復(fù)雜刃形陶瓷刀具微波燒結(jié)技術(shù)研究

殷增斌 朱智勇 王子祥 袁軍堂

南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，南京，210094

0 引言

陶瓷刀具具有高耐熱性、高硬度、高耐磨性等優(yōu)異性能，是最具競(jìng)爭(zhēng)力的高速切削刀具之一。世界制造強(qiáng)國(guó)大力推廣陶瓷刀具在難加工材料高效加工中的應(yīng)用，然而，我國(guó)陶瓷刀具使用量占總刀具使用量的比例不超過(guò)1%，可轉(zhuǎn)位陶瓷刀片的使用比例不到硬質(zhì)合金刀片的0.1%。目前，陶瓷刀具多采用熱壓燒結(jié)或熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)制造，通過(guò)這種技術(shù)制造的陶瓷刀具的力學(xué)性能好，但制造周期長(zhǎng)、耗能高、生產(chǎn)率低，致使陶瓷刀具成本高。現(xiàn)代刀具除了刀具材料不斷進(jìn)步，新的刀具結(jié)構(gòu)也在不斷開發(fā)，復(fù)雜的刃形更有利于切削加工，減緩刀具磨損，提高加工效率。但是，受制于熱壓/熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)加壓工藝，現(xiàn)階段陶瓷刀具以平刀面的簡(jiǎn)單刀具為主，適應(yīng)加工范圍有限，嚴(yán)重限制了陶瓷刀具在高速切削中的應(yīng)用。

微波燒結(jié)不同于傳統(tǒng)燒結(jié)的輻射傳熱，它是利用微波具有的特殊波段與材料微觀組織耦合，材料介質(zhì)損耗使材料升溫至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化。微波燒結(jié)時(shí)材料整體自身發(fā)熱，因此材料內(nèi)部無(wú)溫度梯度，不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力；微波加熱速率可達(dá)50～300 ℃/min，是傳統(tǒng)熱輻射傳熱燒結(jié)加熱速率的4～10倍，適宜于材料的快速燒結(jié)[1]。

與當(dāng)前廣泛采用的傳統(tǒng)熱壓/熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)相比，微波燒結(jié)具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，與傳統(tǒng)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)陶瓷材料的致密化溫度低100～300 ℃，燒結(jié)周期短50%～90%[2-9]，使用微波可在低溫快速條件下使陶瓷完成致密化，因此可以有效提高陶瓷刀具的制備效率；其次，微波燒結(jié)是一種無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)，這為復(fù)雜刃形陶瓷刀具的制造創(chuàng)造了條件，能夠克服熱壓/熱等靜壓只能制造平刀面陶瓷刀具的弊端；最后，微波加熱為即開即停加熱，沒有熱慣性，能源利用率極高，利用微波工業(yè)化生產(chǎn)刀具可大幅降低能源消耗。

微波燒結(jié)熱量的產(chǎn)生是微波電磁場(chǎng)與材料微觀組織耦合作用的結(jié)果，使燒結(jié)樣品處于均衡的微波電磁場(chǎng)中，保證燒結(jié)樣品溫度均勻，防止局部過(guò)燒和欠燒是微波燒結(jié)的關(guān)鍵。微波場(chǎng)強(qiáng)過(guò)大容易打火，且出現(xiàn)的“熱點(diǎn)”易使試樣開裂，而場(chǎng)強(qiáng)過(guò)低會(huì)使微波的能量密度較低，材料吸收的微波能較少，難以達(dá)到材料致密所需要的溫度，燒結(jié)動(dòng)力不足，不利于燒結(jié)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用有限元仿真對(duì)燒結(jié)試樣尺寸、試樣在微波燒結(jié)腔中的空間位置以及微波燒結(jié)腔結(jié)構(gòu)等對(duì)試樣電場(chǎng)分布和腔體諧振頻率的影響進(jìn)行了較多研究[10-14]，但是，研究多集中在利用微波在低溫?zé)Y(jié)條件下制備粉末、金屬、硬質(zhì)合金和功能陶瓷等[15-21]，燒結(jié)溫度通常不超過(guò)1400 ℃。用于制作陶瓷刀具的結(jié)構(gòu)陶瓷致密化溫度高達(dá)1600～2000 ℃，這對(duì)微波電磁場(chǎng)強(qiáng)及其分布均勻性和輔熱保溫裝置提出了嚴(yán)苛的要求，利用微波批量化制備高溫結(jié)構(gòu)陶瓷仍處于探索階段。

