Навігація
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

Ріжуча кераміка

Слово "кераміка" походить від назви району Афін - Cerami, де гончарі виробляли свою продукцію (keramos означає обпалений матеріал). Традиційна кераміка - це фарфор, фаянс, черепиця, цегла.

В даний час кераміка широко використовується як конструкційний матеріал з особливими хімічними і теплофізичними властивостями, найбільш широко кераміку застосовують в машинобудуванні в якості інструментального матеріалу.

По складу ріжучу кераміку поділяють на оксидну - А12O3 (99%) з добавками оксидів магнію і цирконію (біла); оксидно-карбідну - А12O3 (60 ... 80%) з оксидами і карбидами тугоплавких металів (чорна); оксіднонітрідную - А12O3 і TiN (Кортіна); на основі нітриду кремнію Si3N4 (Василина-Р).

На відміну від твердих сплавів кераміка не містить металу-зв'язки, в її склад входять тільки тверді компоненти - оксиди, карбіди, нітриди. Тому кераміка має дуже високі значення теплостійкості (1200 ... 1400 ° С) і твердості (до 96 HRA), що дозволяє виконувати різання зі швидкостями 400 ... 600 м / хв. При цьому температура в зоні різання досягає дуже високих значень і виникає небезпека дифузійного зносу (дифузія інструментального матеріалу в оброблюваний). Однак внаслідок високої хімічної стійкості кераміки, обумовленої сильними міжатомними зв'язками, цього не спостерігається. Разом з тим відсутність пластичної фази в структурі визначає високу крихкість і низьку міцність ріжучої кераміки.

оксидна кераміка

Механічні властивості кераміки, що складається тільки з оксиду алюмінію А12O3, низькі. Межа міцності (σізг) становить 200 ... 350 МПа, а коефіцієнт тріщиностійкості ) - 3,8 МПа • м1 / 2.

Підвищення механічних властивостей кераміки досягається за рахунок поліпшення її структури, створення напружень стиску, зміцнення армирующими волокнами.

Міцність кераміки підвищується при зменшенні пористості (σізг = σо еnП, де σο - міцність безпористу кераміки; П - пористість,%; п - чисельний коефіцієнт від 4 до 7) і величини зерна (табл. 9.7). Менша пористість досягається при технології гарячого "ДП", а не холодного "ХП + С" пресування.

Таблиця 9.7

Міцність кераміки в залежності від складу і технології виготовлення

склад

технологія

σізм, МПа

А1А

ХП + С

200 ... 350

А1А

ДП

500 ... 700

А1А + MgO

ХП + С

300 ... 500

А12O3 + TiC / WC

ХП + С

300 ... 500

А12O3 + TiC

ДП

500 ... 750

А12O3 + TiC

гіп

600 ... 850

А12O3 + ZiO2 + TiC

ХП + з

700 ... 900

A12O3 + SiC

ДП

550 ... 750

Величина зерна залежить від температури спікання. Зниження цієї температури досягається за рахунок добавок MgO, що дозволяє отримати більш дрібне зерно.

Істотне підвищення міцності і тріщиностійкості відбувається при введенні до складу кераміки діоксиду цирконію ZrO2 (5 ... 15% мас.). При охолодженні від температури спікання діоксид цирконію зазнає поліморфний перетворення: високотемпературна модифікація - тетрагональна решітка (паралелепіпед, де з> а = b) перетворюється в низькотемпературну моноклинную (паралелепіпед, де а ≠ b ≠ с; кути в основі паралелепіпеда а = γ = 90 ° ; β ≠ 90 °, см. 1.3.1), що володіє великим обсягом (приблизно на 4%). У зонах, що оточують частинки ZrO2, виникають напруження стиску. При поширенні тріщина змушена огинати такі зони, що збільшує її шлях і вимагає додаткової енергії. Більш того, можливо навіть блокування, тобто зупинка тріщини в результаті контакту з цими зонами. Природно, що це призводить до підвищення коефіцієнта тріщиностійкості і межі міцності (до 700 МПа).

Армування кераміки здійснюється введенням монокристалічних волокон (вусів) карбіду кремнію SiC, що стримують поширення тріщини. При утриманні 30% SiC досягається підвищення міцності на 25 ... 30% і, крім того, підвищується теплопровідність кераміки.

Оксидно-карбидная і оксидно-нітрідная кераміка

До їх складу, крім оксиду алюмінію, входять карбіди або нітрид тугоплавких компонентів. Ефект від запровадження додаткових мит пов'язаний з уповільненням зростання зерна при спіканні (величина зерна знижується приблизно в 2 рази), що призводить до підвищення міцності. Механічні властивості оксидно-карбідної і оксидно-нитридной керамік можуть бути додатково підвищені за рахунок подрібнення зерна і легування діоксидом цирконію (так само, як і білої).

нітрідная кераміка

Основа такої кераміки - нітрид кремнію Si3N4. Отримання щільного матеріалу з чистого нітриду кремнію технічно дуже складно через його низьку пластичність. Необхідна щільність досягається лише в присутності активуючих добавок (MgO, Y2O3 - оксид ітрію, ZrO2), що дозволяє домогтися практично повного ущільнення. При використанні в якості добавки спільно оксиду і нітриду алюмінію (Al2O3 + AlN) утворюється твердий розчин алюмінію і кисню в нітриді кремнію - сіалон (SiAlON). У порівнянні з нітридом кремнію сіалон має більшу теплостійкість.

Введення частинок нітриду титану, тобто другої фази, в сіалоновую матрицю призводить до підвищення і твердості, і міцності.

Склад і властивості керамік різних груп наведені в табл. 9.8.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук