高性能纳米陶瓷复合材料刀具可行性报告
高性能纳米陶瓷复合材料刀具
可行性研究报告
项目名称：高性能纳米陶瓷复合材料刀具
编撰人：
年月日
高性能纳米陶瓷复合材料刀具
项目概述
近十多年来，新型刀具材料的不断出现以及机械制造技术及控制技术的飞速发展，使切削加工的能力和水平提高到一个崭新的高度，从而促进了高速加工中心的开发与发展。新型陶瓷材料以及复合材料以其高强度、耐磨削的特点，在高速切削工具和干式切削工具行业得到了越来越多的应用。
本项目针对我国目前陶瓷刀具产品力学性能较差，质量不稳定，无法满足我国汽车制造、飞机制造、重型机械、化工设备等领域关键零、部件加工设备数控机床要求的现状，研制开发出具有自主知识产权的新一代Al2O3-Ti(C,N)、Al2O3-Ti(C,N)-TiNi、Al2O3-ZrO2等系列的纳米陶瓷复合材料刀具，其强度、韧性和耐高温性能达到目前国外性能最好的陶瓷刀具材料水平。
作为新一代陶瓷复合材料刀具，主要是在陶瓷刀片制造过程中，采用纳米粉末在低温下烧结陶瓷刀具，烧结时无须添加抑制剂，从而使晶界处无杂质存在，提高陶瓷刀片的机械性能和使用性能，并使之具有很高的硬度和熔点及高温化学稳定性和力学稳定性。同时，项目产品还具有价格低、综合性能好的优点，对淬硬钢铁零件，可实现高效率以车铣代磨加工，用单一工序代替多道工序，大大缩短工艺流程，并可实现高效率、高质量的车、镗和铣削加工，以及精密孔的加工，提高了加工效率和质量，减少机床占有率，特别有利于实现自动化切削加工。
随着我国汽车等机械制造业的发展及高速切削技术和干切削技术的推广，陶瓷刀具在我国刀具市场的占有率将迅速提高，在机械制造业领域有广阔的应用前景。
一、项目基本情况
项目所在地：
邮编：
项目占地面积：平方米
项目建筑面积：平方米
厂区布置图：
法人：
联系人：
项目投资：人民币万元
产品名称：陶瓷刀具
产量：万片/年
原料用量：氧化铝粉末：Kg/年
氧化锆粉末：Kg/年
二、主要技术与性能指标
本项目主要技术性能指标达到当今国际同类产品先进水平，主要性能参数如下：
Al2O3-ZrO2纳米陶瓷复合材料刀具：
抗弯强度>800 MPa，断裂韧性> 7.8 MPa?m1/2，维氏硬度>20 GPa 刀具的使用温度>1000 ?C；最大切削速度1500m/min；热震性能优良(ΔT>600C°)；
使用寿命和加工精度达到国际同类产品的先进水平
三、项目拟执行的质量标准类型、质量标准名称
项目生产的陶瓷刀具分为标准型和非标型，其中标准型按下列国家（国际）
标准执行，非标刀具按用户要求并参考国家标准制定企业标准。
1. 无孔的陶瓷可转位刀片按GB2079－87执行，此标准等采用国际标准ISO0883－1995。
2．陶瓷可转位刀片圆角半径按GB2077－87执行，此标准等效采用国际标准ISO3286－1976。
3．陶瓷可转位铣刀片按GB2081－87执行，此标准等效采用国际标准ISO3365－1985。
四、项目技术开发可行性
（一）国内外相关技术的研究、开发现状项目技术现状
国际上陶瓷刀具主要有氧化铝(Al2O3)基和氮化硅(Si3N4)基两大类。代表性的陶瓷刀具公司有德国、日本、瑞典以及美国公司。其产品主要用于高硬度材料及铸铁的低成本加工。其中氧化铝系列陶瓷刀具材质包括Al2O3、Al2O3-TiC、Al2O3-TiN等，制造原料多以亚微米粉体为主。如山特维克可乐满(Sandvik Coromant)公司生产的CC6090氮化硅陶瓷刀具适于高速粗、半精切削加工灰铸铁，而纯陶瓷CC620及复合陶瓷CC650适于精加工轻载荷切削灰铸铁。N11，IN22和IN23是伊斯卡(ISCAR)公司开发的陶瓷刀片。IN11刀片的主要成分为Al2O3和ZrO2，可用于钢(切削速度400 m/min)和铸铁(切削速度600 m/min)的精加工；IN22刀片的主要成分为Al2O3和TiCN，可用于淬硬钢、难加工材料、冷硬铸铁的车削，也可用于高速钢和工具钢的切削加工，加工硬度50 HRC淬硬钢的切削速度可达150 m/min ，进给量达0.2 mm/rev；IN23刀片的主要成分为Al2O3和TiC，应用范围与氮化硅陶瓷刀具相似，可用于灰铸铁和球墨铸铁的半精、精加工，也可用于精铣或轻断续切削加工，加工灰铸铁的刀具寿命比未涂层氮化硅陶瓷刀具的寿命长。京瓷(Kyocera)公司的Al2O3基陶瓷刀具KA30其硬度17.5 GPa，抗崩损性4.0 MPam1/2抗弯强度750 MPa, 适合于高速切削铸铁；ZrO2增韧陶瓷刀具SN60其硬度16.7 GPa抗崩损性4.0 MPam1/2 ，抗弯强度590 MPa，适合于精车铸铁；Al2O3-TiC复合陶瓷A65，其硬度20.6 GPa抗崩损性 4.5 MPam1/2 ，抗弯强度780 MPa, 适于半精、精加工钢、铸铁和高硬材料。
我国虽然已有包括清华大学、上海硅酸盐研究所、东北大学在内的近20个
单位研究陶瓷刀具材料，且清华紫光方大技术陶瓷有限公司和山东工陶院已经有产品生产，年产量已达几百万片，但在产品质量的一致性、应用的广泛程度以及品种的多样性方面与世界各先进国家相比还有很大的差距。
近年来，纳米陶瓷复合材料的出现显著提高了陶瓷材料的综合性能，引起各发达国家陶瓷刀具公司的极大重视，已成为竞争的热点，在陶瓷刀具领域具有非常好的应用前景，成为新一代高性能陶瓷刀具材料。我国一些大学和研究所近年来在这方面取得了一些可喜的成果。东北大学利用纳米粉体，制备出性能优良的Al2O3-Ti(C,N)-TiNi和Al2O3/ZrO2纳米复合材料。其中，Al2O3-Ti(C, N)-TiNi三维网状纳米陶瓷复合材料体系的抗弯强度达到600-1000 MPa，断裂韧性为7-13 MPa m1/2, 维氏硬度为20-24 GPa。Al2O3-ZrO2纳米复合材料的抗弯强度为820MPa，断裂韧性为7.8 MPa m1/2。可见，纳米复合材料性能显著超过了国际上陶瓷刀具的标准。目前，已经研制出纳米陶瓷复合材料的刀具产品，对45#淬火钢的加工实验表明，纳米陶瓷刀具具有良好的切削性能。
（二）项目技术路线描述
Al2O3-ZrO2纳米陶瓷复合材料刀具的制备技术路线
1、纳米粉的分散与混合：采用低噪音，低能耗的混合机进行混合，提高纳米复合粉末的混合均匀性，防止纳米粉末的团聚。
2、热压烧结：外委加工。
3、切割、精磨：采用专业磨床进行平面磨与周边磨，陶瓷刀具的尺寸精度、表
面光洁度对其加工性能具有很大影响。
4、成品刀具经包装，质检便可投入市场。
五、项目实施风险及应对措施
市场风险：
本项目存在原材料价格波动风险，但由于本产品具有较高的性价优势，在未来的市场竞争处于优势。目前的市场还处于发展推广阶段。随着代理和直销的模式逐步完善，充分发挥营销网络作用，扩大市场覆盖面，快速树立企业形象。在产品成本方面，将强化目标责任制，减少单位生产成本，以此来抵消原材料涨价的不利因素。通过以上措施，力求将项目的市场风险降到最低限度。
六、项目产品市场与竞争
1、国内外行业状况
