高性能氧化铝基复相陶瓷的研究

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1、南京工业大学硕士学位论文高性能氧化铝基复相陶瓷的研究姓名：高翔申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：丘泰20040501摘要A1203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AI：03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A1203纤维和纳米Zr02颗粒改善A1203陶瓷的韧性。本文介绍了A1203陶瓷的发展动态及其各种韧化途径，着重介绍了Zr02颗粒和A1203纤维对A1203陶瓷增韧的现状。本论文利用纳米氧化锆、～203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Zr02粉料和A1203粉料

2、的颗粒度及A1203纤维的长径比，研究不同制备工艺对A1203基复相陶瓷的烧结性能、力学性能及显微结构的影响，以期用低成本制各出高性能的舢203基复相陶瓷。在Zr02--A1203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Zr02原料的选取以及控制第二相Zr02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zr02的含量为30wt％，1600℃烧成，保温2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ZTA复相陶瓷，其抗弯强度和断裂韧性分别为；604MPa和6．87MPa·mⅣ2。根据相组成和显微结构的分析，初步探

3、讨了zr02一触203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Zr02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A1203纤维及其含量以及烧成制度对A1203陶瓷力学性能及显微结构的影响，并探讨了A1203纤维改善m203陶瓷力学性能的原因。结果表明，在A1203纤维的含量为5wt％，1600℃烧成，保温2小时的工艺条件下A1203基复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到368MPa和4．5MPa·m№。A1203纤维的加入对A1203陶瓷的力学性能略有增加。根据显微结构的分析，A1203纤维在基体中并不存在，其对A1203陶瓷的增强增韧可能是由

4、于A1203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：nano—zr02A1203纤维高性能氧化铝基复相陶瓷力学性能增韧机理ThoughA1203ceramicshasmanyexcellentpropertiessuchashigh—temperature—resistance，goodwearandexcellentcorrosionresistance．thebrittlenessofA1203ceramicshasagreateffectonitsexploitationandapplication．Lately,thestudy

5、oftougheningA1203ceramicsisanimportantfieldofceramicsresearch．ThemainintentionofthisstudyistouseA1203fibersandnano．Zr02toimprovetoughnessofA1203ceramics．Inthisthesis，theresearchofA1203ceramicsathomeandabroadandvarioustougheningmethodsareintroduced，especiallymakingasummaryoftougheningactualityof

6、Al203fibersandnano—Zr02．Inthisthesis，thecompositesarepreparedbyusingnano-Zr02powders，A1203fibemandcommercialA1203powders．Ball—grindingandsedimentationareusedinordertocontroltheoriginalparticlesizeofpowdersandthelength-diameterratioofA1203fibers．Theinfluenceofprocessroutingonthesinteringbehavior

7、,mechanicalpropertiesandmicrostructureisstudied，withthepurposeofpreparingthealumina-basedcompositeswithhighperformanceandlowcosts．InthepreparationofZr02——A1203compositesandthestudyoftheirmicrostructureandmechanicalproperties，ithas