【正文】 逐漸減小。 最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！祝福你們?cè)诮窈蟮纳钪惺率马樌?，天天開心。 進(jìn)而 在條件允許的條件下，開發(fā)相應(yīng)的軟件，為研究陶瓷的機(jī)加工提供參考。材料的可加工性等級(jí)相對(duì)于被評(píng)價(jià)的一組材料只具有相對(duì)性，而不是一個(gè)絕對(duì)的概念。 （ 5） 建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 為了能夠準(zhǔn)確區(qū)分各種陶瓷的機(jī)加工性能優(yōu)劣，可以采用 CT去乘 B，即綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) BEH T本著科學(xué)和模糊的原則，本文將陶瓷材料加工聚為 5類，以提高評(píng)判的準(zhǔn)確性和可行性?？走吘売斜懒熏F(xiàn)象。由于本實(shí)驗(yàn)采用真空燒結(jié)，所以所制樣品的密度較高。 注：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象注意觀察鉆孔孔徑大小是否均勻，加工表面是否光滑，鉆孔粉末是否均勻細(xì)膩。 壓制 50mm 50mm的方塊，每份料壓制 4 塊，重量為 30g/塊 （ 加粉 30g）。 表 21 N330 納米炭黑的各項(xiàng)性能指標(biāo)表 [16] 產(chǎn)品指標(biāo) 參數(shù) 吸碘值 (g/kg) 82177。因此， Cp/SiC 新材料由于其優(yōu)良的耐高溫性和易加工性 ,在玻璃夾具行業(yè)具有極大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?。從?yīng)力場(chǎng)作用區(qū)域和應(yīng)力狀態(tài)來看，強(qiáng)度應(yīng)力場(chǎng)作用區(qū)域?yàn)檎麄€(gè)構(gòu)件尺寸，一般為毫米級(jí)，處于正應(yīng)力狀態(tài)；而加工時(shí)刀具作用的應(yīng)力場(chǎng)僅局限在刀具尖端附近的微小區(qū)域內(nèi)，一般為微米級(jí)，處于剪切應(yīng)力狀態(tài)。陶瓷材料在機(jī)加工過程的損傷檢測(cè)和表征 領(lǐng)域發(fā)展了 許多無損檢測(cè)方法?？杉庸ぶ笖?shù) (M)公式見公式 （ 12） 。激光加工 是 一種 沒有 接觸、 沒有 摩擦 的 加工 工藝 ，加工 時(shí)， 不需要模具， 只要 聚焦激光束在陶 瓷表面 上 的位置， 就可達(dá)到 對(duì)三維形狀復(fù)雜材料 進(jìn)行 加工 的目的 。 首先 把 加工原件和型模分別做為電路的陽、陰極，用液態(tài) 的 絕緣電介質(zhì) 把 兩級(jí) 隔離 ， 利用 懸浮 在 電介質(zhì)中的高能 量 等離子體產(chǎn)生的 刻蝕作用， 另 表層材料熔 解 、熱剝離或蒸發(fā) ，從 而 完成 材料加工。夾具材料要有一定的抗玻 璃腐蝕和在工作溫度下的抗氧化能力，否則模具在使用時(shí)將會(huì)出現(xiàn)脫皮和起鱗現(xiàn)象，嚴(yán)重影響玻璃夾具的質(zhì)量和夾具本身的壽命； （ 3）應(yīng)具有良好的耐熱性和熱穩(wěn)定性。 由 為 SiC 陶瓷材料的 眾 多性能，己被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。結(jié)果表明：①燒結(jié)后的 C/SiC 復(fù)相陶瓷中的 SiC 發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)變，并且 αSiC 比 βSiC 的結(jié)晶度更好。同時(shí)，隨著玻璃制瓶和器皿業(yè)的高速發(fā)展，玻璃瓶罐的生產(chǎn) 開始以 高速和輕量化 為 方向發(fā)展， 導(dǎo)致用于 玻璃模具 的 材 料 日益受到重視，尤其 是一些合資 或 三資企業(yè)的生產(chǎn)玻璃 瓶罐 的 廠家， 由于 引進(jìn) 了 國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)線 用于 制瓶， 因而 對(duì)玻璃模具的質(zhì)量 有了 更高的要求，對(duì)玻璃模具材 料 的要求也 逐漸嚴(yán)格 。機(jī)加工主要 包括 對(duì)陶瓷材料進(jìn)行 的 車削、切削、磨削、鉆孔等 加工技術(shù) 。 （ 4）超聲波加工 利用工具（模具） 引起 超聲波， 進(jìn)而使 陶瓷元件和工具間的磨料懸浮液 震動(dòng) ， 對(duì)元件 進(jìn)行 沖擊和拋磨 的加工技術(shù)叫 超聲波（ 即 振動(dòng) 的 頻率 大于 16000 次 /s 的振動(dòng)波）加工。 準(zhǔn)確 定量表 達(dá) 材料 機(jī) 加工的 困難 度很難。 當(dāng) 材料的 Kr1 時(shí) ， 材料的 切削加工性比 45鋼好； 當(dāng) 材料的 Kr1,材料的 切削加工性比 45鋼 低 。實(shí)驗(yàn)表明：純柱狀 β Si3N4結(jié)晶體的可加工性能最佳 [19]。所以本實(shí)驗(yàn)采用納米炭黑為增強(qiáng)體，達(dá)到改善 SiC 陶瓷機(jī)加工性能的目的 [14]。同時(shí)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論，以材料的物理、力學(xué)性能為依據(jù)，提出了一種對(duì)可加工陶瓷材料可加工性進(jìn)行綜合評(píng)判的方法。 實(shí)驗(yàn)所用儀器及用途 實(shí)驗(yàn)中用到的儀器見 表 23。 (2) 用劃片切割機(jī)將塊切為標(biāo)準(zhǔn)試樣，即 3mm 4mm 條狀，用以作抗彎強(qiáng)度。 (a)純 SiCSEM 照片 （ b）含碳 10%的 C/SiC SEM 照片 （ c）含碳 15%的 C/SiC SEM 照片 （ d）含碳 10%的 C/SiC SEM 照片 圖 32 含碳量對(duì) C/SiC 復(fù)相陶瓷微觀形貌的影響 從圖 32（ a） 可以看出純 SiC 的顆粒尺寸大約為 2um，顆粒大小分布較為均為。 碳含量對(duì)陶瓷顯微硬度和斷裂韌性的影響 通過打磨含碳量為 15%和 20%的陶瓷樣品發(fā)現(xiàn)，由于碳含量偏高，表面無法將其打成鏡面，導(dǎo)致陶 瓷顯微硬度和斷裂韌性無法測(cè)量。模糊綜合評(píng)價(jià)是對(duì)受多種因素影響的事物做出全面評(píng)價(jià) 的一種十分有效的多因素決策方法，其特點(diǎn)是評(píng)價(jià)結(jié)果不是絕對(duì)的肯定和否定，而是以一個(gè)模糊集合來表示。一般權(quán)重集中各數(shù)值具有歸一性和非負(fù)性，且1wn1i i ??? 。即 },{ EKHvU IC? 。如果能完善模型，設(shè)計(jì)出相應(yīng)軟件，將對(duì)材料研究產(chǎn)生一定的 推動(dòng)作用。如果僅憑自己獨(dú)立完成，似乎只是天方夜譚。首先我要感謝我的家人，如果沒有他們含辛茹苦的把我送入大學(xué)，我就不可能有繼續(xù)學(xué)習(xí)和深造的機(jī)會(huì)。首先采用層次分析法確定各指標(biāo)對(duì)加工性的影響程度。即 },{ EKHvU IC? 。 （ 4） 模糊綜合評(píng)判 模糊綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果為模糊集 B，稱為模糊綜合評(píng)判集。模型建立過程如下： 模糊評(píng)價(jià)模型的建立 （ 1） 建立因素集 陶瓷的加工性與多個(gè)因素有關(guān)，需要考慮多個(gè)因素，這些因素涉及陶瓷的物理、力學(xué)性能參數(shù)。 （ a） 純 SiC （ b） 10% （ c） 15% （ d） 20% 圖 36 碳含量對(duì)陶瓷機(jī)械加工性的影響 實(shí)驗(yàn)中用普通合金鋼鉆頭對(duì)含碳量分別為 0、 10%、 15%、 20%的 C/SiC 復(fù)相陶瓷進(jìn)行鉆孔實(shí)驗(yàn)，時(shí)間均為 20s。 （ c） 圖中顆粒分布不均勻，相比之下，圖 （ b）和圖 （ d） 顆 粒分布較均勻，而且碳與 SiC 的結(jié)合情況較好。 某某某某 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 在切割的過程中應(yīng)注意： ； ，下刀應(yīng)盡量慢； ，以免損壞儀器及試樣； ，導(dǎo)致電機(jī)過熱，為保護(hù)電機(jī)，應(yīng)適當(dāng)使其停止工作。