Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的制备及切削性能研究

以TiC0.5N0.5粉为导电第二相,利用热压烧结制备了Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷.研究了不同含量TiC0.5N0.5对Si3N4陶瓷相组成、致密度、显微结构、力学性能、导电性能、切削性能及磨损机理的影响.结果表明:高温下TiC0.5N0.5与Si3N4具有良好稳定性,烧结后获得致密的Si3 N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷;导电第二相的增加可以明显改善氮化硅陶瓷的电学性能,并且有助于提高Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的硬度和断裂韧性,但不利于Si3 N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的抗弯强度;当含量超过25vol;时,硬度增幅变缓,断裂韧性下降;在高速切削过程中,随着切削时间增加,后刀面磨损增大,刀具切削温度增加;STCN20切削性能最好,当TiC0.5N0.5含量超过20vol;时会加剧刀具的磨损;Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷刀具的磨损机制主要是机械摩擦导致的磨粒磨损,并伴随少量的粘结磨损.     

力学性能对B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性的影响

采用压痕断裂力学研究了B4C/TiB2基陶瓷喷嘴(B4C/TiB2/Mo和B4C/TiB2/Al2O3)力学性能对抗冲蚀特性的影响,从力学的角度分析了采用SiC磨料和Al2O3磨料时,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性产生显著差异的原因.结果表明,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的体积冲蚀磨损率随lnH和lnKIC增加呈线性降低;ln(Hp/H)＝1.1是B4C/TiB2基陶瓷喷嘴软硬颗粒磨损的分界线.当使用SiC作为磨料时冲蚀磨损较为严重,因为ln(Hp/H)>1.1,即SiC对于B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的冲蚀磨损为硬颗粒磨损;而Al2O3磨料造成冲蚀磨损较轻,因为ln(Hp/H)<1.1,此时的磨损属于软颗粒磨损.     

原位合成ZrO2/TiB2复相陶瓷材料的制备及性能

以3Y-ZrO2为基体,用TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了ZrO2/TiB2复相陶瓷材料,测试和分析了复合材料的抗弯强度、维氏显微硬度和断裂韧性。结果表明:原位生成的TiB2对基体起到较好的增韧补强作用。当TiB2的质量分数为30%时,复合陶瓷的综合力学性能最好,其抗弯强度、维氏显微硬度及断裂韧性分别达到1060 MPa、14.5 GPa和11.2 MPa.m1/2。     

添加纳米Ti(C7N3)的ZrO2基纳米陶瓷模具材料

本文针对模具对陶瓷材料的要求,从提高陶瓷模具材料的综合力学性能出发,采用纳米复合方法制备出具有较高综合力学性能的纳米陶瓷模具材料.研究了纳米Ti(C7N3)和Y2O3的组分含量对纳米陶瓷模具材料微观结构和力学性能的影响,结果表明添加纳米Ti(C7N3)和Y2O3的氧化锆纳米陶瓷模具材料的力学性能优于纯氧化锆陶瓷材料,纳米颗粒的添加改善了材料的微观结构和力学性能.当纳米Ti(C7N3)和Y2O3的添加量分别为17.15vol;和5 mol;时,材料的综合性能最好,其抗弯强度为814MPa、断裂韧性6.35 MPa· m1/2、维氏硬度11.87 GPa.     

Ni-Al复合添加剂对超重力场燃烧合成TiB2基陶瓷组织性能的影响

通过在(B4C +Ti)体系中依次增加Ni-Al复合添加剂质量分数直至25;,采用超重力燃烧合成工艺,制备出系列TiB2基多相陶瓷.经XRD、FESEM、EDS分析,发现陶瓷基体由TiB2片晶、TiC晶粒及分布其间的NiAl合金相组成.增加Ni-Al复合添加剂质量分数直至15;,因促进陶瓷致密化、基体细化与组织均质化,增大TiB2基体相对陶瓷自增韧机制的贡献,故陶瓷相对密度、硬度、弯曲强度与断裂韧性均达到最大值,即分别为99.3; 、22.6±1.8GPa、948±52 MPa与13.6±1.1 MPa· m1/2.     

铁基结合剂金刚石节块性能的优化

以性能较好的铁基结合剂为基体,加入表面未镀、镀Ni和纳米Al2O3/Ni复合镀层的金刚石,用热压烧结的方法得到铁基结合剂金刚石节块,测量了金刚石铁基结合剂节块的抗弯强度和耐磨性,采用SEM和EDS对复合镀层和金刚石表面的形貌和组分进行了表征.结果表明:在金刚石表面镀覆纳米Al2O3/Ni层后,复合镀层均匀致密,晶粒细小;在热压烧结中,复合镀层能阻止金刚石的石墨化,使金刚石和基体之间有强的化学结合,所以金刚石和铁基结合剂之间的界面结合紧密,结合剂对金刚石的把持力提高,节块的抗弯强度从468.9 MPa增加到563.8 MPa,磨耗比从349升高到700.     

