Al-,2-O-,3--SiC納米復(fù)合陶瓷制備工藝及微觀結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、氧化鋁基陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕和磨損等金屬材料難以比擬的優(yōu)點(diǎn)，其原材料廣泛、價(jià)格低廉又是其它陶瓷材料所無(wú)法相比的。但陶瓷材料本身所固有的本質(zhì)脆性始終是其廣泛應(yīng)用的瓶頸。 本文以納米SiC顆粒及微米Al<,2>O<,3>為主要原料，成功制備了Al<,1>O<,3>/SiC陶瓷基納米復(fù)合材料。 研究了納米粉體的分散技術(shù)。探討適合Al<,2>O<,3>/SIC系統(tǒng)的分散方法及具體工藝，得出復(fù)合粉體均勻分散的最佳工藝

2、參數(shù)并制備出性能優(yōu)良的粉體。 利用Al<,2>O<,3>在燒結(jié)時(shí)易各向異性長(zhǎng)大的特點(diǎn)，通過(guò)控制燒結(jié)工藝，調(diào)整SiC的加入量實(shí)現(xiàn)了對(duì)Al<,2>O<,3>/SiC微觀結(jié)構(gòu)的剪裁，以獲得最佳的力學(xué)性能。 分析了Al<,2>O<,3>/SiC納米復(fù)合材料燒結(jié)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)過(guò)程，將復(fù)合材料的燒結(jié)過(guò)程劃分為三個(gè)階段。燒結(jié)過(guò)程中“晶內(nèi)型”結(jié)構(gòu)的形成取決于界面驅(qū)動(dòng)力，基體晶界及第二相納米顆粒的遷移速率等因素。界面能高及界面兩側(cè)相鄰晶粒

3、的差別大，有利于晶界的遷移，從而有利于形成“晶內(nèi)型”結(jié)構(gòu)。 對(duì)Al<,2>O<,3>/SiC的制備工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到了SiC均分散于Al<,2>O<,3>基體中的燒結(jié)體。部分納米SiC位于Al<,2>O<,3>晶粒內(nèi)部，部分位于晶界上，成功制備出了“晶內(nèi)型”結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。 Al<,2>O<,3>/SiC納米復(fù)合材料有良好的力學(xué)性能，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性的最大值分別為668.02Mpa和4.9MPa·m<'1/2>

4、，與單相Al<,2>O<,3>陶瓷相比具有顯著的提高。 納米SiC的加入改變了Al<,2>O<,3>的晶界結(jié)合狀態(tài)，使晶界強(qiáng)化，晶內(nèi)“納米化”，促使Al<,2>O<,3>陶瓷由沿晶斷裂模式向穿晶斷裂模式的轉(zhuǎn)化。晶內(nèi)SiC的納米強(qiáng)韌化，裂紋的偏轉(zhuǎn)和基體晶粒的細(xì)化是復(fù)合材料力學(xué)性能提高的重要原因，Al<,2>O<,3>/SiC納米復(fù)合材料在抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性方面都有顯著提高。具有多種途徑的協(xié)同增韌機(jī)制是Al<,2>O<,3>/SiC