Al,2O,3SiC纳米复合陶瓷制备工艺及微观结构研究

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1、A1203／SiC纳米复合陶瓷制备工艺及微观结构研究摘要氧化铝基陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀和磨损等金属材料难以比拟的优点，其原材料广泛、价格低廉又是其它陶瓷材料所无法相比的。但陶瓷材料本身所固有的本质脆性始终是其广泛应用的瓶颈。本文以纳米SiC颗粒及微米A1203为主要原料，成功制备了A1203／SiC陶瓷基纳米复合材料。研究了纳米粉体的分散技术。探讨适合A1203／SiC系统的分散方法及具体工艺，得出复合粉体均匀分散的最佳工艺参数并制备出性能优良的粉体。利用A1203在烧结时易各向异性长大的特点，通过控制烧结工艺，调整SiC的加入量实现了对AJ203／SiC微观结构的剪

2、裁，以获得最佳的力学性能。分析了A1203／SiC纳米复合材料烧结热力学与动力学过程，将复合材料的烧结过程划分为三个阶段。烧结过程中“晶内型”结构的形成取决于界面驱动力，基体晶界及第二相纳米颗粒的迁移速率等因素。界面能高及界面两侧相邻晶粒的差别大，有利于晶界的迁移，从而有利于形成“晶内型”结构。对A1203／SiC的制备工艺进行了优化，得到了SiC均分散于A1203基体中的烧结体。部分纳米SiC位于A1203晶粒内部，部分位于晶界上，成功制备出了“晶内型”结构的纳米复合材料。A1203／SiC纳米复合材料有良好的力学性能，其抗弯强度和断裂韧性的最大值分别为668．02Mpa和4．

3、9MPa·m№，与单相A1203陶瓷相比具有显著的提高。纳米．SiC的加入改变了舢203的晶界结合状态，使晶界强化，晶内“纳米化”，促使灿203陶瓷由沿晶断裂模式向穿晶断裂模式的转化。晶内SiC的纳米强韧化，裂纹的偏转和基体晶粒的细化是复合材料力学性能提高的重要原因，A1203／SiC纳米复合材料在抗弯强度及断裂韧性方面都有显著提高。具有多种途径的协同增韧机制是A1203／SiC纳米复合材料的特点。关键词：纳米复合材料；碳化硅：晶内型结构；制备工艺；强韧化机理IStudyOnthePreparationandMicrostructureofA1203／SiCNano-compos

4、itesAbstractAlumina(A1203)wasawidelyusedceramicduetOitsrefractoriness，wearresistanceandchemicalstability．However,thebdttlenessofA1203limiteditspotentialapplications．Inthispaper,nano-SiCparticletOughenedA1203ceramicswerestudied．nlellano—compositespossesshighermechanicalpropertiesthanmonolithal

5、umin也Thedispersingofnano-particlewasresearched．WestudiedthesuitabledispersingmethodandprocessingfortheA1209SiCsystem，Obtainedbestparametersandpreparedthepowdersthosehaveexcellentproperties．111eabnormalgraingrowthofAl203oftenot：cursduringsinteringofcommercialpurityA1203．Bymeansofcontrollingsin

6、teringprocessandcontentsofSiCtoproducetailoredmierostructure，theoptimumpropertieswereobtained．ThesinteringmechanismofA120a／SiCceramicnanocompositewasresearched．Wedividedthesinteringprocessintothreeparts．nlepriorityofdensificationoccurredinaggregatednano-particles．Dispersionofmixedoriginalpowd

7、ersandtheSiCcontentincompositesWaSimportant．砧eformationofintragranularmicrostructuredependedOildrivingforceofinterfaceandmovementvelocityofinclusionandmatrixgrainbounding．Highergrainsurfaceenergyandlowercurvatureradiusofdispersoidscontributet