以MH2(M=Ti,Zr)为原料反应烧结制备MB2-SiC复相陶瓷

分别以TiH2,ZrH2为原料,结合原位反应与脉冲电流辅助烧结制备了TiB2-SiC及ZrB2-SiC复相陶瓷.研究发现,所制备的复相陶瓷表现出一定的织构化现象,TiB2及ZrB2晶粒在反应烧结过程中其(001)面沿垂直压力和电流方向生长.金属氢化物粉体的粒径大小对复相陶瓷的致密化及微结构有较大影响:粒径越小越有利于陶瓷的致密化和硼化物晶粒的定向生长.由于金属硼化物的定向,复相陶瓷的机械性能表现出各向异性.TiB2-SiC复相陶瓷具有较高的断裂韧性,最高可达7.3 MPa·m1/2,而ZrB2-SiC复相陶瓷具有更高的抗弯强度(937 MPa).     

稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的组分设计及其使用性能研究

以稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料为基础,进行了基于抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能的组分设计.结果发现,与最佳的抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能相对应,弥散相Ti(C,N)的最优体积含量分别为27.7;、26.5;和30.7;,其最优性能分别比纯Al2O3陶瓷提高约71.4;、40.4;和28.9;.在此基础上,实验研究了稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料用于刀具时的切削特性.表明该材料具有良好的耐磨性能,可以作为刀具材料使用.     

熔体变质对超高重力场燃烧合成TiC-TiB2组织均匀性的影响

通过在(Ti+ B4C)反应体系中相应增加(CrO3+ Al)高能铝热剂添加量,使燃烧体系绝热温度依次达到3000℃、3200℃、3400℃、3600℃与3800℃,进行加速度2000 g的超高重力场燃烧合成实验,制备出系列TiC-TiB2复合陶瓷,探讨高能铝热剂的引入对陶瓷显微组织、凝固行为与力学性能的影响.经XRD、FESEM与EDS测试,发现陶瓷显微组织均由TiB2基体相、不规则TiC第二相、少量的Cr基合金相及Al2O3夹杂物构成,增加高能铝热剂的引入量,通过提高反应熔体温度并增加金属液相,对陶瓷合成过程进行耦合控制,不仅急剧降低Al2O3夹杂含量与尺寸,而且明显细化陶瓷组织、改善其均质性,进而当绝热温度超过3600℃,出现TiB2片晶平均尺寸1μm的超细晶组织,使陶瓷致密性、抗弯强度与断裂韧性均显著提升.     

制备工艺对B4C/TiB2/Mo/C陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响

采用热压法制备了80.6?C/11.6%TiB2/4.7%Mo/3%C质量分数陶瓷复合材料,分析了烧结工艺对力学性能和微观结构的影响。烧结温度变化范围是1800~1950℃,保温时间变化范围是15~60m in,烧结压力30~35MPa。当烧结参数为1900℃、45m in、35MPa,B4C/TiB2/Mo/C陶瓷复合材料抗弯强度、硬度、韧性、相对密度分别为705MPa、20.6GPa、3.82MPa.m1/2、98.2%。     

晶硅片切割用水基切割液摩擦学性能的研究

重点研究了晶硅片切割用水基切割液中润滑剂的摩擦性能影响因素.选用低分子量的聚乙二醇(PEG)作为润滑剂,研究了不同分子量PEG作为润滑剂的摩擦学性能.在使用PEG300作为水基切割液润滑剂的情况下,相比纯水可减小硅片表面的粗糙度达86.51;;磨损体积可以减少50;,磨损表面磨屑变少.     

横向超声激励对金刚石线锯切割单晶SiC切割速度及切割机理影响

硬脆晶体材料如SiC、Ge和Si等,由于具有极高的硬度和脆性,普通线锯切割很难进一步提高硬脆材料晶片的切割效率和表面质量.本研究把超声振动应用到金刚石线锯切割单晶SiC.基于超声振动切削加工的特点,分析了柔性线锯横向振动切割单晶SiC的必要条件;建立了横向超声激励下柔性金刚石线锯对SiC工件的动态切割过程模型,研究分析了超声振动对线锯间歇切割弧长及切割速度的影响,得到横向超声振动线锯切割速度增量的数学表达式.基于压痕裂纹模型,讨论了横向超声振动线锯切割和普通线锯切割对切割速度、切割力和表面粗糙度的影响.以单晶SiC为切割对象,对普通线锯切割和超声振动线锯切割进行了对比实验,结果表明在相同条件下,超声振动线锯切割使晶片的表面粗糙度有明显改善,超声振动线锯的切割速度比普通线锯切割的速度提高了约45;,锯切力减少28;~53;.实验结果与理论分析具有良好的一致性.     

