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摘要
针对陶瓷刀具对裂纹敏感的问题，在Si3N4/TiC陶瓷刀具材料基体中添加ZrSi2裂纹愈合剂，使陶瓷刀具具有了裂纹自愈合能力。当ZrSi2的体积分数为10%时，Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具材料具有较好的综合性能，其抗弯强度为815 MPa,断裂韧性为8.06 MPa·m1/2,维氏硬度为15.91 GPa,并且其相对密度可以达到99.72%。通过维氏硬度计在陶瓷刀具材料表面引入裂纹，研究了以ZrSi2为愈合剂的Si3N4/TiC基陶瓷材料裂纹的最佳愈合参数和愈合机理。研究表明：添加ZrSi2体积分数为10%的Si3N4/TiC/ZrSi2预制裂纹试样，在空气气氛中800℃热处理60 min后，其抗弯强度可以恢复到光滑试样的92.02%,试样表面长度为300～350μm的裂纹完全愈合，并且试样表面形成了一层以ZrO2和SiO2为主要成分的氧化层。分析陶瓷刀具材料的裂纹愈合机理表明：在空气热处理过程中，部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2优先与氧气发生反应生成ZrO2、SiO2,这两种氧化物愈合了材料表面的裂纹，恢复了裂纹试样的强度。同时在切削过程中，部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2的氧化产物ZrO2和SiO2 可以及时修复裂纹，提高刀具的耐磨性。
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