區(qū)域熔煉法制備定向凝固Al2O3-YAG-ZrO2三元共晶陶瓷.pdf

1、凝固氧化物共晶陶瓷具備優(yōu)良的高溫性能，且具備耐腐蝕、抗氧化、高強(qiáng)度、高硬度等性能受到廣泛關(guān)注，成為新一代超高溫結(jié)構(gòu)材料的候選者之一，在超高溫航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)上具有重要應(yīng)用前景。
　　本實(shí)驗(yàn)采用高頻感應(yīng)區(qū)熔法凝固制備了Al2O3/YAG/ZrO2三元共晶陶瓷。主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：
　　(1)預(yù)燒結(jié)體制備與表征。通過(guò)對(duì)預(yù)燒陶瓷的致密度、顯氣孔率、物相分析以及XRD譜圖的分析，確定最佳的燒結(jié)參數(shù)。其中，預(yù)燒結(jié)體選用摩爾比為6

2、5Al2O3/16Y2O3/19ZrO2的組份，熔點(diǎn)1715℃;隨著球磨速度的提高，粒徑下降，表面能增加，陶瓷的致密度增加，隨著燒結(jié)溫度的提高，材料的體積密度增加，顯氣孔率減小，溫度過(guò)高時(shí)，燒結(jié)陶瓷發(fā)生軟化，在1500℃條件下保溫?zé)Y(jié)2小時(shí)后體積密度為3.71g/cm3，顯氣孔率為3.00％，硬度為8.85GPa，斷裂韌性為2.35MPa·m1/2。
　　(2)共晶陶瓷制備與表征。經(jīng)過(guò)分析模擬石墨坩堝、鉬坩堝和鎢坩堝的加熱過(guò)程中的

3、固液界面和溫度梯度，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)，確定使用尺寸為直徑10mm，壁厚2mm的鎢坩堝進(jìn)行定向凝固實(shí)驗(yàn)，區(qū)熔溫度確定為為2100℃，坩堝行走速率為0-10mm/h，確定了碟狀線(xiàn)圈為感應(yīng)線(xiàn)圈，線(xiàn)圈匝數(shù)為三匝。
　　(3)共晶陶瓷微觀(guān)形貌特征。經(jīng)過(guò)XRD譜圖分析，共晶陶瓷由單晶形態(tài)的Al2O3相和YAG相以及ZrO2相三相組成，并沒(méi)有新相生成，各項(xiàng)均發(fā)生了擇優(yōu)取向。SEM微觀(guān)組織顯示共晶陶瓷微觀(guān)組織為明顯的“漢字”結(jié)構(gòu)，其中YAG相為基體相

4、，Al2O3相以非連續(xù)的狀均勻鑲嵌于基體相之中，ZrO2相分散在A(yíng)l2O3相以及Al2O3相和YAG相的相界處，
　　(4)生長(zhǎng)速度對(duì)共晶陶瓷微觀(guān)形貌和力學(xué)性能的影響。隨著生長(zhǎng)速度的提高，共晶陶瓷微觀(guān)組織逐漸細(xì)化，經(jīng)測(cè)量計(jì)算λ2v≈100，符合λ2v=constant;隨著生長(zhǎng)速度的提高，共晶陶瓷力學(xué)性能逐漸增加，得到共晶陶瓷的最高硬度為16.24GPa，最高斷裂韌性達(dá)到3.01MPa·m1/2，分別為預(yù)燒結(jié)陶瓷的1.83倍和1.