汽车工业是专用刀具应用最多的行业，也是衡量一个国家或一个刀具公司技术水平高低的标志。我国汽车生产线，特别是轿车生产线大部分是从国外引进的，而刀具均是随设备进口时定的。目前，国内的汽车生产线有美国型，欧洲型和日、韩型，以及以欧洲设备为主的自主型。目前，在中国活跃着五大刀具派系主流，一是山特系(包括山高)，山特维克公司有着庞大而复杂的刀具分支，在中国的销量最大；二是美国系，主要以肯纳Kennametal、英格索尔、万耐特等为代表；三是欧洲系，主要以德国为主，包括MAPAL、Guehring、Widia、TITEX、瓦尔特等；四是日韩系，包括三菱、住友、东芝、OSG、黛杰、不二越、日立等，以及韩国的Taegutec、KORLOY公司；五是以色列系，主要是ISCAR(伊斯卡)。这些公司几乎填满了市场空间，在一些大型汽车制造厂，国产化刀具可能只占总项目的10%左右。据有关资料显示，2007年我国共进口各类刀具产品23,364件，比上年增加64%；进口刀具购置费高达28,516万美元，比上年增加87%。这些数字说明，国产刀具还远远赶不上机床主机的发展。在市场经济全球化趋势愈加显着的今天，明确与国际先进水平的差距，找准刀具制造界的发展趋势并迎头赶上具有重要意义。
2、产品市场容量
在美国，陶瓷刀具占全部刀具市场份额的3%～4%，在日本该份额为8%～10%，在德国约为12%。在一些特殊的加工过程中，陶瓷刀具所占的比例更大。今后陶瓷刀具占整个刀具市场的份额可能增加到15%～20%。目前，我国陶瓷刀具只占刀具市场容量的1%～3%。可见陶瓷刀具的应用在我国还有极大的上升空间，随着我国汽车等机械制造业的发展及高速切削技术和干切削技术的推广，陶瓷刀具在我国刀具市场的占有率会逐年上升，在机械制造业领域有广阔的应用前景。
3、目标市场
随着我国机械制造行业的快速发展，自动化水平的飞速提高，国内加工企业对先进制造装备和先进刀具的需求越来越多，陶瓷刀具尤其是高性能纳米陶瓷材料刀具的国内市场将迅速壮大。用纳米技术制备的纳米陶瓷复合材料刀具可加工硬度高达HR67的超硬材料，切削耐用度为硬质合金的几倍到几十倍，对有代表性的45钢、不锈钢、高合金耐磨铸铁、冷硬铸铁、合金钢等被加工材料制成的零件，如汽轮机转子、缸体、电机转子、中环，冶金机械轧辊，轴承零件，飞机零件，球磨机衬板，汽车的箱体件、刹车毂、活塞、喷焊棍子、轧辊、导辊等可实现高效切削，提高切削效率2-10倍，并可进行高速切削，实现以车铣代磨，达到节约工时、电力、机床占用台数40%—80%或更高的效果。
本项目的目标市场之一为汽车制造行业。近年来，随着我国经济的高速发展，对汽车的需求量持续增长，汽车及汽车零部件制造业已成为金切机床和工具行业最大、最重要的用户。项目的实施可以替代进口，降低加工成本。
项目的目标市场之二是数控机床的配套产品。“十一五”期间，中国数控机床产业将步入快速发展期，中国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇，根据中国数控车床1996-2005年消费数量，通过模型拟合，预计2009年数控车床销售数量将达8.9万台，年均增长率为16.5%。根据中国加工中心1996-2005年消费增长模型，预计2009年加工中心消费数量将达2.8万台，较2005年年均增长率为17.8%。到2010年，国产数控机床将占国内市场需求的50%以上；功能部件配套齐全，自给率达60%；关键功能部件将实现产业化；高精度数字化测量仪器和数控刀具将得到发展，为中高级数控机床配套。2010年国内有自主知识产权的数控系统占数控机床总产量的75%。机床与刀具的发展是相辅相成、相互促进的。刀具是由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中最活跃的因素，因
此机床的发展并将为陶瓷刀具发展提供一个广阔的空间。
4、竞争优势
国外陶瓷刀具生产公司主要有德国的Ceramtech公司，日本京瓷Kyocera公司，日本Mitsubishi公司、日本的Tungaloy公司、瑞典的Sandvik公司、以及美国的V alenite公司，其产品在我国均有销售，但价格比国内同类产品高50%以上。纳米陶瓷复合材料刀具已经成为这些陶瓷刀具公司的研发热点，其中日本已经有纳米复合材料刀具产品，但是价格昂贵，而且对一些特殊要求的刀具生产周期长，不能满足刀具使用者的需要。国内生产陶瓷刀具的主要厂家有：清华紫光方大技术陶瓷有限公司，重庆利特高新技术有限公司，山东工陶院等。目前国内几家公司的年产量已达几百万片，但在产品质量的一致性、应用的广泛程度以及品种的多样性方面与世界各先进国家相比还有很大的差距。主要表现在品种偏少、纯度偏低、质量不稳定等。目前，国内陶瓷刀具市场主要被国外公司的陶瓷刀具产品垄断。
目前日本的京瓷(Kyocera)公司的陶瓷刀具在中国和国际市场都占有相当的份额。京瓷(Kyocera)公司生产的Al2O3基陶瓷刀具KA30其硬度17.5 GPa，断裂强度 4.0 MPa m1/2抗弯强度750 MPa；ZrO2增韧陶瓷刀具的断裂强度4.0 MPam1/2 ，抗弯强度590 MPa；Al2O3-TiC复合陶瓷A65，其硬度20.6 GPa，断裂强度4.5 MPam1/2 ，抗弯强度780 MPa。本项目研究的Al2O3-ZrO2纳米陶瓷材料复合刀具的抗弯强度>800MPa，断裂韧性> 7.8 MPa m1/2，维氏硬度>20 GPa，性能明显高于日本京瓷(Kyocera)公司的Al2O3基陶瓷刀具KA30和ZrO2增韧陶瓷刀具SN60。本项目研究的Al2O3-35%Ti(C,N)-12%TiNi纳米陶瓷复合材料刀具的硬度21 GPa，抗弯强度816 MPa，明显高于日本京瓷(Kyocera)公司的Al2O3-TiC 复合陶瓷刀具A65的硬度和强度；断裂韧性为10 MPa，是日本京瓷(Kyocera)公司的Al2O3-TiC复合陶瓷A65的2.2倍。但本项目刀具的价格仅是日本京瓷(Kyocera)公司同类产品价格的1/2~2/3。
国内厂家生产的陶瓷刀具均为传统的Si3N4系列和Al2O3-TiC系列刀具。本项目开发的具有自主知识产权的新一代AlO3-ZrO2和Al2O3-Ti(C,N)-TiNi等系列的纳米陶瓷复合材料刀具，其性能明显优于传统的陶瓷刀具，具有性能优越、价格低廉、性价比高的特点，具有很强的竞争能力。
七、生产概况
1、生产工艺流程（软件除外）中必备的生产条件
技术员2名，技术顾问3名，管理人员1名，工人10人
年工作天数：300天
工作时间：8小时/天
2、50万片陶瓷刀年产具主要设备
3、项目进度
相关手续办理中，设备采购中。
4、能源消耗
由于主要设备只有混合机和磨床两种，所以唯一的能源消耗就是电，同时混料机与磨床选用的都是低能耗的，因而每天的用电量大约为45度左右。
5、除尘装置
粉末混合后用牛皮纸袋包装运输，避免产生粉尘；在刀具精磨过程中产生的少量粉尘，由布袋式除尘器收集。
固相烧结法制备钛酸钡陶瓷材料
固相烧结法制备BaTiO3 （BTO陶瓷材料 钛酸钡是电子陶瓷材料的基础原料，被称为电子陶瓷业的支柱。它具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、耐压和绝缘性能，被广泛的应用于制造陶瓷敏感元件，尤其是正温度系数热敏电阻（ptc）、多层陶瓷电容器（MLccs）、热电元件、压电陶瓷、声纳、红外辐射探测元件、晶体陶瓷电容器、电光显示板、记忆材料、聚合物基复合材料以及涂层等。钛酸钡具有钙钛矿晶体结构，用于制造电子陶瓷材料的粉体粒径一般要求在100nm以内。因此BaTiO3粉体粒度、形貌的研究一在此温度以下，1460C以上结晶出来的钛酸钡属于非铁电的六 方晶系6/mmn直是国内外关注的焦点之一。 1材料结构 钛酸钡是一致 性熔融化合物，其 熔点为1618C。点 群。此时，六方晶 系是稳定的。在 1460~130C之间钛 酸钡转变为立方钙
