[01650882]新型高断裂韧性陶瓷切削刀具和陶瓷纺织剪刀

该项目是在山东省科技厅(9812)和山东省教育厅(J98A56)的资助下完成的。新型陶瓷材料由于其所具有的独特性能，如高硬度、高耐磨性、高化学稳定性及耐热性等使得其在近30年来在耐磨零部件、切削加工等领域取得了飞速发展。但是现有陶瓷材料的韧性仍然较低、使用可靠性也差，不能满足实际生产的要求。因此改善其脆性，提高其使用可靠性仍是急需研究的主要难题。长期以来，研制陶瓷材料的方式仍以传统的“试凑法”为主，为了研制一种新的陶瓷材料，需要变换多种配方和工艺，制成多个样品，测试其力学性能，这种开发方式盲目性大，并且浪费大量的人力和财力。该项目突破传统的思路的束缚，从多相陶瓷材料使用可靠性的要求出发，利用粒子强化、相变增韧等多种增韧机制的协同效应，对多相陶瓷材料进行计算机仿真设计，避免陶瓷材料研制的盲目性。从根本上解决复相陶瓷材料的脆性问题，并可根据陶瓷材料不同的使用要求，设计相应的组分、微观结构和合理的制造工艺，保证研制成功符合实际使用要求的陶瓷材料。这种设计思路，使新材料的研制与开发发生根本的变革，大大缩短新材料研制的周期，节省大量的人力和财力。同时研制成功具有良好力学性能和使用可靠性的多相陶瓷系列产品，其中陶瓷纺织剪刀研制成功后可以替代进口，现有纺织机上使用这种剪刀后，不但大大提高生产率，而且可以为国家节省大量外汇：新型高断裂韧性陶瓷切削刀具的研制成功将会扩大现有陶瓷刀具的加工范围，提高刀具的力学性能和切削可靠性，大大提高生产率，并且可以降低机床的功率消耗、提高加工工件的表面质量，降低产品成本；因此具有广阔的应用前景和重大的理论与实际意义。1、利用人工神经网络方法建立了复相陶瓷材料力学性能与其组分、配比之间的非线性映射关系神经网络模型。开发成功了陶瓷材料仿真设计软件系统，该系统可以根据陶瓷材料的力学性能设计其组分及配比，也可以根据其组分和配比来预测陶瓷材料的力学性能，经查新检索，国内外均未见基于神经网络MATLAB建模进行陶瓷材料仿真设计的报道。利用该仿真系统，研制成功了一种新型高断裂韧性陶瓷切削刀具ZYW45，其断裂韧性为11.7MPa·m1/2，接近硬质合金。2、国外的化纤和纺织行业的机器上使用的剪刀多为陶瓷剪刀，国内使用的陶瓷纺织剪刀主要依赖进口，国产的纺织剪刀多为硬质合金剪刀，其耐磨性和使用寿命都不能满足实际生产的需要。该项目开发成功了具有较强抗磨损能力的陶瓷纺织剪刀ZYA20，主要用于切丝机，经查新检索，国内外均未见用氧化锆陶瓷材料开发切丝机专用剪刀的报道。3、该项目所开发的陶瓷刀具ZYW45，其综合力学性能较好，因此它也可以用来制造陶瓷轴承套圈。同时陶瓷纺织剪刀材料ZYA20也可以用于制造陶瓷切削刀具。4、新型陶瓷刀具ZYW45和ZYA20可以连续或断续加工淬硬刚、调质钢和高强度钢，其刀具磨损寿命比普通陶瓷刀具提高1-2倍左右。在短丝切断机上以120m/min的切割速度切断涤纶丝(直径2-3mm)，ZYA20陶瓷纺织剪刀的抗磨损能力明显好于硬质合金纺织剪刀，ZYA20刀片的磨损寿命比硬质合金纺织剪刀提高约1-2倍左右。鉴定委员会认为，所研制的陶瓷刀具和陶瓷纺织剪刀属国内外首创，达到国际先进水平。该项目的主要成果已经申报了国家发明专利。生产条件：年产10几万片陶瓷刀具ZYW45或陶瓷纺织剪刀ZYA20，需厂房300平方米，需要烧结设备一套、机械加工设备、磨削设备等，工作人员10-20人，使用国产原材料，共计投资800万元(不包括流动资金)。市场预测：国内外市场较大，有广阔的推广应用前景，具有较好的经济和社会效益，1-2年内可以收回投资。