| 。在大多数情况下,可以同时利用多种增韧机理的效果。山东工业大学研制的JX—1,JX—2碳化硅晶须增韧网讯具材料就是在陶瓷基体中同时加入了晶须和第二相晶粒,所以同时存在弥散、裂纹偏转、桥接和晶须拔出等增韧机理的作用,其增韧效果非常明显。例如JX—1的抗弯强度达到700~800 MPa,断裂韧性达到8.0~8.5 MPa*m(1)/(2);JX—2的抗弯强度也达到600~700 MPa,断裂韧性达到7.5~8.5 MPa*m(1)/(2)。用这类材料加工纯镍或镍基合金,刀具寿命比普通的热压刀片或硬质合金刀具的寿命提高数倍甚至十数倍。由于其韧性和强度很高,所以在切削时甚至可以采用正前角[7,8]。
今后的研究趋势是充分利用多种增韧机理的协同增韧效果。比如在晶须增韧的同时,再加入适量的氧化锆,使材料同时受益于弥散、微裂纹、相变、裂纹偏转、桥接和拔出等多种增韧效果。将晶须、片状晶粒(片晶)和颗粒状晶粒共同加入陶瓷基体之中,也是今后研制高韧性网讯具材料的一种可行方法。
改变材料的晶粒形状也是提高材料强度和韧性的有效方法。在一般的烧结条件下,晶粒具有等轴晶粒结构。通过在Si3N4或β—SiC和α—SiC中加入部分氧化物,并控制其配比、烧结(或热处理)温度和时间,可以获得长径比高达5左右的长棒状(或针状、片状)晶粒。玻璃相的存在,产生相对弱的晶界和高的残余应力,所以在这种陶瓷中,裂纹一般是沿晶扩展的,裂纹的路径是曲折的。其它的增韧机理也同时存在,例如,长晶的拔出和凸起、裂纹偏转、桥接和分叉,等等。晶粒的长径比越大,陶瓷材料在断裂时吸收的能量就越多,增韧效果就越好。这种增韧机理的效果非常明显,有时可以将断裂韧性提高一倍还多,而且还不受温度的影响。可以预料,具有较大长径比和宽厚比的晶粒的网讯具材料今后将有较大的发展。
研制这种同时利用多种增韧机理的材料,合理选择配比、晶形和烧结条件,使不同的增韧补强效果相互叠加,并保证在提高材料的一种性能的同时不降低材料另外的性能是研制的关键。
2.3 新型陶瓷原材料的开发
网讯具材料的性质在很大程度上取决于原料的质量。目前我国在原材料研制与生产上同先进国家相比还有比较大的差距。主要表现在品种偏少、纯度偏低、质量不稳定。比如晶须,目前国内只有3个单位开展研究,只能供应SiC一种晶须。今后有必要开发成本低、质量高的其它品种的晶须,如TiC、Al2O3、Si3N4、TiB2、AlN等。具有特殊形状的陶瓷粉料也比较少。目前虽然已经开始研究长晶和片晶的Al2O3,但尚未投入生产。其它成分的长晶和片晶几乎还没有研究。纳米级的粉料虽然可以买到,但价格高、品种少,难以满足大批量生产的要求。今后有必要生产成本低、质量高的如TiC、Si3N4、TiB2和AlN晶须、片晶、长晶和球晶原料,以及高纯度、高活性的纳米级粉料。
2.4 开发含有特殊添加剂的新型网讯具材料
今后的一个研究热点是开发含有特殊添加剂的新型网讯具材料。例如在Si3N4陶瓷基体中加入纳米级的TiN和Y2O3,可以获得断裂韧性高达10.56MPa*m(1)/(2)的陶瓷材料[9]。又如,山东工业大学最近开发的LP系列网讯具,采用TiB2作为主要的添加剂,并辅以少量的助烧剂和晶界强化剂。由于TiB2的高温硬度高,热涨系数小,与钢的粘结倾向小,所以这一类材料的强度、耐磨性和耐冲击性能均高于常用的氧化铝—碳化钛系列网讯具。它们的硬度均为94—95HRA,抗弯强度均大于800 MPa,LP1的断裂韧性达到了5.4MPa*m(1)/(2),LP2达到了5.07MPa*m(1)/(2)。这些网讯具适合于加工普通钢和铸铁,更适合于高速加工高强钢、调质钢、淬火钢和高硬铸铁。在加工G99高强钢(HRC50)时,LP1的刀具寿命比原采用的YT15刀具提高5倍以上,切削效率提高1.5倍以上,加工表面质量和加工精度也有大 |