斷裂韌性 攪拌磨 混合粉料 干燥箱 101A1 中國(guó)實(shí)驗(yàn)儀器總廠 烘干粉料 干壓機(jī) 50 前川測(cè)量?jī)x器制造有限公司 干壓成型坯體 冷等靜壓機(jī) LDJ100/320300 川西機(jī)械廠 對(duì)坯體冷等靜壓 真空燒結(jié)爐 SYL600 株洲諾伯特高溫設(shè)備有限公司 常壓燒結(jié) SiC 電子分析天平 AR2140 Ohaus Gorp. Pine Brook, USA 測(cè)量陶瓷的密度 臥軸矩臺(tái)平面磨床 HZY150 杭州機(jī)床廠 對(duì)陶瓷進(jìn)行磨光 實(shí)驗(yàn)過程 混料 按表 24 配方稱量，將稱好的 SiC、 C、 B4C 裝入樹脂罐中，加入 600g 磨介，球某某某某 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 料比 2:1，將添加劑（油酸、 Darvanc、乙醇、水）在燒杯中混合均勻，再加入樹脂罐中，用玻璃棒攪拌使其混合均勻，把配好的粉料裝在三維混料機(jī)上球磨 6h。同時(shí)，模型理論推導(dǎo) 與實(shí)際加工檢測(cè)相結(jié)合，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性。石墨雖然可以耐高溫，但材質(zhì)疏松，高溫下易氧化，很容易損壞，材料消耗高。硬度、強(qiáng)度值 越 低 ，切削力越 小 ，切削溫度越 低 ， 相應(yīng)的 刀具磨損 越小 ， 因此它的機(jī) 加工性 好 。 當(dāng) 陶瓷材料 進(jìn)行 機(jī)加工 的 時(shí) 侯，其 顯著特 征 是所需 要 砂輪 和 刀具進(jìn)給力大， 導(dǎo)致 試件表 層 粗 光滑 度差、表 層 溫度高， 而且 刀具 和 砂輪壽命低 ,容易出現(xiàn) 表面裂 痕 ,切削、磨削比低 ,進(jìn)而對(duì) 材料表面 的磨損 和使用 時(shí)間造成影響 。 眾多 參數(shù)主要 決定 于材料的力學(xué)性能 以及 顯微結(jié)構(gòu) ,主要 與 斷裂強(qiáng)度、硬度、韌性等 有關(guān) ,也 于 材料加工技術(shù)的 先進(jìn)程度有 關(guān) 。 通常 磨料 有 B4C、 碳化硅 和 Al2O3等。 （ 2）放電加工 1947 年 Lazarenko 等 對(duì)將 放電加工 用于 硬質(zhì)金屬材料 提出 了解決 的思路。石墨雖然 具有 耐高溫 特性 ，但也 存在 諸 多的缺點(diǎn)：（ 1）材 料密度小 ， 易受破壞 ， 損耗大 ；（ 2）滿足 不了 急冷，急熱工作條件 要求；（ 3） 容 易 被 氧化， 且 氧化后， 由于 各個(gè)孔的定位 和其 本身幾何尺寸精度 滿足不了使用要求 ， 因而無法 繼續(xù)使用；（ 4）使用壽命短 ， 石墨夾具 最大 使用 壽命為 100 個(gè)周期； 普通 陶瓷夾具 的一些 材料 具有 揮發(fā)性 ，能附著 在金屬件 表面 上，影響夾具的 重復(fù)使用， 造成 維修困難等。③隨著碳含量的增加， C/SiC 燒結(jié)體的密度、體收縮率和抗彎強(qiáng)度都逐漸較小。 SiC 由于其 結(jié)構(gòu) 而 具有 許多 優(yōu)良性能 ，例如 抗氧化性強(qiáng)、高溫強(qiáng)度大、耐磨損、熱穩(wěn)定性 優(yōu) 、熱導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)小、硬度高以及 高 抗熱震和耐化學(xué)腐蝕。 作為玻璃夾具材料的條件要求 （ 1）材質(zhì)致密，易于加工，能獲得優(yōu)良的表面粗糙度。m小。超聲波加工適 用 于形狀復(fù)雜、 導(dǎo)電性差的 硬脆材料 的 加工。 ICVKHB ?? 斷裂韌性 硬度）脆性指數(shù)（ (11) 因此 ，可以 采用 用可加工指數(shù) (M)，即脆性指數(shù) (B)的倒數(shù)，來評(píng) 價(jià) 陶瓷材料的 機(jī)加工性。 總而言之 ，不論 是 用組分設(shè)計(jì) 還是 性能優(yōu)化 ，亦或用 磨削力指數(shù) (P)或 者 可加工指數(shù) (M)來 描述 材料的 機(jī) 加工性，斷裂韌性 (KIC)、硬度 (H)、彈性模量 (E)都 是 極其重要的影響因素 [8]。 此 外，利用弱晶界相制備的可加工納米復(fù)合材料，晶界相的分布對(duì)材料的加工質(zhì)量和加工效率至關(guān)重要 [19]。 Cp/SiC 材料，即耐高溫，又有一定某某某某 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 的強(qiáng)度，可以多次反復(fù)使用。 （ 2）納米碳黑粘度較大，分散性較差，導(dǎo)電性較好，是一種補(bǔ)強(qiáng)性能良好的碳黑，在作為膠料的補(bǔ)強(qiáng)劑時(shí)，能賦予膠料較好的抗撕裂性、耐磨性和彈性。