本文在現(xiàn)有的微波燒結(jié)設(shè)備基礎(chǔ)上，仿真研究了陶瓷刀具試樣不同加載方式對(duì)微波電場(chǎng)分布和試樣溫度的影響規(guī)律，通過(guò)燒結(jié)實(shí)驗(yàn)研究了不同加載方式下Al2O3/SiC復(fù)雜刃形陶瓷刀具的燒結(jié)性能，最后通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)研究了微波燒結(jié)復(fù)雜陶瓷刀具的切削性能，從而為探索利用微波技術(shù)高效制造復(fù)雜陶瓷刀具奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)的原材料有Al2O3(粒徑200 nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)、SiC(粒徑100 nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)、MgO和Y2O3(粒徑50 nm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%)，燒結(jié)實(shí)驗(yàn)樣品的組分為95.6%Al2O3+3%SiC+1.4%MgO和Y2O3(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

復(fù)雜刃形陶瓷刀具微波燒結(jié)工藝流程如圖1所示。將稱量的原始粉末在行星式球磨機(jī)中使用Al2O3球進(jìn)行球磨24 h。將球磨過(guò)的粉末在真空環(huán)境中干燥，然后過(guò)200目篩。最后，將過(guò)篩的粉末裝入模具，在150 MPa的單向壓力下獲得刀具素坯(17 mm×17 mm×6.6 mm)。刀具素坯在微波燒結(jié)爐(型號(hào)HAMiLab-V3000，長(zhǎng)沙)中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1650 ℃，升溫速率為20～30 ℃/min，保溫時(shí)間為5 min，燒結(jié)氣氛為N2，保溫時(shí)間結(jié)束后關(guān)閉微波，試樣隨爐冷卻。

圖1 復(fù)雜刃形陶瓷刀具微波燒結(jié)工藝流程

1.2 性能表征

使用阿基米德排水法測(cè)量燒結(jié)樣品的密度。通過(guò)壓痕法在98.06 N的載荷和15 s的保壓時(shí)間下測(cè)量維氏硬度，斷裂韌性根據(jù)維氏壓痕法計(jì)算得到[22]，利用三點(diǎn)抗彎的方法測(cè)試樣品的抗彎強(qiáng)度。每個(gè)試樣的性能連續(xù)測(cè)5次取平均值。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM，Quanta 250，F(xiàn)EI，美國(guó))觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)，利用數(shù)碼顯微鏡(Insize ISM-PM200S，中國(guó))測(cè)量刀具磨損。

1.3 切削實(shí)驗(yàn)

采用微波燒結(jié)的陶瓷刀具高速干式切削馬氏體不銹鋼1Cr13。刀具幾何參數(shù)：刀具主偏角kr=75°，前角γ0=-6°，后角α0=6°，刃傾角λs=-6°，倒棱寬度b=0.1 mm，倒棱角γo1=-15°。采用后刀面磨損帶寬度最大值VBmax=0.6 mm作為刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，每完成一次走刀利用手持?jǐn)?shù)碼顯微鏡(ISM-PM200SB，中國(guó))測(cè)量刀具的后刀面磨損量，當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)立即停止切削。利用手持粗糙度儀(ISR-S400)測(cè)量工件表面粗糙度，使用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM，Quanta 250，F(xiàn)EI，美國(guó))觀察刀具前后刀面的微觀形態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 試樣位置高度對(duì)微波電場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布的影響

