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1、燒結(jié)溫度對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織及力學(xué)性能的影響龍巖學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：燒結(jié)溫度對(duì)Ti(C,N)基金屬陶瓷顯微組織及力學(xué)性能的影響學(xué)院：化學(xué)與材料學(xué)院專業(yè)：材料科學(xué)與工程學(xué)號(hào)：2011061502作者：星光指導(dǎo)教師(職稱)：吳鵬（講師）二0一五年二月一日1引言材料作為人類社會(huì)進(jìn)步文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，在人類的歷史上有著無(wú)法替代的作用和地位。材料作為人類社會(huì)進(jìn)步文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，在人類的歷史上有著無(wú)法替代的作用和地位。值得注意的是，現(xiàn)代先進(jìn)科技的迅速發(fā)展，惡劣的工作環(huán)境(高溫、腐蝕、磨損等)使得對(duì)材料的應(yīng)用提出了越來(lái)越苛刻的要求。對(duì)材料的質(zhì)量、強(qiáng)度、韌度
2、、抗氧化性及腐蝕性等提出更高的要求。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的單一材料根本無(wú)法滿足人類目前以上性能的需求，因此人們必須尋找一種新的材料。在新型材料研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，在特種性能的充分發(fā)揮以及傳統(tǒng)材料的改性等方面，材料科學(xué)都肩負(fù)著重要的歷史使命[1]。于是，工程結(jié)構(gòu)陶瓷便應(yīng)運(yùn)而生。它是伴隨現(xiàn)代科學(xué)和工程技術(shù)的發(fā)展以及世界能源危機(jī)而興起的一個(gè)新的陶瓷材料領(lǐng)域，近年來(lái)發(fā)展十分迅猛,研究成果日新月異，已成為無(wú)機(jī)材料體系中的一大分支[2]。1.1Ti(C,N)基金屬陶瓷的發(fā)展概況Ti(C,N)基金屬陶瓷，是一種由金屬或合金同一種或幾種陶瓷相所組成的非均質(zhì)復(fù)合材料，其中陶瓷相約占l5%～8
3、5%(體積比)，同時(shí)在制備的溫度下，金屬和陶瓷相之間的溶解度相當(dāng)小[3]。Ti(C,N)基金屬陶瓷具有較高的硬度、耐磨性、良好的熱導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的抗蠕變性、極低的摩擦因數(shù)，因而受到國(guó)內(nèi)外的普遍關(guān)注[4-5]。在1950年TiC金屬陶瓷燒結(jié)工藝成功開(kāi)始，人們把大量的目光聚集到切削工具材料上來(lái)，通過(guò)加入碳化物來(lái)增強(qiáng)硬質(zhì)相。到90年代初，Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具材料占所有刀具材料市場(chǎng)份額的30%[6]。當(dāng)用其做刀具時(shí)，其使用壽命也比硬質(zhì)合金高，如圖1所示[7]。圖1切削鑄鐵GGG40時(shí)金屬陶瓷與其它刀具壽命的比較金屬陶瓷既有陶瓷的高強(qiáng)度、高硬度、抗高溫和
4、抗氧化等優(yōu)良性能，又有金屬的韌性。和之前的WC基硬質(zhì)金屬相對(duì)比，現(xiàn)今的Ti(C,N)基金屬陶瓷具有優(yōu)良的性能，已經(jīng)成功的引入了金屬削切工業(yè)，其具備的多種優(yōu)良性能使其廣泛應(yīng)用于今天的火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、發(fā)動(dòng)機(jī)噴口等地方。因此采用Ti(C,N)基硬質(zhì)合金刀具高速研磨、粗加工、半加工工件的尺寸精度和加工表面質(zhì)量都優(yōu)于用TiC基硬質(zhì)合金刀具所加工的工件。但其強(qiáng)硬度的不足限制了其優(yōu)越性的發(fā)揮。長(zhǎng)期以來(lái)，如何提高Ti(C,N)基金屬陶瓷的強(qiáng)硬度，一直是材料科學(xué)工作者的研究方向。在之前的Ti(C,N)基金屬陶瓷研發(fā)制備中，很多通過(guò)優(yōu)化配方的成分、制備工藝來(lái)提高金屬
5、陶瓷的性能，但是對(duì)于燒結(jié)工藝對(duì)于其性能的影響研究比較少，而Ti(C,N)基金屬陶瓷制備工藝最關(guān)鍵的是燒結(jié)，只有對(duì)燒結(jié)工藝參數(shù)有精準(zhǔn)的理解和把握，才有可能制備出性能良好的材料。1.2Ti(C,N)基金屬陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)Ti(C,N)基金屬陶瓷的典型顯微結(jié)構(gòu)是芯/殼結(jié)構(gòu)(圖1.2)，其特征是由TiC或Ti(C,N)陶瓷相為核心，邊緣為(Ti,Mo)C或(Ti,Mo)(C,N)固溶體組成的環(huán)形結(jié)構(gòu)SS相及Ni、Co和溶入其中的Ti、Mo、C、N等組成的粘結(jié)相r相。在陶瓷相周圍生成SS相，改善了Ni對(duì)Ti(C,N)的潤(rùn)濕性，抑制了Ti(C,N)晶粒長(zhǎng)大，有利于碳化物晶粒
6、細(xì)化。但是SS相很脆，為了得到性能優(yōu)異的Ti(C,N)基金屬陶瓷，必須控制SS相的生長(zhǎng)。圖1.2Ti(C,N)基金屬陶瓷的典型結(jié)構(gòu)1.3Ti(C,N)基金屬陶瓷的性能(l)高硬度耐磨性好。根據(jù)實(shí)際使用需要，一般硬度可達(dá)HRA85-93。具有理想的抗月牙洼磨損能力，其耐磨性可比WC硬質(zhì)合金高3-4倍。(2)高強(qiáng)度?？箯潖?qiáng)度一般可達(dá)1300-2800MPa，斷裂韌性可達(dá)10-16MPa·m1/2。(3)有較高的抗氧化能力和紅硬性。由于采用Ni或Ni+Co。作為粘結(jié)劑，其抗氧化能力比WC-Co硬質(zhì)合金有極大的提高，一般可達(dá)1100oC以上，使得其具有較好的高溫硬度、
7、高溫強(qiáng)度與高溫耐磨性。同時(shí)，Ti(C,N)基金屬陶瓷的氧化產(chǎn)物為TiO2，其具有自潤(rùn)滑作用，在高速切削時(shí)可以有效減小摩擦力。(4)良好的化學(xué)穩(wěn)定性。Ti(C,N)基金屬陶瓷刀具用作加工鋼材時(shí)，不易產(chǎn)生積屑瘤，加工表面質(zhì)量較高。具有良好的耐酸堿腐蝕性能。(5)導(dǎo)電且導(dǎo)熱率高，可以進(jìn)行線切割加工。由于導(dǎo)熱率高,溫度梯度較低，熱應(yīng)力小，適合高速高效加工。(6)密度低，原料資源豐富，成本低。以地殼中最豐富的元素Ti為原料，大量節(jié)省了地球上稀缺的戰(zhàn)略貴重金屬W、CO等[8]。1.4本文研究?jī)?nèi)容本實(shí)驗(yàn)使用WC粉、TiC粉、TiN粉、Mo粉、Ni粉、C粉和Cr3C2粉為原料
8、，采用真空燒結(jié)法制備出高性能的Ti(C