钛矿型结构。在此结构中Ti4+（钛离子）居于02-（氧离子）构成的氧八面体中央，Ba2+（钡离子）则处于八个氧八面体围成的空隙中（见右图）。此时的钛酸钡晶体结构对称性极高，因此无偶极矩产生，晶体无铁电性，也无压电性。 随着温度下降，晶体的对称性下降。当温度下降到130C 时，钛酸钡发生顺电-铁电相变。在130~5C的温区内，钛酸钡为四方晶系4mn点群，具有显著地铁电性，其自发极化强度沿c轴方向，即［001］方向。钛酸钡从立方晶系转变为四方晶系时，结构变化较小。从晶胞来看，只是晶胞沿原立方晶系的一轴（c轴）拉长，而沿另两轴缩短。 当温度下降到5C以下，在5~-90C温区内，钛酸钡晶体 转变成正交晶系mm庶群，此时晶体仍具有铁电性，其自发极化强度沿原立方晶胞的面对角线［011］方向。为了方便起见, 通常采用单斜晶系的参数来描述正交晶系的单胞。这样处理的 好处是使我们很容易地从单胞中看出自发极化的情况。钛酸钡从四方晶系转变为正交晶系，其结构变化也不大。从晶胞来看, 相当于原立方晶系的一根面对角线伸长了，另一根面对角线缩短了，c轴不变。
新型复合材料论文
陶瓷基复合材料的生产应用及发展前景 概论：科学技术的发展对材料提出了越来越高的要求,陶瓷基复合材料由于在破坏过程中表现出非脆性断裂特性,具有高可靠性,在新能源、国防军工、航空航天、交通运输等领域具有广阔的应用前景。 陶瓷基复合材料是在陶瓷基体中引入第二相材料，使之增强、增韧的多相材料，又称为多相复合陶瓷或复相陶瓷。 陶瓷基复合材料是2O世纪8O年代逐渐发展起来的新型陶瓷材料，包括纤维(或晶须)增韧(或增强)陶瓷基复合材料、异相颗粒弥散强化复相陶瓷、原位生长陶瓷复合材料、梯度功能复合陶瓷复合材料。其因具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、热导率低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、强度高、硬度大及介电、透波等特点，在有机材料基和金属材料基不能满足性能要求的工况下可以得到广泛应用，成为理想的高温结构材料。 连续纤维增强复合材料是以连续长纤维为增强材料，金属、陶瓷等为基体材料制备而成。金属基复合材料是以陶瓷等为增强材料，金属、轻合金等为基体材料而制备的。从20世纪60年代起各国都相继对金属基复合材料开展了大量的研究，因其具有高比强度、高比模量和低热膨胀系数等特点而被应用于航天航空及汽车工业。陶瓷材料具有熔点高、密度低、耐腐蚀、抗氧化和抗烧蚀等优异性能，被广泛用于航天航空、军事工业等特殊领域。但是陶瓷材料的脆性大、塑韧性差导致了其在使用过程中可靠性差，制约了它的应用范围。而纤维增强陶瓷基复合材料方面克服了陶瓷材料脆性断裂的缺点，另一方面保持了陶瓷本身的优点及纳米陶瓷。 (1) 基体 陶瓷基复合材料的基体为陶瓷，这是一种包括范围很广的材料，属于无机化合物而不是单质，所以它的结构远比金属合金复杂得多。现代陶瓷材料的研究，最早是从对硅酸盐材料的研究开始的，随后又逐步扩大到了其他的无机非金属材料。 目前被人们研究最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等，它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。 (2) 增强体 陶瓷基复合材料中的增强体，通常也称为增韧体。从几何尺寸上增强体可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。 a. 纤维: 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是碳纤维、玻璃纤维、硼纤维等； b. 晶须： 晶须为具有一定长径比(直径0.3~1μm,长0~100 μm) 的小单晶体。晶须的特点是没有微裂纹、位错、孔洞和表面损伤等一类缺陷，因此其强度接近理论强度由于晶须具有最佳的热性能、低密度和高杨氏模量，从而引起了人们对其特别的关注。 在陶瓷基复合材料中使用得较为普遍的是SiC、A12O3及Si3N4晶须。 c.颗粒
陶瓷刀具在机械加工中的应用
陶瓷刀具在机械加工中的应用 导读：陶瓷作为继高速钢，硬质合金，涂层硬质合金刀具之后的一种高硬度刀具材料；陶瓷刀具的材料已有氧化铝—金属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物金属陶瓷、氧化铝—氮化物金属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷（即CBN刀具）。正如，华菱超硬材料工程师所言，从材料学角度讲，陶瓷刀片包含超硬刀具中的立方氮化硼刀片，从金属切削角度，立方氮化硼刀片性能又比传统陶瓷刀片性能高出一个数量级，和金刚石刀具统称为超硬刀具。毋庸置疑，随着数控机床加工及自动化生产线的普及，陶瓷刀片和涂层硬质合金刀片，超硬刀具（立方氮化硼和金刚石刀具）将成为以后刀具市场的主流。 国内外陶瓷刀具的发展 1，从陶瓷刀具的研发技术角度来讲：日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平。美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制开发方面一直占世界领先地位。我国陶瓷刀具开发应用也取得了许多重大成果。我国从1953年开始研制和使用陶瓷刀具，南京电瓷厂与中科院冶金陶瓷研究所、一机部工具研究所、山东工业大学、上海硅酸盐研究所、清华大学等单位，先后研制出氧化铝陶瓷，氧化铝＋碳化物陶瓷和氮化硅基陶瓷，使陶瓷刀片的性能和质量均大大提高。 2，从陶瓷刀具的应用技术来讲：日本年产陶瓷刀片350万片，占可转位刀具刀片的9％，欧洲工业发达的国家，陶瓷刀片的生产量以每年20％的速度增长，尤其在汽车制造业中使用的比例最大，如联邦德国科隆福特汽车厂，在27万刀片中陶瓷刀片为9万多片，占34％。用于数控机床的刀具中，陶瓷刀片占40％左右。美国福特汽车公司陶瓷刀具使用量占到40％；苏联年产陶瓷刀片达50―60万片；在我国，陶瓷刀具目前主要应用于硬质合金刀具很难加工的领域，如石家庄水泵厂加工耐磨铸铁和硬镍铸铁，在车加工工序60％是陶瓷刀具，年消耗量1万片以上；成都量具刃具厂每年用陶瓷刀具来加100万支钻头毛坯外圆。据统计，全国每年生产陶瓷刀片几十万片以上。但是只有很少部分用于汽车和航天航空领域的高速切削中，这与我国机械制造领域的现状和工业母机现代化的普及率有关，不过，目前来看，氧化铝基刀具牌早已有20多个，氮化硅基已有10多个牌号，立方氮化硼刀具，以我国华菱超硬材料公司为例，立方氮化硼刀具有将近12个牌号，这些已经涵盖了普通钢、铸铁、淬硬钢、高锰钢、镍基高温合金、粉末冶金烧结件、玻璃钢和各种工程塑料等难加工材料。 陶瓷刀具的性能优势 硬质合金刀片的硬度在89~94HRA，相当于71~76HRC，对于HRC40以上的淬火钢加工时硬质合金刀片容易烧刀造成磨损块且加工效率低，陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀，PCBN刀具的硬度一般为HV3000~5000，精HV硬度换算HRC相当于HRC95-100，对于HRC50以上高硬度淬火工件高速加工降低成本来讲最为经济划算。