晶须增韧陶瓷刀具材料的增韧机制主要包括晶须的拔出效应、裂纹桥联、裂纹偏转以及微裂纹增韧等。
由于这几种增韧机制均不随温度升高而变化,由此晶须增韧陶瓷刀具材料具有良好的高温增韧效果。此外,与未经晶须增韧的陶瓷刀具材料相比较,其断裂韧性提高13倍。该类陶瓷刀具材料在国内外的应用日益广泛,主要有Al2O3PSiCW和Si3N4PSiCw等。
相变增韧陶瓷刀具材料主要是利用ZrO2的马氏体相变(t-ZrO2ym-ZrO2),其增韧机理主要是应力诱导相变增韧和微裂纹增韧。
应力诱导相变增韧的主要优点是增韧幅度大,可使断裂韧性提高25倍,但高温增韧效果较差,约在800e以上就完全失效。微裂纹增韧是一种高温增韧机制,但在增韧的同时往往伴随着强度的降低。因此,微裂纹增韧的尺寸控制非常关键。此外,该类陶瓷刀具材料硬度低,制造工艺复杂,成本较高,所以,虽然目前这种陶瓷刀具材料在国内外已经得到开发,但受高速切削条件的限制,其实际应用相对较少。
协同增韧,目前,对此机理的研究正处于深入阶段,主要是围绕颗粒增韧与相变增韧、颗粒增韧与晶须增韧以及相变增韧与晶须增韧的协同作用进行。
这些陶瓷刀具材料的断裂韧性较之单一增韧机制的陶瓷刀具材料要提高许多,并且具有较好的综合性能,因而是陶瓷刀具材料的重点发展方向之一。目前该类陶瓷刀具材料的品种较少,国内只有两种颗粒和晶须协同增韧陶瓷刀具材料(Al2O3PSiCwPSiCp和Al2O3PTiB2PSiCw)。当前对于颗粒弥散强化陶瓷刀具材料中不同作用区增韧机制如微裂纹、裂纹偏转、裂纹分支、裂纹钉扎以及残余应力增韧等之间相互作用的研究,在理论和实验方面均有欠缺。
除上述之外,某些特殊工艺技术如原位生长和表面强化等的作用,也能使陶瓷刀具材料的断裂韧性得到不同程度的提高。
来源:中国刀具网