納米氧化鋯增韌氧化鋁基陶瓷刀具材料的效果
Al2O3陶瓷是一種高性能的結(jié)構(gòu)陶瓷,具有優(yōu)良的高溫強度抗氧化性、耐磨性、耐腐蝕性等,并且易于燒結(jié)、價格低廉,因而獲得了廣泛應(yīng)用。但是,由于氧化鋁陶瓷的室溫強度較低、斷裂韌度較差,使其應(yīng)用范圍受到一定限制。
以宣城晶瑞新材料有限公司生產(chǎn)的99.99%氧化鋁粉體（VK-L30,VK-L100,VK-L200,VK-L300）為基體，添加宣城瑞新材料有限公司生產(chǎn)的納米ZrO2粉體(VK-R30, VK-R50)，主晶相為單斜相，加入Y2O3 作為穩(wěn)定劑 ，添加MgO作為助燒劑。按納米ZrO2的不同添加量分別進行配料。將納米粉體分散后,把所有混合液裝入球磨罐中進行高能球磨, 然后將球磨后的復(fù)合料在真空干燥箱中干燥,并將干燥后的復(fù)合粉料過篩。將粉料裝入石墨磨具中進行熱壓燒結(jié)對燒結(jié)后的試樣進行切片、粗磨、細磨、研磨和拋光,制備成標準試樣。
由試驗結(jié)果可以看出,在氧化鋁基體（VK-L30,VK-L100,VK-L200,VK-L300）中添加適量的納米四方相氧化鋯(VK-R30Y3, VK-R50Y3,VK-R30Y5, VK-R50Y5),在適當(dāng)?shù)臒Y(jié)工藝下，可以明顯提高基體材料的抗彎強度,其值比純氧化鋁陶瓷提高2~3倍。由于加入納米氧化鋯(VK-R30, VK-R50)后,納米顆粒對基體晶界的釘扎作用意制了基體氧化鋁晶粒的長大,根據(jù)Hall2Pach理論,材料的抗彎強度與晶粒尺寸的平方根成反比,因此使材料抗彎強度大幅提高。此外,納米顆粒對基體晶界的釘扎作用可以顯著降低基體晶粒異常長大的發(fā)生,使材料的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻,有利于材料中臨界缺陷尺寸的減小,從而提高材料的抗彎強度。隨著納米氧化鋯(VK-R30, VK-R50)含量的增大，這幾種作用逐步加強,材料的抗彎強度隨之增大;但隨著納米氧化鋯含量繼續(xù)增大，由于納米粉體的自由表面能較大,致使納米粉體團聚加劇,影響了材料的燒結(jié)致密度,使復(fù)合材料致密度下降,造成材料的抗彎強度隨之下降。陶瓷材料在燒結(jié)溫度為1600℃時獲得的斷裂韌度可達6. 13MPa m/2,比純Al2O3陶瓷提高了一倍。
納米氧化鋯(VK-R30, VK-R50,VK-R30Y3, VK-R50Y3,VK-R30Y5, VK-R50Y5)可以明顯意制基體氧化鋁晶粒的生長，這是材料的主要增強機制。
納米3Y- ZrO2(VK-R30Y3, VK-R50Y3)的含量在15wt %時,材料的綜合力學(xué)性能(抗彎強度766174MPa ,斷裂韌度6113MPa m'2 ,維氏硬度18132GPa) ,遠遠超過了單相氧化鋁材料的力學(xué)性能,表明加入納米氧化鋯(VK-R30, VK-R50,VK-R30Y3, VK-R50Y3,VK-R30Y5, VK-R50Y5)可使材料的力學(xué)性能大幅提高。
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