目前，PCBN刀具经黑色金属加工领域，是耐磨性最高的刀具材料，经过论证，立方氮化硼刀片的寿命一般是硬质合金刀片和陶瓷刀片的几倍到几十倍，而且随着研究的进步，PCBN刀具适应各种高硬度复杂材料的加工，华菱HLCBN新研制的PCBN刀具牌号BN-K10，可以加工HRC70以上硬度的碳化钨，在国内尚属首例；但同时，PCBN刀具相对于硬质合金材料刀片，其脆性大是不争的事实，针对立方氮化硼刀片硬而脆的弱点，华菱超硬HLCBN曾推出的适合断续切削和重载粗加工立方氮化硼刀片牌号，以华菱超硬BN-S20牌号数控刀片为例，它不仅可以断续切削淬硬钢，也可以大余量切除工件的淬硬层，但前提是并没有牺牲刀具的耐磨性，这是与市场上的PCBN刀具最大的不同。 随着各种新型的难加工材料在产品中大量应用，传统的硬质合金刀具已难以满足生产需要，而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性、良好的化学稳定性和高性价比而受到了人们的青睐。尤其是在高速切削领域和难加工材料方面，显示出了传统刀具无法比拟的优势。因此，“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进，今后它将与涂层硬质合金刀具、金刚石和
陶瓷的分类及性能
陶瓷材料的力学性能 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。 金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键） 陶瓷：离子键和共价键。普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。 工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相，玻璃相，气相 晶界、夹杂 （种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 （可通过热处理改善材料的力学性能） 陶瓷的分类 玻璃 — 工业玻璃 (光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃 陶瓷 —普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘） ，化工，多孔 ……特种陶瓷 -电容器，压电，磁性，电光，高温 …… 金属陶瓷 -- 结构陶瓷，工具（硬质合金） ，耐热，电工 …… 玻璃陶瓷 — 耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷 … 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种
陶瓷（人工的化学或化工原料 --- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物） (2) 坯料的成形 （可塑成形，注浆成形，压制成形） (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度 是各类材料中最高的。 （高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV） (2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2) (3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。 2 （E/1000--E/100）。耐压（抗压强度高），抗弯（抗弯强度高），不耐拉（抗拉强度很低比抗压强度低一个数量级）较高的高温强度。 (4)塑性：在室温几乎没有塑性。 (5) 韧性差，脆性大。是陶瓷的最大缺点。 (6) 热膨胀性低。导热性差，多为较好的绝热材料（λ=10-2～10-5w/m﹒K） (7)热稳定性 — 抗热振性（在不同温度范围波动时的寿命）急冷到水中不破裂所能承受的最高温度。陶瓷的抗热振性很低（比金属低的多，日用陶瓷 220 ℃） (8)化学稳定性 ：耐高温，耐火，不可燃烧，抗蚀（抗液体金属、酸、碱、盐） (9) 导电性 — 大多数是良好的绝缘体，同时也有不少半导体（ NiO ， Fe3O4 等） (10) 其它： 不可燃烧，高耐热，不老化，温度急变抗力低。 普通陶瓷
高性能陶瓷材料的研究与应用
高性能陶瓷材料的研究与应用 李 婷 (湖北武汉风神汽车修理厂 武汉 430055) 摘 要 高性能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料,各国在基础与应用研究以及工程化方面,均给予了特殊重视,特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据高性能陶瓷材料的应用前景,笔者介绍了高性能陶瓷新材料的性能、应用范围,市场的开发应用现状和开发应用新领域,以及正在研发的高性能陶瓷材料;同时介绍了高性能陶瓷材料的发展趋势。 关键词 陶瓷材料 应用范围 发展趋势 1 高性能陶瓷材料的应用前景 高性能陶瓷是新材料的一个组成部分,它在国民经济中的能源、电子、航空航天、机械、汽车、冶金、石油化工和生物等各方面都有广阔的应用前景,成为各工业技术特别是尖端技术中不可缺少的关键材料,在国防现代化建设中,武器装备的发展也离不开特种陶瓷材料。随着我国国民经济的高速发展,工业技术水平的不断提高,人民生活的不断改善以及国防现代化的需要,迫切地需要大量的特种陶瓷产品,市场前景十分广阔。石油化工行业需要大量的耐磨耐腐蚀的陶瓷部件,如球阀、缸套等。纺织行业需要大量的耐磨陶瓷件,如陶瓷剪刀、导丝轮等。国防工业需要的具有特殊性能的陶瓷材料,如防弹装甲陶瓷,耐射照高温轻质隔热材料,航空航天用的反射镜陶瓷材料,激光器用的聚光腔陶瓷材料,红外吸收、红外发射。 高性能陶瓷一般分为结构陶瓷和功能陶瓷,有的还分为陶瓷涂层及陶瓷复合材料等。结构陶瓷主要是利用其耐高温、高强度、耐磨的性能,应用于热机部件、耐磨部件,如刀具、轴承、密封环、阀门等热交换器,防弹材料及生物陶瓷等。主要材料有Si3N4、SiC、ZrO2、Al2O3、SiALON等。 高性能陶瓷材料已经在很多领域,特别是诸多高技术领域获得关键性的应用,在航空航天、国防及民用等高技术领域具有广泛且不可替代的作用,高性能陶瓷材料每年以7%～10%的速度发展。功能陶瓷主要是利用其上述功能特性,广泛应用于国防、航空航天、机械、化工、建筑等领域的绝缘子,集成电路的基片、电容器、压电和铁电及敏感元件等,已成为四大类材料(金属、陶瓷、高分子和复合材料)之一。主要的材料有Ba TiO3、ZnO、Ph)O3、A IN、ZrO2等。陶瓷粉料是发展高性能陶瓷的基础材料,是高性能陶瓷的重要组成部分,对特种陶瓷的发展起着十分重要的作用。 2 高性能陶瓷材料的性能特点 一般高温陶瓷材料的预期使用温度在1400℃～1500℃,而超高温材料是指能在1800℃以上使用的材料,主要包括过渡金属(Ti、Zr、Ta等)的硼化物、碳化物以及近年出现的Si-B-C-N超高温陶瓷材料等,还包括碳(石墨)和氮化硼等。这类材料的主要特点是超高温熔点、超高温稳定、超高温耐腐蚀性,应用于国防、航天、超高温电极、超高温耐腐蚀容器或保护器(与熔融金属接触),超高温涂层等。近年来,对Si -B-C-N超高温陶瓷材料的研究发展很快,制备工艺主要是采用有机前驱体法,对超高温稳定化机理的研究主要集中在硼的作用上。目前正在探索其作为超高温涂层材料方面的应用,有机前驱体法工艺复杂,操作严格,成本高,对超高温稳定化机理还缺乏深层的理解。因此,探索和开发新的制备技术,深入探讨超高温稳定化机理,探索和设计其他超高温材料系统(包括化
