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根据氮化硅陶瓷刀具材料具有高硬度、高耐磨性,但脆性大、抗弯强度较低等特点,采用石墨烯作为增强相,以提高氮化硅基复合陶瓷刀具材料的综合力学性能为目的,利用真空热压烧结工艺制备了石墨烯/氮化硅基复合陶瓷刀具材料,测试了其力学性能,并对其微观结构和摩擦磨损特性进行了研究。采用不同的分散剂对石墨烯进行了分散实验研究,并对分散效果最佳的分散剂进行了优化实验,采用紫外可见分光光度计对不同分散剂浓度的石墨烯分散液进行了吸光度测试。实验结果表明:聚乙烯吡咯烷酮对石墨烯具有良好的分散效果,当其添加量等于石墨烯的添加量时,吸光度最大,即分散效果最好。采用热压烧结工艺制备了石墨烯/Si3N4和石墨烯/Si3N4/TiC复合陶瓷刀具材料,测试了其力学性能,并进行了微观结构分析。实验结果表明:烧结后α-Si3N4全部转变为β-Si3N4;石墨烯的添加显著提高了氮化硅基复合陶瓷刀具材料的力学性能,当其添加量为1wt%时,石墨烯/Si3N4复合陶瓷刀具的硬度为13.9GPa,断裂韧性为8.7MPa?m1/2,抗弯强度为892MPa。当石墨烯的添加量为0.75wt%时,石墨烯/Si3N4/TiC复合陶瓷刀具材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为15.83GPa、9.39MPa?m1/2和928MPa。微观结构分析发现陶瓷刀具材料中的石墨烯互相平行,并垂直于热压方向,刀具材料的力学性能具有各向异性。当石墨烯含量为1wt%时,在垂直于热压方向上,石墨烯/Si3N4复合陶瓷刀具的硬度、断裂韧性和抗弯强度比平行方向上分别高出12.1%、14.5%和20.2%。当石墨烯的含量为0.75wt%时,在垂直于热压方向上,石墨烯/Si3N4/TiC复合陶瓷刀具的硬度、断裂韧性和抗弯强度比平行方向上的性能数值分别高出2.9%、7.3%和4.6%。微观结构分析发现,石墨烯位于基体晶粒的边界,细化了晶粒,陶瓷刀具材料的增韧机理为裂纹的偏转、桥连、分支及石墨烯的拔出。采用石墨烯含量为1wt%的石墨烯/Si3N4复合陶瓷刀具材料进行了摩擦磨损实验研究,在垂直于热压方向的表面,其摩擦系数为0.67,磨损率为2.13×10-6mm3/N?m,在平行于热压方向的表面摩擦系数为0.73,磨损率为2.56×10-6mm3/N?m。基于石墨烯的取向性对Si3N4基复合陶瓷刀具材料摩擦磨损特性的影响,研究了石墨烯的取向角度对氮化硅基复合刀具材料的摩擦系数和磨损率的影响。研究发现,当取向角度为30°时,摩擦系数和磨损率最低,其摩擦系数为0.46,磨损率为4.29×10-6mm3/N?m,石墨烯的减磨效果最好。随着载荷的增加,摩擦系数和磨损率呈先降低后增加趋势。当载荷为40N时,摩擦系数和磨损率分别为0.41和1.75×10-6mm3/N?m;随着转速的增加,摩擦系数和磨损率逐渐降低,当转速为400r/min时,摩擦系数和磨损率达到最低值。