MF-Al-,2-O-,3-陶瓷復合材料的研究.pdf

1、Al2O3陶瓷具有高硬度、高強度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，是優(yōu)異的工程陶瓷材料之一，但Al2O3陶瓷的脆性限制了其應用范圍。通過添加MF(Mullite Fiber)來改善Al2O3陶瓷的脆性問題，提高Al2O3陶瓷的韌性，使其能應用于更多的生產領域。 利用傳統(tǒng)的無壓燒結技術，添加適量的燒結助劑，選取合理的纖維分散工藝，制備出莫來石纖維增強氧化鋁陶瓷基復合材料，通過纖維預處理和添加納米ZrO2兩種途徑來提高MF增韌效果，使復

2、合材料性能進一步提高，對其力學性能進行了測試，并初步討論了復合增韌機理。 利用SEM、DTA等分析手段研究了莫來石纖維經高溫處理后的表面形貌，結果表明當溫度高于1550℃時，纖維表面晶粒粗化，纖維的力學性能開始降低，復合材料的燒結溫度應低于1550℃。選用CMS-G和TiO2作為燒結助劑來降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度。當CMS-G和TiO2含量分別為3％和1％，燒結溫度1450℃，保溫2h時，氧化鋁陶瓷基體致密燒結，相對密度達到98

3、.93％，且晶粒發(fā)育良好，結晶均勻。 利用溶膠-凝膠法在纖維表面制備SiO2涂層，改善MF與AL2O3基體的結合性能，通過掃描電鏡觀察分析研究了不同pH值、不同水硅比下制備的硅溶膠在纖維上的涂敷效果。通過三點彎曲實驗等手段研究了纖維表面涂層對復合材料力學性能的影響。研究結果表明，當pH值在1～2之間，水硅比r=1時，SiO2溶膠的涂敷效果最理想，復合材料彎曲強度達到419.67MPa；相對密度87.15％。 為了提高MF

4、/Al2O3陶瓷材料的增韌效果，應用ZrO2相變與MF纖維復合的方式，對氧化鋁陶瓷進行增韌研究，得出結論:在MF增韌Al2O3的基礎上加入納米ZrO2進行復合，材料的韌性要比單純MF增韌效果好。采用正交設計方法研究了莫來石纖維(MF)，納米氧化鋯，燒結溫度及保溫時間對MF/Al2O3復合材料力學性能的影響機制。結果表明:MF對復合材料抗彎強度的影響最大，同時也影響材料的斷裂韌性，納米ZrO2對材料維氏硬度的影響最大，所以通過控制MF和納

5、米ZrO2粉的含量和燒結溫度，可以改善復合材料顯微結構，提高材料的力學性能。復合材料制備的最佳工藝條件為:10％MF，10％納米ZFO2粉，燒成溫度1500℃。此條件下制備的復合材料相對密度93.85％，抗彎強度712.128 MPa，斷裂韌性10.054 MPa-mL2，維氏硬度9.108GPa。 初步探討了納米ZrO2與MF的復合增韌機理，纖維的拔出與脫粘、纖維的橋聯(lián)和ZrO2相變，微裂紋是提高復合材料強度和韌性的主要原因。