制备纳米钛酸钡粉体.
化学共沉淀法 ——制备纳米钛酸钡粉体 目录 (1) 成绩考评表 (2) 中文摘要 (3) 英文摘要 (4) 1前言 (5) 1 .1制备方法介绍 (6) 1.2所制备的材料介绍 (9) 1.3本实验主要研究内容 (12) 2.实验实施阶段 2.1方案介绍 (13) 2.2方案具体实施 (15) 3实验结果分析与讨论 (17) 参考文献 (22)
综合实验感想 (23) 3Ba TiO 纳米粉体的制备 摘要 以4TiCl 为钛源，2BaCl 为钡源，采用草酸共沉淀法制备batio3粉体， 研究了前驱体的煅烧温度对产物的影响，实验结果表明当煅烧温度控制在800度以上时，可制的纯度高结晶好的batio3超细粉体。 关键词：钛酸钡，草酸共沉淀，前驱体，温度
English abstract Thought of 4TiCl for titanium source 2BaCl for barium source, using oxalate coprecipitation preparation of batio3 powders, studied the precursor of the influence of calcining temperature on the product, the experimental results show that when the calcination temperature control over 800 degrees, can be made of high purity crystal good batio3 ultrafine powders. Key words: barium titanate, oxalate coprecipitation, precursor , temperature
新型材料在机械中的应用
新型材料在机械中的应用 摘要：目前工程机械尽管在发动机技术、底盘系统、操作环境等设施中不断改进，性能已有一定的提升，但仍存在许多薄弱环节。尤其是一些配件易疲劳磨损、密封性差等缺点，影响着整机的使用性能，尚需改进。目前各种机械配件基本上采用传统的各种合金钢，其优点有强度和弹性模量高、韧性好、各向受力均匀、可靠性高、对动载的适应性强以及设计计算理论成熟等，但重量大、机动性差、耐腐蚀性差、维修保养费用高等缺点也很明显，特别是重量大引起的一系列问题，如不良作业环境的适应性差、不利于机动灵活等等。通过分析传统材料的不足和新型材料的优点，本文着重探讨三种新型材料（复合材料，陶瓷材料，纳米材料）在机械工程中的应用。 关键词：复合材料陶瓷材料纳米材料机械工程应用 正文： 一，复合材料在机械工程中的应用 1 复合材料的组成及其性能 复合材料由两种或两种以上物理，化学性质差异较大的材料组成，它综合各组成材料的优势，克服各自缺点。复合材料综合了增强体高强度，高刚度和基体高塑性，高韧性的优势，具有以下性能特点：（1）高比强度，比弹性模量（2）高耐磨性，减摩性（3）高冲击韧性，高疲劳性能（4）高温性能良好。由于性能优异，复合材料在许多领域已得到广泛应用。但现今机械装备业中，仅有密封及耐磨部件等少部分装置中采用了复合材料，因此研究如何将复合材料应用于工程机械，从而改进现有机械的性能，有着重要的实际意义。 2在机械内燃机系统上的应用 工程机械内燃机长期工作在高温高压下，活塞与活塞环、缸壁间不断产生摩擦，润滑条件不充分，工作条件非常恶劣，尤其是在大功率的发动机中，普通的铸铁或铝合金活塞易发生变
形、疲劳热裂。可采用： (1)陶瓷纤维增强金属基复合物，如陶瓷增强铝基复合材料的耐磨性已达到最好材料Ni—resist铸铁的水平，国外推出了氧化铝纤维增强铝镁合金制造的活塞，高温强度和抗热疲劳性能明显提高，并具有较低的线膨胀系数（1） (2)金属基复合材料，比一般的金属材料耐磨性可提高50％左右，耐热性也有极大提高，而且改善了发动机活塞的强度； (3)碳化硅颗粒或晶须增强铝也正在试用制造发动机活塞，其耐热性、耐磨性和强度均佳。在活塞头的局部或全部采用复合材料后可以提高活塞工作稳定性和使用寿命，降低油耗和废气排放量，解决目前工程机械发动机功率大、活塞易磨损的突出现象，有广阔的应用前景。3在车体、工作装置及部分零部件上的应用 1984年，碳纤维复合材料已成功地用于制造汽车的主动轴、弹簧、发动机盖、离合器磨擦片、支架推杆、制动盘及其总成等，但其存在易变形、磨损等缺点，采用碳纤维改性材料与金属基体的复合物，可提高使用寿命，降低维护和修理的费用。在保持原有的结构性能、不影响作业性能的情况下适当采用复合材料如玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)做成车身骨架可使传统的钢质车身骨架减重，最多可减轻20％～30％，这将提高机械车辆的机动性和作业效能。若由于作业要求需保持原有重量，也可在部分采用复合材料车身后加装其它设备。二，陶瓷材料在机械工程中的应用 1用陶瓷材料制造切削刀具 切削加工直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。新型陶瓷刀具以其优异的性能给机械加工工艺带来革命性的变化。这些变化如下。 (1)可以加工传统刀具难以加工或根本加工不动的高硬材料，例如硬度高达65～68HRC:的各类淬硬钢和硬化铸铁，因而可以免除退火加工所消耗的电力;也可提高工件的硬度，延长
氧化铝陶瓷切削刀具的介绍
氧化铝陶瓷切削刀具的介绍 2010/8/4/9:1来源：《磨料磨具》杂志 氧化铝（刚玉）在磨料和磨具上的应用已有很长的历史，国际每年使用数量也是很大的，如2008年据海关统计中国出口刚玉磨料和磨具82.0512万吨（约50440.4万美元），进口6.5555万吨（约5623.5万美元）。而氧化铝（刚玉）陶瓷刀具是其发展的精尖制品，是近代氧化铝陶瓷的典范，其附加值很高。Al2O3（刚玉）粉料4～5元／公斤，而氧化铝基刀具价达2000～3000元／公斤。2007年西方国家陶瓷刀具的销售额估计达45亿美元以上，而氧化铝基陶瓷刀具约占一半。其中以日本产量最大，其次为美国、德国、英国等，而俄罗斯也有一定规模的产量。但国内对这种原料资源广、价廉，能生产高附加值的工具却发展不大，可能与中国钨资源丰富而偏重钨基硬质合金刀具有关。 氧化铝原料对碳化钨和氮化物原料而言是最廉价的，而氧化铝刀具价高。氧化铝刀具的比重约为硬质合金（碳化钨基）的三分之一，以体积价格计算，氧化铝刀具比硬质合金刀具要便宜、这也是促使国际氧化铝刀具发展的因素之一。 一、氧化铝的性能 现代新陶瓷材料包含氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物，以及它们之间的复合化合物。从用途分有工程结构陶瓷、功能陶瓷、刀具陶瓷等。