文档介绍：摘要
陶瓷具有耐高温、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良的特征,但其脆性限
制了其优良性能的发挥。所以陶瓷的韧化成为近年来陶瓷研究的重要课题
之一。本论文研究的主要目的是利用纤维和纳米颗粒改善。陶瓷
的韧性。本文介绍了陶瓷的发展动态及其各种韧化途径,着重介绍了
颗粒和纤维对陶瓷增韧的现状。
本论文利用纳米氧化错、伪纤维和工业氧化铝,通过超细化球磨和沉降
法处理,控制初始粉料和粉料的颗粒度及纤维的长径比,研究
不同制备工艺对饥基复相陶瓷的烧结性能、力学性能及显微结构的影响,以
期用低成本制备出高性能的场基复相陶瓷。
在系复相陶瓷的制备及其显微结构和力学性能的研究中,通过
对原料的选取以及控制第二相的含量,选取合适的球磨时间及烧成制
度,控制材料的显微结构,可实现低成本制备高性能材料的目的。在的含
量为℃烧成,保温小时的最佳工艺条件下可以得到致密化程度
高、力学性能优良的复相陶瓷,其抗弯强度和断裂韧性分别为和
。根据相组成和显微结构的分析,初步探讨了场系复相
陶瓷的增韧机制研究认为,该系材料的高强高韧性能可归结为的晶内型
结构、细化晶粒及其应力诱导相变增韧作用。
研究了不同的伍纤维及其含量以及烧成制度对。陶瓷力学性能及显
微结构的影响,并探讨了纤维改善陶瓷力学性能的原因。结果表明,
在纤维的含量为℃烧成,保温小时的工艺条件下基
复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到和·氏纤维
的加入对陶瓷的力学性能略有增加。根据显微结构的分析,纤维在
基体中并不存在,其对陶瓷的增强增韧可能是由于氏纤维的活性较高,
促进了材料的烧结且部分纤维在烧结过程中产生液相量,促进了烧结。
关键词伪纤维高性能氧化铝基复相陶瓷力学性能增韧机理
一
·
·
一,,
第一章文献综述
陶瓷的发展状况
氧化铝陶瓷具有硬度高、耐高温、耐磨、电绝缘、抗氧化、力学性能良好、
原料蕴藏丰富、价格低廉等许多优点。是应用最早、最广泛的精细陶瓷。
陶瓷的物理参数
图的晶体结构
一一一一一
纯熔点很高,既耐酸又耐碱,有一系列优异性能,其
主要晶型有,和两种。其中,属六方晶系,其结晶形态
最为稳定,具有一系列优良的综合性能,是氧化铝陶瓷的主晶相“’。其晶体结构
示意图及两种形式的变体的某些物理化学性质如图及表所示。
表晶相的某些物理化学性质
晶型
变体品系空间晶格常数折射率光性转变
密度、常
群符号为刚
态
玉温
度℃
。一六方片状稳定
或多
面体
一立方八面
体
一属于尖晶石型立方结构,氧原子形成立方密堆积,铝原子
填充在间隙中。它的密度小,且高温下不稳定,机电性能差,在自然界中不存在。
从向型转变起始温度位于℃之间,但是在这一温度范围内相
变是十分缓慢的。有人将在缎烧,发现其中还有相
存在。当向相转变时伴随着体积收缩约为。这一体积变化对氧化
铝烧结十分不利,为有利于烧结,防止变形和开裂,通常将,在
以上进行预烧,从而获得。刚玉粉。
陶瓷的发展概况
氧化铝陶瓷的工业化应用最早开始于年德国公司的
,他们将其制成火花塞,并获得所谓”专利‘
近几十年来,氧化铝陶瓷在多个领域得到了广泛地应用。但是由于氧化铝陶瓷的
制备技术和材料本身性能的关系,陶瓷的脆性问题始终没有得到解决,限制了它
的更广泛地应用。
从材料本身性能来说,由于氧化铝熔点高,离子键较强,从而导致质点扩散
系数小,烧结温度较高。例如氧化铝陶瓷的烧结温度可高达近。如此
高的烧结温度将促使晶粒长大,残余气孔聚集长大,导致材料力学性能降低及材
料气密性差‘,。为此许多学者一直从事降低氧化铝陶瓷烧结温度获取细晶结构材
料的研究。他们通过试验发现,添加少量的就能显著促进氧化铝陶瓷的烧
结,且抑制晶粒长大,并对其机理进行了深入系统的研究。然而添加的氧
化铝陶瓷烧结温度依然较高,脆性问题仍没有解决。
对陶瓷材料的大量研究表明,单组分陶瓷材料性能很难满足特
殊酷条件下的应用。所以,近年来陶瓷材料的研究以单元组分材料为基
础,向复相陶瓷材料发展。复相陶瓷材料因参与组分的不同,产生增韧补强的机
理也不同。特别是在有多组分参与的情况下,可能存在着多种机理,而这些机理
是否产生叠加,还需进一步探讨。目前,陶瓷材料强化和增韧的方法一般
可分为以下几种一、采用纤维或晶须复合的办法强化增韧基材料。
如碳纤维、碳化硅晶须增韧氧化铝等。此种方法可得到显著的韧化效果,但晶须
的毒性及其较高的成本限制了它的使用。二、把微米陶瓷颗粒弥散到陶瓷
基体中,也可达到增韧补强