LaPO4-Al2O3可加工陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計與磨削性能研究.pdf

1、本文采用非均勻成核法成功制備出LaPO4包覆α-Al2O3復(fù)合粉體,改變了傳統(tǒng)方法需要LaPO4含量較多、分布不均勻、力學(xué)性能下降明顯的狀況。通過微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計既可以引入LaPO4/Al2O3網(wǎng)絡(luò)狀弱界面,又可以在一定程度上降低軟相LaPO4的含量,從而提高材料的整體性能。并通過磨削加工研究其加工損傷以及磨削去除機制,為制備加工高性能陶瓷材料提供有益的參考。
　　 分別用X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)對復(fù)合粉體的物

2、相組成及微觀結(jié)構(gòu)進行了表征,然后將LaPO4含量為20％的復(fù)合粉體制備成LaPO4/Al2O3可加工陶瓷,并對其物相組成和斷口形貌分別進行了XRD和掃描電子顯微鏡(SEM)檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn),包覆粉體中除了α-Al2O3和單斜相的LaPO4外,沒有新物相生成;復(fù)合陶瓷中兩相之間也各自獨立存在,并且沒與環(huán)境氣體發(fā)生反應(yīng),這說明即使在1650℃的高溫下兩相依然保持了良好的化學(xué)穩(wěn)定性。復(fù)合粉體中LaPO4均勻的包裹在α-Al2O3顆粒周圍,形成一

3、種核-殼的微觀結(jié)構(gòu),這種微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計使復(fù)合陶瓷兩相結(jié)合更加緊密,分布更加均勻。復(fù)合陶瓷中LaPO4和Al2O3之間的弱界面分布明顯增多,而且更加均勻,弱界面能夠相互貫通,形成空間網(wǎng)絡(luò)狀分布,從而降低了軟相LaPO4的含量,提高了復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能和可加工性能;另外,復(fù)合陶瓷的斷裂方式有了顯著變化,在發(fā)生沿晶斷裂的同時,也有較多的LaPO4自身層狀解離,說明相對于Al2O3與LaPO4之間的弱界面結(jié)合能,LaPO4自身的結(jié)合能也是較小的。

4、這為LaPO4/Al2O3可加工陶瓷磨削加工去除機制的研究提供了依據(jù)。
　　 采用單行程磨削實驗法對LaPO4/Al2O3可加工陶瓷進行磨削加工,對磨削加工表面和側(cè)面分別用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行了觀測,著重觀察了磨削加工對復(fù)合陶瓷造成的表面破碎損傷以及表面/亞表面微裂紋損傷,發(fā)現(xiàn)磨削加工有效損傷層的厚度為15μm左右,結(jié)合陶瓷材料內(nèi)在結(jié)構(gòu)特性,建立了磨削表面/亞表面微裂紋損傷模型,并將裂紋損傷層有效深度DC作為磨削表面/

5、亞表面裂紋損傷的評價指標。結(jié)合LaPO4/Al2O3可加工陶瓷的微觀結(jié)構(gòu),從材料微觀力學(xué)角度分析了磨削加工后塑性變形和脆性斷裂兩種典型去除方式的產(chǎn)生機制,系統(tǒng)闡述了微觀結(jié)構(gòu)如何影響微裂紋的產(chǎn)生與擴展以及復(fù)合陶瓷的磨削去除機制。最后對磨削加工前后材料各項力學(xué)性能指標進行了對比測試。結(jié)果表明,雖然用包覆粉體制備的復(fù)合陶瓷的各項力學(xué)性能指標較傳統(tǒng)的機械混合法有了較大提高,但是磨削加工對材料性能的損傷還是十分明顯的,隨著磨削進給量的增加,導(dǎo)致各