刀具陶瓷是用来车削或铣削加工金属及合金的工具。除碳化物以外作刀具陶瓷的即是氧化物、氮化物。在氧化物中最适合的就是氧化铝（刚玉－α-Al2O3）材料。 纯Al2O3在低温下存在十多种晶型，但主要的有三种：即α- Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3，所有的晶型在温度超过1600℃以上，都会转变成高温稳定的α- Al2O3（刚玉），这个转变是不可逆的。一般Al2O3硬度是很低的，只有刚玉型α- Al2O3的硬度（莫氏硬度为9）才是很高的，刚玉才能作切削工具和耐磨件。 α-Al2O3属六方晶系，刚玉（单位晶胞是尖的菱面体）结构，a=4.76?，c=12.99?。密度3.96~4.01g/cm3，硬度（HV）3000kg／mm2，杨氏模量42kg／mm2，热导率0.07卡／（厘米·秒·℃），热膨胀系数8.5×10ˉ6℃。 氧化铝的化学稳定性是很强的，与很多材料的反应都很弱。 二、氧化铝陶瓷刀具 目前切削钢材、铸铁、合金钢材及不锈钢材等普遍采用碳化物基的硬质合金（WC －Co、WC－TiC－Co）。对于某些特殊材料也采用硬度最高的金刚石及立方氮化硼（CBN），但它们的强度比硬质合金较低，且金刚石工具不利于切削钢铁材料，因为碳质元素的金刚石易与铁元素反应生成碳化铁，而使金刚石损耗，但金刚石刀具对加工铝硅合金有独特的优点。而CBN对铁基等很多材料都不起反应，对加工冷硬铸铁、司太立合金、耐热镍基合金等具有较好的性能。 氧化铝与其他刀具材料不同的特性是：氧化铝化学性能稳定，抗氧化性特别好，它的切削刃即使处于红热状态下也能长时间切削，则氧化铝陶瓷刀具特别适于高速切削和加热切削。由于氧化铝对大部份金属的润湿性差，所以很难与金属粘结（如与钢的粘结温度：氧化铝为1528℃以上、碳化钨为1316℃），在切削时表现为摩擦系数低、切削力小、不易产生积屑瘤和粘结磨损，因此加工件容易得到很高的光洁面。氧化铝是所有刀具材料中最不活泼的，则在切削时可减少刀具的扩散磨损，Al2O3在铁中的溶解率，比WC要低4～5倍，因而氧化铝陶瓷刀具切削钢材时的磨损率，比WC基硬质合金刀具可小一个数量级至几十倍。利用氧化铝陶瓷刀具高耐磨性和适于高速切削的特点可加工大件，如加工长度7320mm，炮口直径155mm，尾端直径310mm的钢炮管。氧化铝适合加工大多数金属材料，尤其适合切
数控刀具材料及选用
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 一. 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 二.刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石
纳米晶钛酸钡陶瓷的制备、微结构及性能的研究
论文题目：纳米晶钛酸钡陶瓷的制备、微结构及性能的研究 作者简介：邓湘云，女，1964年11月出生，2003年9月师从于清华大学李龙土教授，于2007年1月获博士学位。 中文摘要 自从1943年钛酸钡作为最具有代表性的钙钛矿结构的铁电材料被发现以来，一直是电子陶瓷元器件的基础材料。当高于居里温度120o C时，钛酸钡晶体结构为立方顺电相; 低于居里温度时钛酸钡有三个结构相变点; 在大约10o C到130o C之间为四方相结构; 低于10o C为正交相结构, 当温度进一步下降到大约-80o C表现为三方相结构。 近几年来随着电子及微电子工业的飞速发展，多层陶瓷电容器的微型化和大容量化要求降低陶瓷介质层的厚度，这就要求介质层中的陶瓷晶粒降到亚微米级甚至纳米级, 因此制备小粒径的钛酸钡陶瓷引起了人们广泛的兴趣。然而高致密的陶瓷都要通过高温烧结才能致密化，而致密化过程和晶粒生长过程常常同时产生，特别在烧结后期晶粒生长非常迅速，其结果是材料实现致密化后晶粒也长大了。因此目前最大的研究障碍就是制备出致密的纳米晶陶瓷，并在此基础上研究晶粒尺寸对钛酸钡陶瓷的微结构和性能的影响,即纳米尺寸效应。 钛酸钡陶瓷尺寸效应研究始于1950年；研究的核心内容主要围绕晶粒尺寸对于介电性能，相变和显微结构的影响。研究表明随着晶粒尺寸的减小，居里温度向低温移动; 晶粒尺寸从10μm减至1μm时，室温介电常数增大，当钛酸钡陶瓷的平均晶粒尺寸接近1μm 时，介电常数特别大; 当陶瓷的晶粒尺寸小于500nm之后，相对介电常数迅速下降。 Zhao Zhe等研究表明50nm钛酸钡陶瓷1kHz时室温介电常数为1100，四方相→立方相的温度为117o C; Buscaglia等采用拉曼光谱在80-700K温度区间内对50nm钛酸钡陶瓷的相结构研究，证实了在50nm钛酸钡陶瓷中依然存在和大晶粒钛酸钡陶瓷相同的相变行为，即随着温度的降低，经历由立方→四方→正交→三方的相转变，并且存在多相共存的特点; 并且证实30nm钛酸钡陶瓷100Hz时70o C介电常数为1650，四方相→立方相的温度为106o C; 他们还研究了30nm钛酸钡陶瓷中铁电畴的分布，并观察到一畴多粒现象。 尺寸效应研究中有关钛酸钡陶瓷保持铁电性临界尺寸的内容尤其受到关注, 因为当晶粒尺寸减小到临界尺寸时，铁电性将消失。1954年首次报导了铁电性消失的现象;1985年Arl证实钛酸钡陶瓷保持铁电性的临界尺寸为280nm; M. H. Frey等用热压（压力为8GPa）的方法制备出70nm相对密度98％的钛酸钡陶瓷，并认为临界尺寸为70nm; Zhao zhe等采用SPS制备出50nm相对密度97％的钛酸钡陶瓷，并实验证明50nm钛酸钡陶瓷依然保持铁电性；2006年M. T. Buscaglia等报导了SPS方法制备的钛酸钡陶瓷，平均晶粒为30nm，相对密度为97％，并认为钛酸钡陶瓷维持铁
纳米复合材料
SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文 COURSE PAPER 简述纳米复合材料 学院：材料科学与工程学院 专业： 电子科学与技术 学号： 1 2 1 2 1 7 6 5 姓名： 陆 申 阳 课程： 材料科学导论C 日期： 2014年5月10日
简述纳米复合材料 12121765 陆申阳 摘要：纳米复合材料日新月异的发展为我们的生活带来了诸多方法便。本文简要的介绍了纳米复合材料的名称来源、种类、结构组成、功能特点及其在现代生活中的应用情况。纳米复合材料作为新兴材料，在材料中占有较大的比例，在各方面的应用也十分广泛。 1引言 由于复合材料的力学性能比较突出，综合性能优良，使得复合材料广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、工业设备等领域。其中纳米复合材料是最具有吸引力的部分，世界发达国家的新材料发展战略都把纳米复合材料放在重要位置。纳米复合材料作为一类新材料，它拥有自己引人注目的一系列特点。而现代生活与纳米复合材料的练习也越来越紧密。 2总论 2.1复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。 复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”，极大地弥补了单一材料的缺点，产生单一材料不具备的新性能。复合材料具有较强的可设计性。可以根据对产品形状的需求，将复合材料设计成不同的形状，避免多次加工，减少工序；也可以根据需要的产品性能对其性能进行设计，通过改变基体的性能、含量，增强材料的性能、含量、分布情况，以及他们之间的界面结合情况，来实现对复合材料性能的设计。