采用COMSOL軟件對(duì)微波燒結(jié)設(shè)備(HAMiLab-V3000，中國(guó))的微波場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，如圖2所示。仿真模型主要由波導(dǎo)、爐腔和試樣組成，微波從波導(dǎo)最左邊的饋口入射，沿著波導(dǎo)進(jìn)入爐腔，對(duì)試樣進(jìn)行加熱。陶瓷刀具試樣的主要成分為Al2O3和SiC，試樣中心與燒結(jié)腔底部的距離為H，如圖2a所示。微波頻率為2.45 GHz，輸入功率為2 kW，加熱時(shí)間為40 min。腔內(nèi)介質(zhì)設(shè)置為空氣，空氣和Al2O3/SiC復(fù)合陶瓷的電磁屬性參數(shù)如表1所示。燒結(jié)腔未加載試樣時(shí)的電場(chǎng)分布如圖2b所示，當(dāng)空載時(shí)電場(chǎng)在圓形燒結(jié)腔中呈對(duì)稱分布，在與微波輸入端同一平面上的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，微波能量密度最高。

(a)仿真模型

表1 介質(zhì)和材料的電磁屬性

以微波燒結(jié)單個(gè)試樣為例，研究試樣在燒結(jié)腔的位置高度H分別為185 mm、190 mm、195 mm、200 mm、205 mm、210 mm和215 mm的電場(chǎng)分布，電場(chǎng)仿真結(jié)果如圖3所示。為了準(zhǔn)確地比較不同高度下試樣的電場(chǎng)分布均勻性情況，在試樣上隨機(jī)選取60個(gè)點(diǎn)，試樣電場(chǎng)強(qiáng)度E的數(shù)值統(tǒng)計(jì)分布如圖4所示。

(a)H=185 mm (b)H=190 mm (c)H=195 mm (d)H=200 mm

圖4 不同位置高度下的試樣電場(chǎng)分布數(shù)值統(tǒng)計(jì)

由圖3和圖4可知，試樣的電場(chǎng)隨試樣在爐腔內(nèi)的位置高度H變化而變化。當(dāng)H為185 mm、190 mm、200 mm時(shí)，試樣的電場(chǎng)強(qiáng)度大，分別達(dá)到6689.4 V/m、5885.0 V/m和5386.9 V/m，有利于保證試樣具有高的發(fā)熱速率；在其他位置高度下試樣電場(chǎng)強(qiáng)度小，不利于試樣升溫，從而影響燒結(jié)效率和燒結(jié)質(zhì)量。但是，當(dāng)試樣位置高度H分別為185 mm和190 mm時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度分布標(biāo)準(zhǔn)差分別達(dá)到1680.3 V/m和1520.6 V/m，表明H為185 mm、190 mm時(shí)，試樣電場(chǎng)分布很不均勻。較大的電場(chǎng)梯度會(huì)影響試樣各部位升溫一致性，導(dǎo)致試樣收縮不均勻，容易造成試樣變形甚至開裂。當(dāng)試樣位置高度H為200 mm時(shí)，試樣電場(chǎng)分布標(biāo)準(zhǔn)差最小(697.8 V/m)，表明在此位置高度下試樣電場(chǎng)分布最均勻。綜上可知，當(dāng)試樣的位置高度H為200 mm(即試樣處于微波燒結(jié)腔中心位置時(shí))，試樣的電場(chǎng)強(qiáng)度較大且均勻性最好，適于陶瓷試樣微波燒結(jié)，有利于獲得力學(xué)性能良好且微觀組織均勻的陶瓷刀具。

2.2 試樣加載方式對(duì)微波電場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布的影響

試樣在微波燒結(jié)腔的位置高度為200 mm時(shí)，研究試樣在微波燒結(jié)腔中的加載方式對(duì)試樣上表面微波電場(chǎng)分布的影響規(guī)律。試樣加載方式如圖5所示，兩個(gè)試樣A、B的布置方式分別為堆疊橫放、水平豎放和水平橫放三種方式(圖5a)；三個(gè)試樣A、B、C的布置方式分別為旋轉(zhuǎn)橫放和平行橫放兩種方式(圖5b)。

