无压埋烧85Al,2O,3SiC纳米复合陶瓷及其表面性能的研究

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1、中文摘要氧化铝/碳化硅纳米复合陶瓷表现出优异的力学性能和表面性能，被陶瓷界称为纳米复合陶瓷的“纳米效应”。为了进一步探讨上述“纳米效应”存在的广泛性，即是否存在于大规模工业化生产的低纯度氧化铝中，本研究以工业生产中广泛使用的85氧化铝陶瓷原料粉为基础料，添加不同含量的亚微米级碳化硅，在C粉和Sic粉形成的还原性气氛下，采用控制无压烧结的方法制备了85氧化铝/碳化硅纳米复合陶瓷。密度及力学性能测试表明，还原性气氛有利于复合陶瓷的烧结致密化，当Sic含量小于10%时，容易制得结构致密且力学性能显著高于85氧化铝陶瓷的8

2、5A1203/Sic纳米复合陶瓷。研究的重点为85A1203/Sic纳米复合陶瓷的表面性能，包括表面抛光行为和表面耐磨损性能。在抛光行为研究中，对用不同尺寸磨粒抛光的材料表面进行了光学显微观察，采用抛光百分率定量化评价和对比了85氧化铝陶瓷和纳米复合陶瓷的表面抛光质量。结果表明，添加1-10%纳米碳化硅的纳米复合陶瓷显示出比纯85A1203陶瓷更好的表面抛光响应，其中以添加了10%纳米Sic的纳米复合陶瓷的抛光性能最好。材料的磨损性能是在自行设计的耐磨损试验机上进行的，实验对比测试了85氧化铝和85A1203/Si

3、C纳米复合陶瓷在一定时间内的磨损率和磨损速率，结果表明添加10%纳米碳化硅可以使材料的耐磨损性能提高近1倍。断口以及磨削与磨损表面的SEM分析表明，纳米碳化硅的加入改变了材料的断裂方式，由85氧化铝陶瓷的以沿晶断裂为主转变为复合陶瓷的穿晶断裂为主。正是这种断裂方式的转变，使材料的抛光与磨损去除由大范围的深层晶粒拔出和晶间开裂，转变为局部塑性变形和小尺寸以至原子级的材料去除。文中还将研究得出的85AI203/SiC纳米复合陶瓷的“纳米效应”和前人对高纯氧化铝碳化硅纳米复合陶瓷的研究结果作了对比讨论。关键词:85A12

4、03/SiC纳米复合陶瓷;还原性气氛;无压烧结;表面抛光性能:耐磨损性能;断裂模式ABSTRACT85A1203/SiCnanocomposites,inwhichdiferentamountofnano-scaleSiCparticlesweredispersedin85A1203matrix,~preparedbypresurelesssinteringinreducedatmosphereformedbyCpowderandcoarseSiCgritsinalimitedspace.Densitiesandm

5、echanicalpropertiesofthenanocompositesweremeasured.FracturesurfacesofthenanocompositeswerecharacterizedbySEM.TheresultsrevealedthatSiCparticleshadgreatinfluencesonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofnanocomposites.NanocompositeswithlowSiCcontent(<10%)cou

6、ldbefullydensifiedinreducedatmospherewithoutapplyingpressure.However,highSiCcontent(>10%)wouldgreatlyinhibitthesinteringprocessandleadtolowdensity.SEMobservationofthefracturesurfaceshowedthattherewasanobviouschangeoffacturemodefrommainlyintergranularfracturein

7、85A1203totransgranularfractureinthenanocompositesbytheadditionofnanosizedSiCparticlesThepolishingbehaviorandweterosivewearresistancehavebeenstudiedtoevaluatethesurfacemechanicalpropertiesof85A12氏/SiCnanocomposites.Forpolishingbehavior,thepolishedsurfacewithvar

8、iousgritsizeswereinvestigatedbyopticalmicroscope,andthesurfacequalitywasquantifiedbytherelativeareasofsmoothpolishedregionsasapposedtodarkerroughregions.Itwasfoundthatnanocomposite