新型刀具材料
新型刀具材料 重庆大学本科学生课题论文 新型刀具材料 学生： 学号： 指导教师： 专业：机械制造及其自动化专业重庆大学机械工程学院
新型刀具材料[在此处键入] [在此处键入] 摘要 随着科学与工业的发展，机械加工技术正朝着高效率、高精度、高柔性和绿色制造的方向发展。于此同时，机械加工技术的运用范围也越发广泛，无论是在航空航天，模具生产和汽车制造等领域都能看到机械制造的影子。然而随着工件材料的力学性能的不断提高，加工精度的要求日益的提高，以及各种新型难以加工的材料的出现，对加工技术的要求也越来越高。要想使一样加工技术得到改革，产生质的飞跃，刀具作为基本组成之一，人们也对其提出了更高的要求。故本文，我们将着重介绍各种的新型刀具材料，及其相关知识。 关键词 稀土硬质合金、陶瓷、超硬刀具材料
新型刀具材料 一、新型刀具材料的基本要求 刀具材料性能的优劣是影响切削加工能否正常运作的直接原因。为了适应当今社会更高的要求，新型刀具必须在保证提高加工效率和加工质量的同时，降低加工费用。材料、结构和几何形状是决定刀具加工性能的三个重要因素。其中，刀具材料最为重要。刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工成本、加工质量以及刀具使用寿命等都影响很大。 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。造成刀具损坏最主要的原因是切削力和切削温度作用下的机械摩擦、粘结、化学磨损、崩刃、破碎以及塑性变形等磨损和破损。 因此高速切削刀具材料最主要的要求是高温时的力学性能、热物理性能、抗粘结性能、化学稳定性(氧化性、扩散性、溶解度等)和抗热震性能以及抗涂层破裂性能等。 本文主要介绍的新型刀具材料主要分为以下几类： （一）稀土硬质合金；（二）陶瓷刀具材料；（三）超硬刀具材料。二、稀土硬质合金 添加稀土元素的硬质合金是刀具材料新品种之一。稀土元素是指化学元素周期表中原子序数57～71（从La到Lu），再加上21和39（Sc和Y），共17个元素。将某些稀土元素，以一定方式，微量添加到传统的硬质合金牌号中，即可有效地提高它们的机械性能与切削性能。稀土对硬质合金的作用机理主要有：1.抑制Co 粘结相的相变和固溶强化；2. 控制 WC 晶粒的不均匀长大、细化晶粒；3. 富集杂质元素，改变其分布形态，净化界面；4. 影响合金中孔隙度和孔隙尺寸。 常见的稀土硬质合金主要有： 1.稀土硬质合金YG8R 此类合金有硬质合金YG8改进得到，YG8R主要用于铸铁和有色金属的粗加工。经过测试，用YG8R和YG8硬质合金车削灰铸铁HT200(硬度HB170～180)，v=80m/min，ap=2mm，f=0.3mm/r。YG8R的使用寿命为YG8的1.5～2倍，且抗冲击性能有所改善。 2.稀土硬质合金YT14R 在YT14硬质合金中添加了Ce、Y等稀土元素后，可得到稀土硬质合金YT14R。YT14R主要用钢材的半精加工。添加稀土元素后硬质合金的组织比较致密；室温硬度和高温硬度有所改善；断裂韧性和抗弯强度显著提高，分别提高20%和10%以上。 3.稀土硬质合金YW1R YW1R和YW1刀具车削不锈钢1Cr18Ni9Ti(抗拉强度sb=0.55GPa)和高温合金GH3128(sb=0.84GPa)，v=30～60m/min，ap=0.7～1.5mm，f=0.08mm/r。YW1R的使用寿命为YW1的2倍以上，且已加工表面质量略有改善。 由此，我们可以看出稀土硬质合金的冲击韧性、抗弯强度及工作时的抗冲击
陶瓷刀具的种类和性能
陶瓷刀具的种类和性能 陶瓷作为非金属刀具材料，因其能实现高硬度材料的切削和高速切削，所以作为工业的牙齿在金属切削领域中广泛应用，本文根据陶瓷刀具（含立方氮化硼刀具）的种类和性能，浅谈它们的使用区别及其适合加工材质。 一，陶瓷刀具的种类及发展脉络 陶瓷刀具的种类及发展：陶瓷刀具最明显的发展线条是刀片的韧性依次增强：氧化铝陶瓷刀具—-复合氧化铝陶瓷刀具--氮化硅陶瓷刀具--立方氮化硼刀具。 在金属切削领域，氧化铝陶瓷刀具和氮化硅陶瓷刀具合称为陶瓷刀具；在无机非金属材料学中，立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类，立方氮化硼材料刀具的问世，是陶瓷刀具的革命。我国河南超硬材料研究所作为国内最早研究聚晶立方氮化硼材料刀具的研究所之一，最近推出纯氮化硼烧结体陶瓷刀具，其韧性和耐磨性能显着增加。 二，陶瓷刀具的性能及其在金属切削中的应用 陶瓷刀具比硬质合金刀片相比，可承受2000℃的高温，而硬质合金在800℃时则变软；所以陶瓷刀具更具有高温化学稳定性，可高速切削，但其缺 点是氧化铝陶瓷刀具的强度和韧性很低，容易破碎。因陶瓷刀具耐高温，对高温高速切削更有利，由于陶瓷热导率低，高温只在刀尖，高速切削所产生的热量都随切屑带走，所以大部分研究者认为：氧化铝陶瓷刀具能够，且最好高于硬质合 金切削的10倍线速度下进行切削，才能真正体现陶瓷刀具的优点。 为了减低陶瓷刀具对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷刀具的韧性比硬质合金刀片还是低得多。 另一个提高氧化铝陶瓷刀具韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相 当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。单受其抗冲击韧性限制，一直精车加工领域中使用。 和氧化铝陶瓷刀具一样，氮化硅陶瓷刀具比硬质合金刀片有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好，与氧化铝陶瓷刀具相比它的缺点是在加工
纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性能和介电性能的温度依赖性
硅酸盐学报 · 432 ·2013年 DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.02 纳米晶钛酸钡陶瓷铁电性能和介电性能的温度依赖性 刘佳1，杨仁波1，邓湘云1,2，谭忠文1，李德军1，王晓慧3，李龙土3 (1. 天津师范大学物理与电子信息学院，天津 300387；2. 热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室，硅锆钛 资源综合开发与利用海南省重点实验室，海南大学材料与化工学院，海口 570228；3. 清华大学材料 科学与工程系，新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084) 摘要：研究50nm BaTiO3陶瓷的铁电性能、介电性能的温度依赖性，其介温谱和介电损耗谱具有明显的弥散相变特征，当频率为1kHz时计算得到弥散指数γ为1.60。不同温度下的介电常数–电场强度(ε–E)曲线显示，介电异常发生在110～120℃的温度范围内，110℃时的介电可调性为20.2%，介电损耗小于0.02。压电位移曲线计算得到50nm BaTiO3陶瓷的压电系数d33为45pm/V。 