学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制

作　者: 李小晴
导　师: 方斌
学　校: 齐鲁工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 碳纳米管力学性能氧化铝基陶瓷刀具摩擦性能
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 2次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

高速切削加工是未来切削加工技术的发展方向，而刀具材料是发展高速切削加工技术的关键，开发适于高速干式切削加工的陶瓷刀具契合了当今绿色环保的理念。本文以研制高性能氧化铝基复合陶瓷刀具材料为目标，对碳纳米管增韧增强氧化铝基多元复合陶瓷刀具材料进行了系统设计，优化了复合陶瓷刀具材料的制备工艺，成功制备出Al2O3/TiC/碳纳米管纳米多元陶瓷刀具材料，并对其力学性能、微观组织结构、断裂形式及机理进行了研究。基于刀具材料多元多尺度的设计思路，设计出以纳米A12O3为基体，微米TiC和微米A12O3为添加相，基体的粘结剂为Mo和Ni，而且以碳纳米管为添加剂的多元复合陶瓷刀具材料，并介绍了氧化铝基金属陶瓷材料测试试样的制备过程，以及材料的力学性能测试和微观结构表征方法。首先确定已纯化的碳纳米管的在材料组分中的含量，发现采用真空热压烧结的方法制备材料时，碳纳米管含量为2vol%时，相比未添加碳纳米管的Al2O3基多元金属陶瓷材料，其抗弯强度提高了33.95%、断裂韧性提高了92.98%。然后利用正交试验方法研究获得具备最佳力学性能的复合陶瓷新材料，其所需的条件是：添加2vol%碳纳米管，烧成温度为1620℃，保温时间25min，成型压力为30MPa。抗弯强度为1005.67MPa；维氏硬度为18.94GPa；断裂韧性为7.32MPa·m1/2。并研究了碳纳米管增强Al2O3基陶瓷刀具材料的机理分析，发现碳纳米管/Al2O3复合材料的断裂模式属于穿晶和沿晶混合断裂，仍以沿晶断裂为主；碳纳米管/Al2O3复合材料的强韧化主要来自碳纳米管的桥联和拔出机制以及裂纹弯曲、偏转和裂纹分叉。碳纳米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂纹桥联的作用，有效地阻止裂纹扩展。最后对所制备的纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料进行了摩擦磨损性能实验研究，采用扫描电镜观察了磨损表面的微观形貌。研究发现在法向载荷不断增加的同时，Al2O3基复相陶瓷刀具的摩擦系数也会随之增加；随着摩擦速度和法向载荷的增大，其磨损量逐渐增加。相比已经工业化的硬质合金刀具材料来说，氧化铝基纳米复合刀具材料具备很高的耐磨性。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-25
  1.1 碳纳米管的研究现状  11-15
    1.1.1 碳纳米管的结构  11
    1.1.2 碳纳米管的稳定性与力学性能  11-13
    1.1.3 碳纳米管的制备  13-15
    1.1.4 碳纳米管的纯化与分散  15
  1.2 纳米复合陶瓷材料的研究现状  15-20
    1.2.1 纳米复合材料的简述  15-16
    1.2.2 多元多尺度纳米复合陶瓷材料的进展  16-17
    1.2.3 纳米陶瓷材料的增韧补强机理  17-19
    1.2.4 碳纳米管-陶瓷复合材料的研究现状  19-20
  1.3 Al_2O_3基陶瓷刀具材料的研究现状  20-23
  1.4 本课题的主要研究目的、内容和技术路线  23-25
第2章 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料试样的设计  25-35
  2.1 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料成分的确定  25-28
    2.1.1 添加相的确定  25-26
    2.1.2 金属粘结剂含量的确定  26-27
    2.1.3 碳纳米管含量的确定  27-28
  2.2 Al_2O_3基陶瓷刀具材料试样的制备  28-31
    2.2.1 Al_2O_3基陶瓷刀具材料质量的计算  28
    2.2.2 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料的制备过程  28-31
  2.3 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料性能分析方法  31-33
    2.3.1 抗弯强度的测试  31-32
    2.3.2 维氏硬度的测试  32
    2.3.3 断裂韧度的测试  32-33
  2.4 Al_2O_3基陶瓷刀具材料微观组织的分析方法  33
    2.4.1 微观组织的观察  33
  2.5 本章小结  33-35
第3章 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料制备工艺参数的优化  35-49
  3.1 碳纳米管含量对 Al_2O_3基陶瓷刀具材料组织和性能的影响  35-40
    3.1.1 力学性能  36-38
    3.1.2 显微组织结构  38-40
  3.2 不同烧结温度对 Al_2O_3基陶瓷刀具材料组织和性能的影响  40-45
    3.2.1 力学性能  40-44
    3.2.2 显微组织结构  44-45
    3.2.3 验证试验  45
  3.3 碳纳米管/Al_2O_3基陶瓷刀具材料的断裂机理分析  45-47
  3.4 碳纳米管增强 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料的韧化机理分析  47-48
    3.4.1 桥联和拔出  47
    3.4.2 裂纹弯曲、偏转和分支  47-48
  3.5 本章小结  48-49
第4章 Al_2O_3基复相陶瓷刀具材料摩擦性能的研究  49-57
  4.1 摩擦磨损实验方法  49-51
    4.1.1 实验装置  49-50
    4.1.2 实验测试方法  50-51
    4.1.3 实验内容  51
  4.2 摩擦系数随摩擦时间的变化  51-52
  4.3 摩擦性能研究  52-53
  4.4 磨损量性能研究  53-54
  4.5 本章小结  54-57
第5章结论与展望  57-59
参考文献  59-65
致谢  65-67
在学期间科研成果  67

碳纳米管增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的研制

内容摘要

全文目录

相似论文