氧化铝基复相陶瓷的抗热震性研究

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1、分类号:TQ17410710-2015231029专业硕士学位论文氧化铝基复相陶瓷的抗热震性研究王凡导师姓名职称桑可正教授专业学位类别申请学位类别工程硕士材料工程及领域名称论文提交日期2018年5月2日论文答辩日期2018年5月24日学位授予单位长安大学StudyonthermalshockresistanceofaluminabasedcompositeceramicsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangFanSupervisor：Prof.SangKezhengChang’anUniversi

2、ty,Xi’an,China摘要陶瓷具有优异的力学性能、良好的耐高温腐蚀性能和出色的化学稳定性，但其抗热震性通常较差，这使得其应用于铸造镶嵌法制备陶瓷/金属复合材料时受到限制。因此，研究进一步提高陶瓷的抗热震性是非常必要的。本研究通过在Al2O3/莫来石复相陶瓷原料中分别添加AlF3、MgO和ZrSiO4，在复相陶瓷中引入莫来石晶须、堇青石和ZrO2，基于晶须增韧、热膨胀失配和相变增韧的机制，以解决Al2O3/莫来石复相陶瓷热震后强度低等问题。研究原料组成、烧结温度和保温时间对陶瓷物相组成、烧结性能、微观形貌、机械性能和抗热震性能的影响规律，实现对Al2O3/莫来石复相陶

3、瓷抗热震性能的控制。研究结果表明：（1）以Al2O3、SiO2和AlF3为原料，通过注浆成型法制备莫来石晶须增强的Al2O3/莫来石复相陶瓷。随着温度和AlF3添加量的增加，莫来石晶须的长径比降低并粗化。1600℃烧结，AlF3含量5wt%，生长出的莫来石晶须直径为3～10μm，长径比10～15。陶瓷的断口主要表现出穿晶断裂特征。莫来石晶须的桥联作用显著提高陶瓷的断裂韧性，断裂韧性最高达4.79MPa•m1/2。莫来石晶须能够阻碍热震过程中产生的裂纹的扩展，有效增强陶瓷抗热震性。AlF3含量为5wt%，复相陶瓷热震10次后的弯曲强度损失率最低为3.82%。（2）以Al2O

4、3、SiO2和MgO为原料，以适量的PVA溶液作为塑性剂，通过模压成型法制备Al2O3/莫来石/堇青石复相陶瓷。随着MgO添加量的增加，复相陶瓷中开始出现堇青石相，开气孔率增加，体积密度降低。Al2O3/莫来石/堇青石复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性均随着MgO含量增加而降低。基于热失配机制，Al2O3/莫来石/堇青石复相陶瓷热震10次后的弯曲强度损失率最低为7.42%。（3）以Al2O3、ZrSiO4和MgO为原料，以适量的PVA溶液作为塑性剂，通过模压成型法制备Al2O3/ZrO2/莫来石复相陶瓷。随着MgO添加量的增加，t-ZrO2含量增加。过多的MgO加入会生成镁铝尖

5、晶石。基于ZrO2相变增强作用，Al2O3/ZrO2/莫来石复相陶瓷的弯曲强度最大为365.21MPa，陶瓷的断裂韧性达到5.31MPa·m1/2。复相陶瓷热震10次后弯曲强度的损失率最低为5.61%。关键词：复相陶瓷；晶须增韧；ZrO2相变；抗热震性IAbstractCeramicshaveexcellentmechanicalproperties,goodcorrosionresistanceathightemperatureandexcellentchemicalstability.However,ceramic/metalcompositematerialspre

6、paredbycastinginlaymethodhasbeenreceivedrestrictionsontheapplication,duetothepoorthermalshockresistanceofceramics.Therefore,itisveryimportanttostudyhowtoimprovethethermalshockresistanceofceramics.Inthispaper，theproblemoflowstrengthofAl2O3/mullitecompositeceramicsafterthermalshockwassolved

7、.ByaddingAlF3,MgOandZrSiO4toAl2O3/mullitecompositeceramics,mullitewhiskers,cordieriteandZrO2wereintroducedintothecompositeceramics,basedonthemechanismofwhiskertoughening,thermalexpansionmismatchandphasetransitiontoughening.Theinfluenceofthecompositionofrawmaterials,