关键词：纳米晶钛酸钡陶瓷；铁电性；弥散相变；压电系数 中图分类号：TN305 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)04–0432–05 网络出版时间：2013–03–02 9:39 网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/0c4540769.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20130302.0939.001.html Temperature Dependence on the Dielectric and Ferroelectric Properties of Nanocrystalline BaTiO3 Ceramics LIU Jia1，YANG Renbo1，DENG Xiangyun1,2，TAN Zhongwen1，LI Dejun1，WANG Xiaohui3，LI Longtu3 (1. College of Physics and Electronic Information, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China; 2. Key Lab of Advanced Materials of Tropical Island Resources, Ministry of Education, Hainan Provincial Key Laboratory of Research on Utilization of Si–Zr–Ti Resources, Materials and Chemical Engineering Institute, Hainan University, Haikou 570228, China; 3. Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: The temperature dependence on the dielectric and ferroelectric properties of dense BaTiO3 ceramic with the nanocrystalli-nes of 50nm was investigated. The relationship between the dielectric constant and loss tangent with respect to temperature effect was analyzed, and a significant diffuse phase transition was observed. The dispersion parameter was calculated to be 1.60 at 1kHz. The dielectric constant–electric field (ε–E) loops at different temperatures showed that the permittivity anomalies occurred in a tempera-ture range of 110–120. The dielectric constant tunability was 20.2% at 110 ℃, and the dielectric loss tangent was < ℃0.02. Moreover, the positive piezoelectric coefficient d33 of 45pm/V was determined from the slope of the loops. Key words: nanocrystalline barium titanate ceramic; ferroelectricity; diffuse phase transition; piezoelectric coefficient 1 Introduction Barium titanate (BaTiO3) with a perovskite structure has been widely used as a ferroelectric material for mul-tilayer ceramics capacitors, embedded capacitance in printed circuit boards, thermal imaging, actuators, piezo-electric transducers and ferroelectric memories, due to its high dielectric constant and low losses.[1–2] Some studies revealed that the grain size of BaTiO3 has an effect on the dielectric properties.[3–4] It is thus important to investigate the properties of BaTiO3 with respect to the effect of the grain size in order to find the possible limit of ferroelec-tricity and elucidate the dielectric property of the ferro-electrics components as well. Recently, Zhao, et al.[5] synthesized BaTiO3 ceramic with the grain size in the range from 50 to 1200nm by a spark plasma sintering 收稿日期：2012–06–08。修订日期：2012–07–20。 基金项目：国家“863”计划(2012AA03A610)；国家“973”计划(2002- CB613301)；国家自然科学基金(50872093)资助项目。 第一作者：刘佳(1987—)，女，硕士研究生。 通信作者：邓湘云(1964—)，女，博士，教授。Received date:2012–06–08. Revised date: 2012–07–20. First author: LIU Jia (1987–), female, Master candidate. E-mail: liujia0066@https://www.wendangku.net/doc/0c4540769.html, Correspondent author: DENG Xiangyun (1964–), female, Ph.D., Professor. E-mail: xiangyundtj@https://www.wendangku.net/doc/0c4540769.html, 第41卷第4期2013年4月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 41，No. 4 April，2013