有哪些方法可以提高陶瓷刀具的韌性？

來源：發(fā)布時(shí)間：2024-09-13

以下是一些提高陶瓷刀具韌性的方法：

**原材料改進(jìn)方面**

- **選擇合適的陶瓷材料**

- **氮化硅陶瓷（Si?N?）**：氮化硅陶瓷本身具有相對(duì)較高的韌性。通過優(yōu)化氮化硅陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，如控制α - Si?N?相向β - Si?N?相的轉(zhuǎn)化，可以進(jìn)一步提高韌性。β - Si?N?相呈長柱狀，這種結(jié)構(gòu)有利于裂紋的偏轉(zhuǎn)和能量的吸收，從而提高陶瓷刀具的韌性。

- **復(fù)相陶瓷材料**：將不同的陶瓷材料復(fù)合在一起，例如將氧化鋁（Al?O?）和氮化硅（Si?N?）復(fù)合，或者將陶瓷材料與金屬相復(fù)合。在氧化鋁 - 氮化硅復(fù)相陶瓷中，兩種材料的協(xié)同作用可以在一定程度上平衡硬度和韌性的關(guān)系，提高刀具的韌性。

- **添加增韌劑**

- **晶須增韌**：添加碳化硅（SiC）晶須是一種常見的增韌方法。SiC晶須的強(qiáng)度高、彈性模量高，在陶瓷基體中可以起到橋聯(lián)裂紋、拔出等增韌機(jī)制。一般添加量在10 - 30wt%左右，能顯著提高陶瓷刀具的韌性。

- **顆粒增韌**：如添加氧化鋯（ZrO?）顆粒。ZrO?在特定溫度下會(huì)發(fā)生馬氏體相變，伴隨體積膨脹，從而在陶瓷基體中產(chǎn)生壓應(yīng)力，抑制裂紋的擴(kuò)展。通常ZrO?的添加量在5 - 20wt%范圍內(nèi)。

**制備工藝優(yōu)化方面**

- **改進(jìn)燒結(jié)工藝**

- **熱等靜壓燒結(jié)（HIP）**：熱等靜壓燒結(jié)可以使陶瓷材料在高溫和高壓同時(shí)作用下進(jìn)行燒結(jié)，能夠有效消除孔隙，提高材料的致密度。在HIP過程中，壓力通常在100 - 200MPa，溫度在1500 - 1900°C左右，這樣可以使陶瓷刀具的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，從而提高韌性。

- **微波燒結(jié)**：微波燒結(jié)可以使陶瓷材料在短時(shí)間內(nèi)均勻受熱，燒結(jié)速度快，能減少晶粒的異常長大。這種工藝有利于提高陶瓷刀具的韌性，同時(shí)也能在一定程度上保持硬度。微波燒結(jié)的功率和時(shí)間需要根據(jù)陶瓷材料的種類和刀具的尺寸進(jìn)行調(diào)整，一般功率在1 - 10kW，燒結(jié)時(shí)間在10 - 60分鐘左右。

- **優(yōu)化成型工藝**

- **注射成型**：提高注射成型過程中原料的混合均勻性、精確控制注射溫度、注射壓力以及保壓時(shí)間等參數(shù)。例如，將注射溫度控制在180 - 220°C，注射壓力在80 - 120MPa范圍內(nèi)，并根據(jù)坯體的大小和形狀合理調(diào)整保壓時(shí)間，能夠使陶瓷刀具坯體的密度更加均勻，從而提高燒結(jié)后刀具的韌性。

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