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非化学计量比TiN0.3作为PcBN刀具材料优良的结合剂,可在较低的温度下烧结致密化,并且具有高硬度、耐高温、耐磨损、良好的化学稳定性等特点,但是由于其晶体内部含有高浓度的N空位,导致性质结构不稳定,同时纳米级的粉体容易吸附空气而发生氧化。 本文首先对TiN0.3纳米粉体的氧化进行研究,结果表明,TiN0.3在空气中发生氧化的起始温度为315.6 ℃,起始氧化产物为TiNxOy,360℃时氧化产物转变成A-TiO2, 460 ℃时转变成结构最稳定的 R-TiO2。其次无氧化的 TiN0.3高温高压烧结时烧结体发生氧化,由于粉体中吸附的氧与TiN0.3反应,氧化产物为Ti2O3。 为了探究氧元素对TiN0.3烧结体影响,对TiN0.3纳米粉体引入不同含量的氧元素,探究高温高压烧结体性能变化,在压力5GPa,温度1000℃,保温10 min的工艺条件下,无氧化的TiN0.3烧结体硬度为19.9 GPa,韧性为3.56MPa·m0.5。粉体引入氧元素后,烧结体中氧化相为R-TiO2,随着氧化相含量(17 wt.%-59 wt.%)的增多,烧结体内颗粒间结合变差,颗粒成型差,硬度和韧性急剧降低。粉体中存在微量氧元素时(5wt.% 左右),由于氧原子向TiN0.3晶格扩散,粉体颗粒产生晶格缺陷,提升了TiN0.3粉体活性,使烧结温度降低,相比无氧化TiN0.3烧结体,最佳力学性能有所提升。 不同氧化程度的70 vol.%TiN0.3-30 vol.%Mo2C、70 vol.%TiN0.3-30 vol.%ZrC的复合烧结发现,70 vol.%TiN0.3-30 vol.%Mo2C烧结体中氧化相的存在,阻挡并抑制TiN0.3、Mo2C两相固溶,大颗粒MoC相增多,与无氧化烧结体相比,结构疏松,力学性能变差。在70 vol.%TiN0.3-30 vol.%ZrC复合烧结中,Zr原子与粉体中氧元素反应生成两种晶型ZrO2(单斜结构D-ZrO2及正交结构Z-ZrO2),随着氧化程度的加深,生成的固溶相含量降低,烧结体结构疏松,同时细小颗粒ZrO 2增多,导致烧结体的力学性能下降。