(a)兩個(gè)試樣布置方式

兩個(gè)試樣在不同布置方式時(shí)的試樣上表面電場(chǎng)分布云圖和數(shù)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別如圖6、圖7所示。當(dāng)兩個(gè)試樣堆疊放置時(shí)，試樣A、B上表面的電場(chǎng)強(qiáng)度平均值分別為3637.8 V/m和6511.4 V/m，試樣之間的場(chǎng)強(qiáng)差值大。試樣A、B上表面電場(chǎng)分布標(biāo)準(zhǔn)差分別為1452.5 V/m和1846.4 V/m，表明電場(chǎng)分布不均勻。當(dāng)兩個(gè)試樣豎放時(shí)，試樣A、B上表面的電場(chǎng)強(qiáng)度平均值分別為4679.4 V/m和8141.6 V/m，場(chǎng)強(qiáng)相差大，同一試樣電場(chǎng)分布均勻性也較差。由此可知，在這兩種布置方式下，試樣電場(chǎng)強(qiáng)度相差較大，燒結(jié)時(shí)兩個(gè)試樣難以同時(shí)致密，容易導(dǎo)致試樣之間的力學(xué)性能和微觀組織出現(xiàn)較大差異。當(dāng)兩個(gè)試樣水平橫放時(shí)，試樣A、B上表面電場(chǎng)強(qiáng)度分別為3048.2 V/m和3368.3 V/m，兩試樣的電場(chǎng)相差較小，僅為320.1 V/m，且電場(chǎng)分布相對(duì)均勻，更適宜兩個(gè)試樣同時(shí)燒結(jié)。

(a)試樣A

圖7 兩個(gè)試樣在不同布置方式時(shí)試樣上表面電場(chǎng)分布數(shù)值統(tǒng)計(jì)

三個(gè)試樣在不同布置方式時(shí)的試樣上表面電場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布如圖8、圖9所示。當(dāng)三個(gè)試樣旋轉(zhuǎn)橫放布置時(shí)，試樣上表面場(chǎng)強(qiáng)平均值的差值為317.2 V/m，試樣平均溫度相差291.4 ℃。當(dāng)三個(gè)試樣平行橫放布置時(shí)，試樣A、B、C上表面的電場(chǎng)分別為4051.3 V/m、4013.5 V/m和4218.2 V/m，場(chǎng)強(qiáng)相差204.7 V/m，試樣A、B、C的平均溫度分別為1497.8 ℃、1517.6 ℃和1456 ℃，溫差61.6 ℃。與旋轉(zhuǎn)橫放布置相比，平行橫放布置時(shí)試樣之間的電場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布更加均勻，試樣可以獲得均勻的微觀組織，更利于多片陶瓷刀具同時(shí)燒結(jié)。

(a)旋轉(zhuǎn)橫放

(a)電場(chǎng)強(qiáng)度

2.3 加載方式對(duì)試樣力學(xué)性能和微觀組織的影響

不同加載方式下微波燒結(jié)后試樣的相對(duì)密度和力學(xué)性能如表2所示。由表2可知，試樣的數(shù)量和加載方式對(duì)燒結(jié)后陶瓷材料的致密度(即相對(duì)密度)和力學(xué)性能有顯著影響，豎直方向上的高度越大(如豎放、堆疊)則力學(xué)性能越差，試樣之間水平距離越小，力學(xué)性能越好。

表2 試樣加載方式對(duì)燒結(jié)后試樣性能的影響

當(dāng)燒結(jié)單個(gè)試樣時(shí)，試樣的致密度和力學(xué)性能都較好。圖3和圖4所示的仿真結(jié)果表明，當(dāng)單個(gè)試樣的位置高度為200 mm時(shí)，試樣處于腔體正中心，此時(shí)試樣內(nèi)部不同截面的場(chǎng)強(qiáng)、溫度分布均勻，適合燒結(jié)。當(dāng)兩個(gè)試樣堆疊橫放時(shí)，試樣B已致密，試樣A致密度較差。由圖6所示的仿真結(jié)果可知，試樣B的電場(chǎng)強(qiáng)度高于試樣A的電場(chǎng)強(qiáng)度，即在相同的燒結(jié)時(shí)間下，試樣B更易達(dá)到燒結(jié)溫度，試樣A因燒結(jié)溫度低導(dǎo)致致密不充分。試樣A、B斷口微觀組織也證實(shí)了這一點(diǎn)，由圖10可知，試樣A的斷面存在許多較大的孔洞(紅色箭頭所示)，這主要是燒結(jié)溫度過(guò)低導(dǎo)致材料傳質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程不充分造成的，而試樣B的微觀組織致密、晶粒大小均勻。

