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随着工业生产的高速发展,人们对高性能加工刀具材料和技术的需求日益增加,目前高速、高精度加工已经成为切削技术的发展趋势。但是过高的切削力和过多的切削热阻碍了切削速度的提升,降低了切削性能。高速切削要求刀具材料在高温时能够依然保持良好的力学性能、化学稳定性以及抗粘接性能。陶瓷材料在高温时具有稳定的力学性能,能够满足高速切削的要求。其中,ZTA陶瓷具有高硬度、高耐磨等特点,能够在切削产生的高温下保持良好的化学稳定性,可以作为陶瓷刀具来使用。本文以高纯氧化锆粉和高纯氧化铝粉为研究对象,通过增材制造中DLP成型技术制备氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)坯体,通过无压烧结获得ZTA陶瓷刀具。研究了ZrO2含量、烧结温度、烧结助剂以及烧结助剂的添加量对Al2O3的粒径、致密度、力学性能以及微观结构的影响,并对比DLP成型的ZTA陶瓷刀具的切削性能和对损伤机理进行了表征。研究结果表明:(1)对比在70 wt%和78 wt%两种固相含量下DLP成型的陶瓷样品的致密度,发现固相含量的提高,有利于减少单层成型的缺陷,同时可以提高样品烧结后的相对密度;但是过高的固相含量也会导致单层成膜缺陷,出现较多孔洞。选用78 wt%的陶瓷浆料作为实验前提,在同一烧结温度下随着ZrO2含量(14 wt%-20 wt%)的增加,ZTA陶瓷试样的硬度有所下降,断裂韧性基本保持不变;在同一配比下陶瓷试样的烧结温度在1550℃以上,样品的致密度达到98%,硬度和断裂韧性都会得到大幅改善分别为18.53±0.14 GPa和5.63±0.39 MPa·m1/2。择优选择最佳烧结温度是1600℃,Al2O3和ZrO2的最佳配比是84:16。(2)基于上述的结论,研究了在1600℃烧结温度下CaO、Cr2O3和MgO三种烧结助剂和烧结助剂的不同含量对添加16 wt%的ZrO2的ZTA陶瓷致密度、粒径大小和分布、力学性能以及微观结构的影响。三种烧结助剂都促使Al2O3晶粒平均尺寸增大,其中CaO的添加造成Al2O3晶粒异常生长成长柱状,Cr2O3和MgO能够促使Al2O3晶粒均匀生长,但晶粒平均尺寸大于纯ZTA,造成致密度下降。当添加0.5 wt%的Cr2O3时,较大提高ZTA陶瓷力学性能,其硬度和断裂韧性最高达到17.74±0.18 GPa和6.15±0.47 MPa·m1/2。(3)对配比为84:16无压烧结1600℃下的ZTA陶瓷进行后续的热等静压烧结,ZTA陶瓷硬度、断裂韧性和抗弯强度得到大幅提高;对灰口铸铁进行切削实验,对比SZ200、DLP-ZTA、YG8三种刀具的切削性能,确定通过光固化成型的ZTA陶瓷刀具高速精加工时具有切削优势;对比经过热等静压烧结后达到接近致密的ZTA陶瓷刀具和无压烧结的ZTA陶瓷刀具的致密度、力学性能、切削性能,并对DLP成型的陶瓷刀具进行可靠性分析,并简单探究了切削参数对DLP-ZTA陶瓷刀具切削性能的影响以及陶瓷刀具的使用寿命。经过10 min连续干切削,最终确定当切削参数S=300 m/min,f=0.1 mm/rev,ap=0.1 mm时,无压+热等静压烧结后的DLP-ZTA陶瓷刀具切削性能表现最佳。