強度提高2倍之陶瓷複合材料,可望應用做為次世代切削工具

 

刊登日期:2021/1/15
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名古屋大學發表與日本特殊陶業公司共同開發了一項強度是過去2倍以上之陶瓷複合材料。一般應用做為耐熱合金加工用切削工具的陶瓷複合材料大多採用針狀碳化矽鬚晶(Silicon Carbide Whisker)與氧化鋁(Al2O3)的複合體,但碳化矽鬚晶為高價物質,且針狀粒子有危害人體健康的疑慮,須注意使用上的風險。

新開發的陶瓷複合材料是以超硬質材料的碳化鎢(Tungsten Carbide)取代碳化矽鬚晶,並透過添加微量的二氧化鋯(ZrO2),大幅改善了強度。既有陶瓷複合材料的機械強度約為1 GPa,新材料則提高至2 GPa以上。

研究團隊利用掃描傳輸電子顯微鏡(STEM)、X射線能量散布分析儀(EDS)以及第一原理計算,對新陶瓷複合材料強度提升的機制進行了調查,發現在氧化鋁與碳化鎢的異種材料界面,於原子1層分的領域形成了鋯(Zr)的偏析層(Segregation),且確認在異種材料界面的偏析狀態與提高材料強度之間的關係。

目前已應用新開發的材料製作切削工具「BIDEMICS」,並已展開銷售,與既有切削工具相比,在耐熱合金的切削加工上具有2倍的高效能。此外,除了陶瓷複合材料之外,新技術亦可望應用於塗佈材料、積層、薄膜等具有異質介面(Heterointerface)之材料系統的改良。

資料來源:http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20201207_engg1.pdf


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