纳米nife颗粒增韧氧化铝基陶瓷复合材料的制备及性能研究

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1、纳米Ni—Fe颗粒增韧氧化铝基陶瓷复合材料的制各及性能研究摘要陶瓷材料，特别是氧化铝陶瓷，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损和重量轻等一系列优良的性能，但由于其致密的弱点一一脆性，大大限制了其实际应用。为此，陶瓷的韧化便成了材料科学的核心课题之一。迄今为止，已经探索出了若干种韧化途径，并收到了显著的效果。特别是近年来，随着纳米技术的发展，纳米颗粒增韧陶瓷基复合材料受到广泛关注。Y—Ni．xFe合金在x=10～65wt．％被称为坡莫合金，是一种十分重要的软磁材料。特别是v．Ni一20Fe合金，因其较高的磁导率、饱和磁化强度、低的

2、矫顽力而广泛用于磁记录头、变压器和磁屏蔽材料等。将纳米v—Ni—Fe颗粒与纳米氧化铝陶瓷复合成y—Ni—Fe／A1203纳米复合材料，不仅有望改善A1203陶瓷的脆性，还有可能获得较好的磁性能，实现氧化铝作为结构陶瓷的功能化。本论文共分五章，第一章为绪殓，简要介绍了陶瓷基复合材料以及纳米复合陶瓷的研究现状和增韧机理。在第二章中，我们采用高能球磨混合方法加上热压烧结工艺，成功制备了Ni一20Fe／A1203纳米复合材料，并通过X射线衍射仅(XRD)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(FE—SEM)、比表面孔隙仅(BET

3、)对该复合材料的微结构进行了表征。研究表明：复合材料粉体中Ni—Fe颗粒均匀地分布在A1203基体中，除少量大颗粒外(约100nm)，大部分颗粒大小为10～60nm：热压后，复合材料样品中只存在Y—Ni—Fe和位一A1203两相：几乎所有的Ni。Fe颗粒都分布在A1203晶界上，说明Ni—Fe／A1203纳米复合材料属于晶间型纳米复合材料。第三章考察了复合材料力学性能(致密度、维氏硬度、断裂韧性以及断裂强度等)与Ni-Fe含量的关系(0—19voI．％Ni—Fe)。并结合表面裂纹扩展和断口形貌，讨论了材料增强增韧的机理

4、。结果表明，复合材料的致密度均很高，相对密度均大于98％；其硬度随Ni—Fe含量增加自～20GPa(A1203)单调降低到～14GPa(19v01．％Ni—Fe)；断裂韧性自4．7MPa．1TI“2单调增加到6．2MPa．m“2；而断裂强度则随Ni—Fe含量增加而先增加后减小，在～5v01．％Ni．Fe附近出现最大值，约为600MPa；通过分析，我们认为材料韧性的提高可能来自于裂纹偏转和晶粒的细化，强度的提高则可能来自于韧性的提高。在第四章中，我们利用薄膜内耗仪测量了在升温过程中(O．350℃)复合材料杨氏模量的变化。

5、结果显示，材料的杨氏模量随温度的升高而不断减小，但减小的幅度很小，表明陶瓷材料稳定性很好；不同复合材料的杨氏模量随Ni．Fe含量增加自～280GPa减小到～220GPa，这应该是因为Ni—Fe合金的杨氏模量比基体氧化铝的要小的缘故。第fi章，我们利用振动样品磁强计对复合材料的磁性能进行了表征。复合材料显示出了很强的磁性，Ni—Fe含量越多，饱和磁化强度越大；当Nj．Fe含量达到19vol％时，复合材料的单位质量饱和磁化强度达到T～33emu／g，矫顽力则相反，随着Ni—Fe含量增加不断减小；随着温度的升高，磁性减弱，到

6、居里温度(～600。C)附近，饱和磁化强度和矫顽力降到几乎为0，材料不显示磁性。关键词：氧化铝，纳米复合材料，Ni—Fe合金，热压烧结，断裂韧性IIFabricationandpropertiesofnano-y-Ni—Fetougheningalumina—basednanocompositesAbstractCeramicmaterials、especiallyaluminaceramic．haveseriesofsuperiorpropertiessuchashigh—temperatureresistance，

7、etchingresistance，wearingresistance，lightweight，andsoon．However，theirfatalweakness-brittleness，seriouslylimittheirpracticalusages．Insuchacase，thetougheningtoceramics，asflresult，hasbecomeintooneofthekeystudiesofmaterialsscience．Sofar，severaltougheningmethodshaveb

8、eenexploredoutandhaveproducedsignificanteffectiveness．Recentlywiththedevelopmentofnano—technology，nanometer—sizedparticlestougheningceramic-basednanocompositeshavebee