Composites of Si$_3$N$_4$-SiC containing up to 30 wt% of dispersed SiC particles were fabricated via hot-pressing with an oxynitride glass. To determine the effect of sintering time and SiC content on the mechanical properties and the cutting performance, the composites with fixed 8hr-sintering time and 20 wt% SiC content were fabricated and tested. Fracture toughness of the composites increased with increasing sintering time, while the hardness increased as the SiC content increased up to 20 wt%. The hardness of the composites was relatively independent of the grain size and the sintered density. For machining heat-treated AISI4140, the insert with 20 wt% SiC sintered for 8hr showed the longest tool life while the insert with 20 wt% SiC sintered for 12hr showed the longest tool life for machining gray cast iron. An effort was made to relate the mechanical properties, such as hardness, fracture toughness and wear resistance coefficient with the tool life. However, no apparent relationship was found between them. It may be stated that tool life is affected by not only the mechanical properties but also other properties such as surface roughness, density, grian size and the number of the inherent defects in the inserts.
Si3N4 with 6w/o Y2O3 and 1.5w/o Al2O3 has been gas pressure sintered and its densification behavior and the effect of the sintering variables on the microstructure and mechanical properties were investigated. Densification rate was higher at temperature below 1775$^{\circ}C$ and between 187$0^{\circ}C$ and 195$0^{\circ}C$ than between 1775$^{\circ}C$ and 187$0^{\circ}C$. The faster densification at temperature between 187$0^{\circ}C$ and 195$0^{\circ}C$ was thought to be due to the increased amount of liquid phase resulting from the increased amount of Si3N4 dissolving in the liquid. $\beta$-Si3N4 and Y-disilicate at temperatures below 1775$^{\circ}C$, and only $\beta$-Si3N4 at 187$0^{\circ}C$ and above were detected by XRD analysis. Three different two-step schedules were employed to obtain sintered body with above 99% theoretical density and to investigate the effect of the sintering variables on the density, the microstructure and the mechanical properties of the sintered body. The sintered density did not change with the heating rate, and the microstructure became coarser as the temperature increased. The strength decreased with the width of $\beta$-Si3N4 grain, while the fracture toughness increased with the square root of it. A ceramic cutting tool made of the sintered body showed an uniform flank wear after the cutting test.
In this study, experiments were carried out to investigate the characteristics of grinding and wear process of diamond wheel far ceramic materials. Normal component of grinding resistance of $Al_2$O$_3$ was less then that of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$. This seems to be the characteristics of ceramic tools on work pieces both of high hardness. For the case of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$, as the mesh number of wheel increases, the surface roughness decreases. For the case of $Al_2 O_3$, the surface roughness does not decreases. Specific binding energy decreases as the material removal rate per unit time increases. For the case of $Si_3 N_4$ and $ZrO_2$, grinding is carried out by abrasive wear processes. For the case of $Al_2 O_3$, grinding is carried out by grain shedding process due to brittle fracture.
Recently, the uses of ceramic/metal bonded joints for structural materials have increased in various engineering fields such as automobiles, heat engines, and so on. A method of strength evaluation focussing on fracture criterion of mixed was investigated in Si3N4/metal bonded joint. Also, Fracture toughness tests of Si3N4/metal bonded joints with an interface crack were carried out and the stress intensity factors of these joints were analyzed by boundary element method. From the results, the fracture criterion and method of strength evaluation by the fracture toughness were proposed in Si3N4/metal bonded joints
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권7호
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pp.963-970
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2010
This study makes an estimate of the laser-assisted machining (LAM) of an economically viable process for manufacturing precision silicon nitride ceramic parts using a high-power diode laser (HPDL). The surface is locally heated by an intense laser source prior to material removal, and the resulting softening and damage of the workpiece surface simplify the machining of the ceramics. The most important advantage of LAM is its ability to produce much better workpiece surface quality compared to conventional machining. Also important are its larger material removal rates and longer tool life. The cutting force and surface temperature were measured on-line using a pyrometer and a dynamometer, respectively. Tool wear, chips and the surface of the workpiece were measured using optical microscopy, and the surface and fractured cross-section of $Si_3N_4$ were measured by SEM. During the LAM process, the cutting force and tool wear were reduced and oxidation of the machined surface was increased according to the increase in the laser power. Moreover, the more the feed rate increased, the more the cutting force and tool wear increased.
The characteristics of grinding and wear behavior of diamond wheel for grinding ceramic materials was investigated in this study. In case of $Si_3N_4$, the wear of wheel was large, the finding force was relatively stable and the fluctuation of surface roughness n small. On the other hand in case of $Al_2O_3$ and $ZrO_2$, the wear of wheel and surface roughness were decreasing, the grinding force was increasing. During grinding with vitrified bond wheel, $Si_3N_4$ shows renewal of cutting edge while $Al_2O_3$ and $ZrO_2$ show glazing phenomenon of cutting grains. We have found that it possible to observe the behavior of grinding wheel by grinding ratio, grinding resistance, surface roughness and cutting edge ratio. Through the grinding experiments, it was found that grinding life of diamond wheel is 20 times for $Si_3N_4$, and 40 times fir $Al_2O_3$ and $ZrO_2$.
In machining of ceramic materials, they are very difficult-to cut materials because of there high strength and hardness. Machining of ceramics are characterized by cracking and brittle fracture. Generally, ceramics are machined using conventional method such as finding and polishing. However these processes are generally costly and have low MRR(material removal rate). This paper focuses on determining the optimal levels of process parameters for products with CNC machining center. For this purpose, the optimization of cutting parameters is performed based on experimental design method. A design and analysis of experiments is conducted to study the effects of these parameters on the surface roughness by using the S/N ratio, analysis of ANOVA and F-test. Cutting parameters, namely, cutting speed, feed and depth of cut are optimized with consideration of the surface roughness.
In this study, through the experimental results of grinding ratio, grinding force and surface roughness with the obtained wear amount of diamond wheel and ceramic material during the grinding process, the following conclusions could be found. In the case of $Si_3N_4$, the wear of diamond wheel is large while the grinding force is stable and the range of change in surface roughness is small. for the case of $AL_2O_3$ and $ZrO_3$, while the wear of diamond wheel is getting smaller, the grinding force is increasing but the value of surface roughness is decreasing. For grinding with the vitrified bond wheel, it seems that the self-sharpening can be found for $Si_3N_4$ and the glazing effect of the cutting edge for $AL_2O_3$ and $ZrO_3$.
In order to investigate the characteristics of diamond wheel grinding of ceramic materials, grinding resistance, surface roughness of ground surface and image of grinding wheel were acquired using experimental method. Through the experiments, this makes it possible to observe grinding wheel behavior by grinding resistance, surface roughness and cutting edge ratio. In case of $Al_2O_3$, cutting edge ratio is bigger than that of $ZrO_2$ and $Si_3N_4$. That's because $Al_2O_3$ has a characteristic of low fracture toughness and bending stress.
In order to investigate the characteristics of grinding and diamond wheel grinding ceramic materials, grinding resistance, surface roughness of worked surface and image of grinding wheel were acquired using experimental method. Through the experiments, this makes it possible to observe grinding wheel behavior by grinding resistance, surface roughness and cutting edge ratio. In case of A1$_2$O$_3$, cutting edge ratio is begger than that of ZrO$_2$and Si$_3$N$_4$. That's because A1$_2$O$_3$has a characteristics of low fracture toughness and bending stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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