(a)試樣A (b)試樣B

當(dāng)兩個(gè)試樣水平豎放時(shí)，試樣的力學(xué)性能較差且試樣之間的差異很大。仿真結(jié)果表明，在此種加載方式下，兩個(gè)試樣的電場(chǎng)相差3462.2 V/m，且每個(gè)試樣內(nèi)部電場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)差很大，說(shuō)明兩個(gè)試樣之間以及單個(gè)試樣的電場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布極不均勻，因此力學(xué)性能出現(xiàn)很大差異。兩個(gè)試樣水平豎放時(shí)的斷口形貌如圖11所示，可以看出，試樣A存在較多孔洞(黃色虛線框和紅色箭頭所示)，試樣B的微觀組織致密但不均勻，斷裂模式為單一的穿晶斷裂，致使斷裂韌性不高。當(dāng)兩個(gè)試樣水平橫放時(shí)，兩個(gè)試樣的致密度均達(dá)到99.4%，力學(xué)性能良好且試樣之間的差異很小。仿真結(jié)果表明，在這種加載方式下，兩個(gè)試樣之間場(chǎng)強(qiáng)之差只有320.1 V/m，溫度差僅為12.8 ℃(圖5和圖6)，燒結(jié)后更易獲得一致的力學(xué)性能。

(a)試樣A (b)試樣B

當(dāng)三個(gè)試樣旋轉(zhuǎn)橫放時(shí)，試樣A的致密度達(dá)到99.2%；試樣B、C的致密度均低于99%，其力學(xué)性能較低且差異較大。三個(gè)試樣旋轉(zhuǎn)橫放時(shí)的斷口形貌如圖12所示，試樣A的微觀組織致密，但是晶粒粗大(黃色虛線框所示)，穿晶斷裂為主要的斷裂模式(紅色箭頭所示)，試樣B、C存在較大孔洞(紅色箭頭所示)。造成這種現(xiàn)象的根本原因是在相同的燒結(jié)時(shí)間下，試樣處于較低場(chǎng)強(qiáng)微波場(chǎng)中，自發(fā)熱溫度達(dá)不到燒結(jié)溫度，致使致密化進(jìn)程未完成。當(dāng)三個(gè)試樣平行橫放時(shí)，除了試樣C外，試樣A、B的力學(xué)性能較好。試樣A、B所處場(chǎng)強(qiáng)大小適中，所以不會(huì)因?yàn)檫^(guò)燒使晶粒異常長(zhǎng)大導(dǎo)致力學(xué)性能低，也不會(huì)因?yàn)閳?chǎng)強(qiáng)過(guò)低而無(wú)法完成燒結(jié)。試樣A、B之間的差異較小，這是因?yàn)榉抡娼Y(jié)果表明這兩個(gè)試樣之間的最小溫差僅為19.8 ℃，溫差越小則性能越接近，這與前面的仿真結(jié)果一致。三個(gè)試樣平行橫放時(shí)的斷口形貌(圖13)表明，三個(gè)試樣的微觀組織均勻，晶粒間結(jié)合緊密，明顯觀察到沿晶斷裂造成晶粒拔出留下的孔洞(黃色虛線框所示)，斷裂模式為穿晶斷裂和沿晶斷裂的混合斷裂，但是試樣C的微觀組織中仍存在一些較大的孔洞(紅色箭頭所示)，這造成試樣C的致密度和力學(xué)性能略低于試樣A、B的致密度和力學(xué)性能。

(a)試樣A (b)試樣B (c)試樣C

(a)試樣A (b)試樣B (c)試樣C

綜上可知，微波燒結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與微波場(chǎng)分布仿真結(jié)果基本一致。陶瓷試樣在微波燒結(jié)腔的中心位置且多個(gè)試樣平行橫放時(shí)，試樣之間電場(chǎng)強(qiáng)度均勻、溫差小，更有利于試樣同時(shí)達(dá)到致密。不同加載方式下試樣的相對(duì)密度均達(dá)到99%左右，證明了采用微波制備高溫結(jié)構(gòu)陶瓷刀具的可行性。