具體步驟為：將稱量好的粉料倒入金屬壓模中，震動(dòng)壓平后，把金屬模放在干壓機(jī)壓頭下，然后以 16 噸的壓力通過壓機(jī)壓頭進(jìn)行單向加壓，保壓 30 秒后進(jìn)行脫模。然后通過圖像處理維氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的微觀硬度。由圖 33 可見，隨著碳含量的增加， C/SiC 復(fù)相陶瓷的密度逐漸降低。 （ b） 圖對(duì)應(yīng)樣品孔徑較均勻，但鉆孔阻力大，孔淺、粉末不均勻，孔邊緣有崩裂現(xiàn)象，很難加工。因?yàn)橹皇浅醪窖芯?，暫時(shí)先取 3 個(gè) 因素，并設(shè)定 u1為材料硬度 Hv； u2為材料斷裂韌性 KIC、 u3為材料彈性模量 E。 n21 ， ??? RWB ,式中），（ m2,1jrwb ijn 1i ij ??? ?? 。 表 32 YTZP/LaPO4陶瓷力學(xué)性能 [18] LaPO4（ V0） % 硬度 Hv/GPa 斷裂韌性 KIC/MPa通過選擇多個(gè)離散點(diǎn)的隸屬度值進(jìn)行比較以及繪制函數(shù)曲線圖，得到較復(fù)合客觀事實(shí)的參數(shù)，再根據(jù)模型進(jìn)行計(jì)算。另外，還要感謝本學(xué)院 08 級(jí)曾今無私幫助過我的同學(xué)，沒有你們的幫助，我的實(shí)驗(yàn)不可能順利開展。 5) 隨著碳含量的增加，復(fù)相陶瓷機(jī)加 工性逐漸增強(qiáng)。 解決方法 陶瓷材料是典型的難加工材料，評(píng)判的方法主要是對(duì)比在相同條件下各種材料相對(duì)加工的難以程度，例如難加工、較難加工、易加工、較易加工等，都是一些模糊概念，沒有絕對(duì)的界限。 表 1：可加工陶瓷材料的性能 [21] 編號(hào) 材料 Hv/GPa KIC/MPa （ 4）建立權(quán)重集 由于各個(gè)因素對(duì)陶瓷機(jī)加工性能的重要程度不同。例如刀具磨損率、表面粗糙度、材料去除率等。這可能是由于碳的強(qiáng)度 較低，加入碳后，復(fù)相陶瓷中的微裂紋的數(shù)量增加，塑性性變形能力下降所致。這可能是加入碳能夠促進(jìn) βSiC 向 αSiC 轉(zhuǎn)變。 某某某某 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 0 100 200 300 400 50005001000150020212500溫度/℃時(shí)間/min圖1 1 碳化硅陶瓷燒結(jié)曲線 密度測(cè)量 （阿基米德排水法） 先用分析天平稱量各式樣干重，再 測(cè)其濕重，將數(shù)據(jù)記入表格；具體計(jì)算公式見公式 21： 水的密度濕重干重 干重 /)( ???（ρ水 =1g/cm3） （ 21） 在測(cè)量中應(yīng)該注意的事項(xiàng)有：（ 1）不要讓試樣表面產(chǎn)生氣泡；（ 2）測(cè)量濕重從水中取出要使天平歸零；（ 3）測(cè)量中不要碰實(shí)驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)盡量保持安靜；（ 4）如果試樣體表的氣泡過多，則必須將試樣置于蒸餾水中煮沸半小時(shí)后再測(cè)定；（ 5）實(shí)驗(yàn)儀器用完恢復(fù)原貌，打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生。 （ 6）蒸餾水：作為溶劑。經(jīng)過前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)C/SiC 材料可以滿足以上要 求，有希望成為一種應(yīng)用廣泛的新材料。 因此，為了獲得既高強(qiáng)韌又可加工的陶瓷材料，實(shí)現(xiàn)可加工陶瓷的性能優(yōu)化，應(yīng)充分發(fā)揮弱界面對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)、分叉與橋聯(lián)作用，提高長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展阻力，降低短裂紋擴(kuò)展阻力。云母 類 玻璃陶瓷的 機(jī) 加工性 和 顯微硬度 同陶瓷的 顯微結(jié)構(gòu) 息息相關(guān) ，評(píng)價(jià)材料特 點(diǎn) 的重要參數(shù) 包括 晶粒的晶粒的空間排列、結(jié)晶度、縱橫比等。 BAIK 等 采用 刀具測(cè)力器測(cè)量切削力 ，較準(zhǔn)確某某某