321 / 2021-06-09 19:09:58

刚性3D网格结构B4C-HfB2复合陶瓷的磨损机理研究

作为自然界硬度最高的材料之一，碳化硼（B₄C）陶瓷在应力作用下会发生非晶化、脱碳并造成显著的力学性能下降，这严重制约了其在金属切削领域的应用。本工作基于B₄C损伤机理及相图设计理论，提出了一种针对B₄C陶瓷材料强化的新思路：综合使用熔盐法和SPS烧结，实现B₄C陶瓷中HfB₂刚性3D网格结构的构建，以提升复合陶瓷的力学及耐磨性能。研究结果表明，加入HfB₂网格能够有效地抑制B₄C晶粒的受力变形从而减小材料的非晶化和脱碳。然而，过量的HfB₂添加会使复合陶瓷与金属摩擦副对偶件的硬度失配，故在磨损初期易于发生严重的粘着磨损。综上所述，本研究不仅确定了B₄C和HfB₂的最优配比，探索了B₄C-HfB₂复合陶瓷作为刀具材料的可行性；同时提出了新的材料强化思路，即通过对基体材料损伤机理的探究，添加硬质陶瓷相而非传统金属粘接相设计、制备新型耐磨复合材料。