zrolt2gt（3y）nbticr复合材料的研究

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1、济滔入学颈、{二掌毪谚文摘要鳃方钱他锆《髭p>陶瓷是陶瓷材料中室溢力学性缝最离的一种材料，毽TZP材料除了具有陶瓷材料所固有的脆性之外，幽予应力诱导相变对温度的敏感性，在高温下t．Zm2的稳定性增高，导致相变增韧失效，致使材料的强度和韧性随温度上升而急测下降。加之在低温环境下薅效导致强度和韧性下降(低溢老能)、及出低导热率稆高热膨胀系数雩}起的较差的抗热震性麓等缺点大大削弱了黧与金属材料的竞争优势，限制了其的规模歼发和应用。寻求一种耨的复合思路和方法，进一步改善聊鳃力学性栽，无疑对拓宽英癜耀领域，璞加其与会羼材料的竞争力具有重要意义。利用键基金麟闽化合物

2、的高温强度、高温蠕变和抗氧亿-澍瘸蚀性能优予犬部分金羁材料、韧性拢于陶瓷材料豹特性，并根据Nb，Ti．Cr较ZrO．,离憋热膨胀系数、较高的热导率及金属闻化合物所特有静在一定湿度范阑蠢强度隧瀑发势高的特性，可望在增韧的同时改善Zr02的抗热震性能，依据这～思路，设计制备了新型Zr02(3Y)／Nb．Ti．Cr复含材料。弗对复合材料捌备工艺、微观结构、力学性畿及增韧机制进行了系统研究。根据热力学原理，考察了Nb．Ti．Cr系会属问化合物与ZrOz陶瓷基体的化学桐容性。结果表鹈，在试验温度-F，Nb-Ti．Cr系金满浏纯合物与Zr02基薄不易发生化学反应。X

3、RD、SEM及TEM分析验证了这一结论。实验观察表明产物Nb-Ti．Cr与基体Zr02(3Y)之阆界恧干净，无反瘦层的存在，阏此，Nb-Ti”救可以做为基体Z102增韧楣。利用SEM、TEM、EDS、HREM研究了Zr02(3Y)／Nb．Ti。Cr复合材料的微鼹结构。增锄楣Nb-Ti，Cr的晶粒尺寸在2um左右；Zr02黧磊粒尺寸淹100-300rim。隧着Nb-Ti．Cr含量的增加，复合材料的颟裂韧性和强度均有不同程度的提高。当Nb-Ti．Cr含量为40v01％时，KIc高达12．4MPa·m№，为单相Zr02(3Y)的2倍，Of达466MPa，硬度为

4、84HRA。虽然复合誊葶料的硬发随着Nb．Ti．Cr翕鬟的增加呈缓慢下降趋势，但出于ZrOz粒子对Nb．Ti．Cr晶界豁锊扎产生豹晶粒细化俸粥、及内晶Zr02粒子与Nb-Ti．Cr中的位错产生的交互作用，因此复合牵孝料豁硬度的辫幅誉甚明链。lZrO：(3V)／Nb-'ri．Cr复仑秘鞑静磷宠探讨了Nb．Ti．Cr对Zr02(3Y)基复合材料的强韧化机制的影响，研究发现金属问化合物的掺入细讫了材料的晶粒，并使材料的断裂模式由沿晶断裂转交为以穿晶断裂为主的混合断裂模式，以及形成的位错等使得复合材料强度大幅度提高；裂纹的偏转和桥联是提高复合材料韧性的主要原因。

5、以已有的相交增韧和桥联增韧的理论为基础，利用跟踪小裂纹压痕法测试了Zr02(3Y)／Nb·Ti·Cr复合材料的R曲线，并利用XRD及Ramam测定了复合材料的相变高度和可楣变体积分数，定量地探讨了复合材料的增韧行为。采刚残余强度法和压痕一淬冷技术测试了单相Zr02(3Y)及Zr02(3Y)／Nb娟．Cr复合材料的抗热震性能，并用诸抗热震参数(R、R’和R⋯。)分析了热震性与性能参数之闽的关系，同时分祈了露益线与抗热震性能之闻酶相关性，并对单相Zr02(3Y)及Zr02(3Y)／Nb．Ti．Cr复合材料的压痕裂纹在热震作用下的扩展模式进行研究。结果表明，N

6、b．Ti．Cr的加入使复合材料的抗热震性能明显提高。当Nb．Ti．Cr为50v01％时，ATc壹单桶Zr02《3Y)的2204C左右提高至475"C。分析认为，相对于单相Zr02(3Y)，复合材料较高的导热率和较低的弹性模量可有效缓解热应力，从而可吸收较多的弹性．．应变能而不致开裂，进而提高抗热震断裂能力。较高的断裂韧性使裂纹扩展的势垒增大，材料的抗热震损伤畿力得戳提高。用有限元法计算出热震后材料内部的应力分布，由应力分饰计算出K曲线。综合露莹线和鬈曲线预测材料临界热震温差ATc，并耀残余强度法测得的结果对预测的结果加以验证，从而得出用露曲线和足醢线综合

7、预测材料临界热震温差ATc的方法的可行性，为材料的生产和应用提供～定的参考和借鉴。关键词：金属润化含物，氧诧锆，复合材料，微观结构，增韧机制漭峦大学续lj学位论文AbstractTetragonalZrth(TZP)possessesthemostexcellentmechanicalpropertiesamongceramics，However,Theintrinsiclowfracturetoughnessofceramic，mechanicalpropertiesdramaticallydecreasewithincreasingtemperatu

8、reduetothet-Zr02tom-Zr02transformationto