PVD-TiAlN和PVD-TiAlSiN涂层氮化硅刀具的切削性能研究

采用物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)工艺在氮化硅陶瓷刀具表面分别沉积TiAlN和TiAlSiN涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)研究TiAlN和TiAlSiN涂层表面形貌和微观结构,X射线衍射仪(XRD)研究涂层晶体结构,显微硬度计表征涂层硬度.采用TiAlN和TiAlSiN涂层氮化硅刀具对灰铸铁进行连续干切削试验,分别研究TiAlN和TiAlSiN涂层对刀具寿命、磨损性能的影响,并探讨涂层刀具磨损机理.实验结果表明:TiAlSiN涂层晶粒比TiAlN涂层细小,从而具有更高的表面硬度.TiAlN涂层可将氮化硅陶瓷刀具寿命提高50;左右,TiAlSiN涂层可将刀具寿命提高1倍.切削过程中,TiAlN涂层刀具在磨损初期的主要磨损机理是磨粒磨损和少量粘结磨损,而后转为严重的粘结磨损;而TiAlSiN涂层刀具主要的磨损机制为磨粒磨损和粘结磨损.     

横向超声辅助线锯振动切割单晶SiC法向锯切力研究

锯切力是线锯切割加工中极其重要的参数,它不仅影响切割效率和晶片的表面质量,而且还严重影响晶片的亚表面损伤程度和线锯的寿命.本文将横向超声振动应用于金刚石线锯切割单晶SiC过程中并对受迫振动线锯的法向锯切力进行理论分析和研究.基于轴向运动弦线受迫振动模型,求解出在两种不同位置超声激励下线锯中间切割点横向振动位移的函数表达式;依据冲量定理和磨削理论,建立了横向超声辅助金刚石线锯的法向锯切力模型并推导出横向受迫振动线锯锯切单晶SiC法向锯切力的预测公式.对单晶SiC进行横向超声辅助线锯振动切割和普通线锯切割对比实验并分析横向超声振动和加工参数对线锯法向锯切力的影响,结果表明相同实验条件下,横向超声振动切割比普通线锯切割法向锯切力减小25; ～35;.理论预测与实验结果具有较好一致性.     

硫镓银晶体的定向切割

研究了一种准确、简捷定向切割硫镓银(AgGaS2)晶体的新方法.利用晶体结构特点,从AgGaS2晶体上解理出两个不平行的{101}晶面,结合其晶面间夹角关系和标准极图,确定出晶体的C轴方向.然后,以C轴为基准,按相位匹配角度对晶体进行切割,得到器件的通光面.再对切割出的器件初样进行加工和采用X射线衍射修正,获得了10 mm×10 mm×20 mm的AgGaS2晶体光参量振荡(OPO)器件.新方法对AgGaS2晶体进行定向切割加工,精度高、操作简便、重复性好,不仅可用于AgGaS2晶体的定向切割,而且可用于其它一些具有类似结构晶体的定向切割.     

Structural Changes During Cutting of Mo Crystals

Structural changes occurring in a shaving and in product during cutting of Mo single crystals as well as softening processes during annealing after cutting are investigated. The extremal deformation are created when the shaving is removed and as a result the dynamic recovery process with lattice reorientation takes place. The strong deformation heterogeneity, which is revealed as the two-scale recrystallisation processes during isothermal annealings, and its localisation in separate sections of the specimens was observed. During high-temperature annealings of the product and shaving the matrix-crystal orientation recovery occurs by means of absorption of the recrystallised layer by undistorted matrix.     

硒化镉晶体定向切割方法研究

根据硒化镉(CdSe)晶体结构的特点,发展了一种简便、快捷、准确的定向方法.此法只需观察CdSe晶体解理面上台阶的走向,便可确定CdSe晶体的C轴方向,即解理面上台阶延伸的方向为CdSe晶体的C轴方向,并采用X射线衍射法对结果进行了验证.已知C轴和某一晶面,借助激光正反射技术,可在CdSe单晶体上定向切割出任意所需的晶面.     

钻石切工溯源方法的研究

首先加工了一套仿钻石样品,通过送检到可溯源到国家基准的计量检定部门测试,用其测试结果验证比例仪的结果可靠性,达到间接溯源的目的.并对测试结果的不确定度进行详细计算.实验表明该方法简便可行,成本也较低.进而形成了一种用于钻石切工溯源的方法,并制定了标准指导溯源工作.使钻石切工分级真正统一到国家基标准.     

任意晶向的晶体切割及高平行度同心圆加工法

在晶体加工中,特殊晶向及晶体棱镜的切割一直是困扰加工者的一大难题.虽然通过一边研磨一边测量修正能够制作出器件,但是,要付出很大的工作量,而且晶体损失严重.又由于误差积累致使加工精度很难提高.另外,在晶体抛光过程中,平行度要达到1″～2″,光洁度在3级以上时,传统的光学玻璃加工工艺也是无法达到的.本文介绍一种解决这两个难题的新方法.     

超精密金刚石刀具研磨技术的研究

超精密金刚石刀具的两个基本精度要求是刀刃轮廓精度和刃口半径.金刚石晶体的定向和晶面选择是超精密金刚石刀具研磨技术的基础,而磨削速率、压力、研磨盘和研磨粉等则是影响研磨效率和研磨质量的几个主要工艺因素,本文分别对金刚石的晶体定向和晶面选择方法进行了简要介绍,并对影响研磨效率和研磨质量的几个主要工艺因素进行了实验研究;同时对研磨的刀具进行了切削加工实验,最后探讨了超精密金刚石刀具技术的进展.