氮化硅自润滑陶瓷刀具材料的制备与性能研究

王东; 姜涛; 赵波; 丁政伟; 史书瑞

doi:10.13957/j.cnki.tcxb.2026.01.005

陶瓷学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (1) : 49 -57. DOI: 10.13957/j.cnki.tcxb.2026.01.005

氮化硅自润滑陶瓷刀具材料的制备与性能研究

王东, 姜涛, 赵波, 丁政伟, 史书瑞

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摘要

在高速切削加工中，氮化硅（Si₃N₄）陶瓷刀具润滑性能不足限制了其使用寿命和加工性能，自润滑陶瓷刀具材料的出现提供了一种解决方案。然而，固体润滑剂的引入对材料力学性能的影响较大。本研究通过引入碳纳米管（CNTs），研究了烧结参数和CNTs含量对材料性能的影响，并成功制备了一种兼具优异力学性能和摩擦磨损性能的自润滑陶瓷刀具材料。随着烧结温度的提高，刀具材料的维氏硬度和抗弯强度表现出先增加后减小再有所回升的趋势，断裂韧性则表现出先增加后减小的趋势，并且三项力学性能均在1650℃烧结温度下达到最高。此外，随着保温时间的增加，材料的维氏硬度和断裂韧性均表现出先增加后减小的趋势，抗弯强度则表现为先增加后减小再缓慢回升的趋势，综合对比结果显示，9 min的保温时间为最优。对材料断面形貌分析表明，烧结温度和保温时间分别对材料孔隙生成和断面平整度有显著影响。CNTs的引入导致材料力学性能有所下降。但随着CNTs含量的增加，材料的摩擦因数先增加后降低，磨损率先增加后降低再迅速上升。研究表明，CNTs在摩擦过程中能够有效促进润滑膜的形成，从而改善材料的摩擦磨损性能。结果表明，当CNTs含量1.5 wt%时，制备的材料展现出优异的综合性能。