2.4 三維槽型Al2O3/SiC陶瓷刀具切削性能

通過(guò)優(yōu)化刀具的材料組分和制造工藝[23]，Al2O3/SiC陶瓷刀具材料的相對(duì)密度、斷裂韌性、維氏硬度和抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到99.8%±0.1%、(18.8±0.3)GPa、(4.8±0.3)MPa·m1/2和(762±39)MPa，晶粒尺寸為(1.3±0.2)μm。采用三個(gè)試樣平行放置方式，在燒結(jié)溫度1650 ℃、保溫時(shí)間5 min下制備了復(fù)雜槽型Al2O3/SiC陶瓷刀具。采用高速干式車削難加工材料馬氏體不銹鋼1Cr13來(lái)檢驗(yàn)微波燒結(jié)復(fù)雜刃形陶瓷刀具的切削性能。在切削速度v=200 m/min、背吃刀量ap=0.2 mm、進(jìn)給量f=0.1 mm/r時(shí)，復(fù)雜槽型和平刀面陶瓷刀具的磨損量和工件表面粗糙度隨切削距離的變化趨勢(shì)如圖14所示。與平刀面陶瓷刀具相比，復(fù)雜槽型陶瓷刀具的后刀面磨損量更小，金屬去除量(根據(jù)圖14a所示的切削距離計(jì)算而來(lái))提高了近2倍，加工表面粗糙度降低了約33%。馬氏體不銹鋼在切削過(guò)程中塑性變形大，切削溫度高且不易斷屑。復(fù)雜槽型陶瓷刀具切削性能提高的一個(gè)重要原因在于刀具的斷屑槽起到了很好的斷屑作用(圖15)。平刀面刀具的斷屑能力較差，長(zhǎng)而不斷的切屑堆積纏繞在刀具和工件上，當(dāng)切屑堆積到一定程度時(shí)，在高速旋轉(zhuǎn)下才被甩斷。大量堆積的切屑劃傷已加工表面，使加工表面質(zhì)量顯著下降。堆積纏繞在刀具上的切屑不利于切削熱的散發(fā)，使得切削溫度極高，并且容易擠入刀-工接觸區(qū)，導(dǎo)致刀具過(guò)早失效。

(a)后刀面磨損量

(a)復(fù)雜槽型刀具 (b)平刀面刀具

復(fù)雜槽型陶瓷刀具失效時(shí)的前后刀面形貌如圖16所示。由圖16可知，切削刃存在微崩刃但未出現(xiàn)切削刃斷裂，刀具后刀面有明顯的因磨粒磨損而產(chǎn)生的犁溝狀磨損形貌。根據(jù)EDS分析結(jié)果(圖17)，區(qū)域A、B存在大量的Fe元素，表明切削過(guò)程中工件材料會(huì)黏結(jié)在刀具的前后刀面上引起黏結(jié)磨損，因此，復(fù)雜槽型陶瓷刀具的失效形式為磨損失效，這表明微波燒結(jié)的復(fù)雜槽型陶瓷刀具的切削刃具有足夠的強(qiáng)韌性，能夠滿足高速切削要求。

(a)前刀面 (b)后刀面

(a)區(qū)域A

3 結(jié)論

(1)陶瓷試樣在微波燒結(jié)腔的中心位置且多個(gè)試樣平行橫放時(shí)，試樣之間電場(chǎng)強(qiáng)度均勻、溫差小，更有利于多個(gè)試樣同時(shí)達(dá)到致密。

(2)利用微波在燒結(jié)溫度1650 ℃、保溫時(shí)間5 min下制備了具有良好力學(xué)性能的復(fù)雜槽型Al2O3/SiC陶瓷刀具，與傳統(tǒng)熱壓/熱等靜壓技術(shù)相比，保溫時(shí)間由20～30 min縮短至5 min，并且克服了熱壓/熱等靜壓燒結(jié)技術(shù)無(wú)法制備出復(fù)雜刃形陶瓷刀具的弊端。

(3)在高速干式車削難加工材料不銹鋼時(shí)，復(fù)雜槽型Al2O3/SiC陶瓷刀具表現(xiàn)為磨損失效，表明微波燒結(jié)的陶瓷刀具的復(fù)雜刃口具有足夠的強(qiáng)韌性，能夠滿足高速切削加工的要求。基于微波燒結(jié)的陶瓷刀具制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜陶瓷刀具“結(jié)構(gòu)-性能”一體化高效制造，具有廣闊的應(yīng)用前景。