Si的机械性能和切割性能3N4/Sc2W3O12复合陶工具材料材料
Zhiyuan Zhang1,2, Xiaolan Bai1,2, Jingjie Zhang1,2
1School of Mechanical Engineering, Shandong Key Laboratory of CNC Machine Tool Functional Components, Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences), Jinan 250353, China.
Materials (Basel, Switzerland)
|August 14, 2025
概括
开发了一种新的Si3N4/Sc2W3O12复合陶,以提高耐热冲击性和减少切削工具的脆性. 优化的SNS3组合表现出优越的机械性能和增强的切割性能,显示出高级陶应用的巨大潜力.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 陶工程 陶工程
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 传统的陶工具具有较差的热冲击耐力和高脆性,限制了它们的性能.
- 开发具有增强机械性能和热稳定的先进陶材料对于苛刻的应用至关重要.
研究的目的:
- 开发一种新的Si3N4/Sc2W3O12 (SNS) 复合陶材料,具有更好的耐热冲击性和更低的脆性.
- 研究Sc2W3O12含量对SNS复合材料的微观结构,热膨胀,残余应力和机械性能的影响.
- 评估开发的陶材料在切割应用中的性能.
主要方法:
- 在现场合成Si3N4/Sc2W3O12复合物,使用WO3和Sc2O3前体.
- 复合材料通过火花等离子体烧结来巩固.
- 系统地研究热膨胀,残余应力,微观结构和不同Sc2W3O12含量的机械性能.
- 通过对优化的SNS3组合进行切割试验来评估性能.
主要成果:
- 这种SNS3复合物 (12重量%Sc2W3O12) 的相对密度为98.8±0.2%.
- SNS3 具有出色的机械性能:屈曲强度为 712.4 ± 30 MPa,断裂性为 7.5 ± 0.3 MPa·m1/2,维克尔硬度为 16.3 ± 0.3 GPa.
- 该材料的平均热膨胀系数为2.81 × 10^-6·K^-1,这归因于Sc2W3O12的负热膨胀和"硬核-软"接口结构.
- 切割试验表明,SNS3工具的工件表面粗度减少了32.91%,切割距离为9500米.
结论:
- 新的Si3N4/Sc2W3O12复合陶有效地解决了传统陶工具的局限性.
- 引入负热膨胀的Sc2W3O12显著提高了耐热冲击和机械性能.
- 开发的SNS3材料显示出作为高性能,热稳定的陶切割工具的巨大潜力,在苛刻的加工操作中具有卓越的性能.
