和抗蠕变性明显弱于陶瓷刀具。本课题主要以YAG、Al2O3、少量Ni作为添加物,利用热压烧结工艺制备Ti CN复合陶瓷,并研究复合陶瓷的物相、显微结构和机械性能。利用热压烧结工艺制备YAG-Ti CN复合陶瓷,对复合陶瓷进行物相分析,观察显微结构及测试其致密度和力学性能。研究表明,YAG作为添加物可显著提高Ti CN复合陶瓷的致密度及力学性能;烧结过程中YAG和Ti CN不发生反应;在YAG含量为10%时,复合陶瓷材料的致密度为99.3%,并且,复合陶瓷材料的抗弯强度、维氏硬度、断裂韧性达到最大值,分别为570.36 MPa、20.48 GPa、7.27 MPa·m1/2。以YAG或YAG/Al2O3为添加相,采用热压烧结工艺在不同温度(1 550℃、1 600℃)下制备YAG/Al2O3-Ti CN复合陶瓷。结果显示:YAG、Al2O3与Ti CN不发生反应;YAG/Al2O3作为添加相可提高Ti CN陶瓷的致密度,在1 550℃添加20%YAG/Al2O3即可以使Ti CN复合陶瓷接近完全致密化,在1 600℃下则需添加10%YAG/Al2O3使Ti CN复合陶瓷完全致密化。1 600℃的烧结温度下,相比于YAG添加剂,YAG/Al2O3添加剂对Ti CN复合陶瓷的硬度、抗弯强度和断裂韧性的提高效果稍弱,但是对致密化的促进效果接近。相比1 550℃,采用1 600℃烧结复合陶瓷可得到更优的机械性能。以Ni、Ni/YAG为添加相,采用热压烧结工艺(烧结温度1 600℃)制备Ni/YAG-Ti CN复合陶瓷。结果表明,YAG、Ni与Ti CN不发生反应;随着Ni含量的增加,YAG含量的降低,Ni/YAG-Ti CN复合陶瓷的致密度和硬度下降,抗弯强度则明显增加,YAG含量增加有助于提高复合陶瓷的维氏硬度,并且促进了复合陶瓷的致密化。当Ni添加量为7.5%,YAG添加量为2.5%时,复合陶瓷具有优异的机械性能;抗弯强度达到最大值793.16 MPa,同时致密度、断裂韧性和维氏硬度分别达到98.65%、6.70 MPa·m1/2、18.57 GPa。
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