SHS复合管内衬(AlO+ZrO)复相陶瓷的显微组织与韧化行为分析研究

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本文通过向主燃烧配系引入不同含量的ZrO<,2>(4mol%Y<,2>O<,3>)组元,采用SHS重力分离技术制备了内衬(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)复相陶瓷的复合管。对内衬复相陶瓷的力学性能、显微组织及其形成过程和复相陶瓷的韧化机理进行了系统研究;并探索能够实现相变增韧和复相增韧的最优主燃烧配系和自蔓延合成工艺。在ZrO<,2>(4m01%Y<,2>O<,3>)含量为25wt%时,断裂韧性达到最大值, 为15.96 MPa·m<1/2>。 通过SEM扫描电镜显微观察和EPMA能谱分析,得出陶瓷基体主要由Al<,2>O<,3>与ZrO<,2>的层片状或棒状共晶组织构成;对于(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)亚共晶成分复相陶瓷,Al<,2>O<,3>以枝晶分布于共晶体间,ZrO<,2>以条带状或颗粒状分布于(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)共晶体之间的边界区域上:对于(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)过共晶成分复相陶瓷,ZrO<,2>相以雪花状或鱼骨状分布于共晶体之间。在(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)复相陶瓷高温熔体的冷却凝固过程中,对于亚共晶成分复相陶瓷,Al<,2>O<,3>相将作为领先相首先析出,剩余液相再先后进行离异共晶和共生共晶两种生长方式结晶长大;而对于过共晶成分复相陶瓷,ZrO<,2>作为领先相析出后,剩余液相再按共生共晶方式结晶长大。 在(Al<,2>O<,3>+ZrO<,2>)复相陶瓷中主要存在:基体桥接增韧、ZrO<,2>相变增韧、微裂纹增韧与颗粒增韧四种增韧机理。对于亚共晶成分复相陶瓷,其韧化机理是以基体桥接增韧机制和ZrO<,2>相变增韧机制为主,微裂纹增韧机制是伴随前两者增韧机制而发挥韧化作用并产生强烈耦合增韧效应;而对于过共晶成分复相陶瓷,其韧化机理是以微裂纹增韧机制和基体桥接增韧机制为主,ZrO<,2>相变增韧机制伴随前两者增韧机制发挥韧化作用并产生强烈耦合增韧效应。
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