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氧化铝陶瓷具有高硬度、耐磨损、耐高温、抗腐蚀、低密度、原料分布广泛等优点,但韧性较差,寻求合适的方法提高氧化铝陶瓷的强韧性,具有重要的理论意义和应用价值。本文利用Cr3C2分别与(W,Ti)C、SiC、Ti(C,N)等多相复合协同强韧化Al2O3陶瓷,成功制备了3种具有优良综合力学性能的新型Al2O3复合陶瓷材料。系统研究了新型Al2O3复合陶瓷材料的热压烧结工艺、力学性能、微观结构、强韧化机理、耐磨抗蚀、抗热震性能,并进行了初步应用。 根据颗粒弥散强韧化机理,基于残余应力场增韧和细晶强韧化,设计了Cr3C2分别与(W,Ti)C、SiC、Ti(C,N)等多相复合协同强韧化Al2O3陶瓷材料系统。 为精确测试陶瓷试样的密度,在Archimedes排水法的基础上,设计了精确快捷测量体积与密度的新方法,制作了相应的测试装置。 成功研制了3种复合陶瓷材料ACW、ACT和ACS,它们的平均抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别为562MPa、9.35MPa·m1/2和18.77GPa,715MPa、8.58MPa·m1/2和20.9GPa,515MPa、8.22MPa·m1/2和18.19GPa。利用SEM、TEM、EDAX、SAD等对3种复合陶瓷材料的微观结构研究表明,只有在合适的热压工艺和组分条件下才能获得良好的微观组织结构。3种材料微观结构中均发现了大量的位错、内晶型纳米粒子,和一些应力条纹,它们对于材料的强韧化作出贡献。添加相粒子对于基体晶粒的生长起到抑制作用,利于晶粒细化。材料断裂方式表现出沿晶和穿晶的混合模式,断口凹凸不平,偶见有长柱状晶粒和晶粒拔出现象。表面压痕裂纹的偏转和桥联,是复合材料强韧性提高的表现。 ACW复合陶瓷材料主要强韧化机制有残余应力场增韧、裂纹偏转与裂纹桥联增韧、内晶型结构强韧化、细晶强韧化。 分析了内晶型结构对晶界的作用,认为,如果内晶型结构本身晶粒较小,处在一主晶界两界面之间,而其整体又处于压应力状态的话,则对该主晶界起到推开的作用:如处于拉应力状态则对主晶界产生闭合作用。如果内晶型结构晶粒较大,自身较少的部分界面处在一主晶界上,而其整体又处于压应力状态,则挤压该主晶界起到闭合强化的作用;如处于拉应力状态则弱化主晶界。 Al2O3复合陶瓷材料与YG8硬质合金干摩擦时的摩擦系数、磨损率均明显低于单相Al2O3陶瓷。其中,103#、203#、303#材料的摩擦系数和磨损率比单相Al2O3陶瓷降低了一半左右。Al2O3复合陶瓷材料的磨损率随法向荷载、磨损时间的增加均减小,且变化趋向平缓。