三维贯通Al2O3/Al复合材料制备的研究

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近年来,三维贯通陶瓷/金属复合材料得到越来越多研究者的重视。此种材料中的陶瓷相与金属相在三维空间呈现双连续互锁结构,互为增强,使得复合材料的耐磨性、高温强度等性能得到很大提升。但是,陶瓷与金属之间存在润湿性较差的问题。本研究依据SiO2与Al反应生成Al2O3和Si,提出制备三维贯通Al2O3/Al复合材料的两种方法:1)利用溶胶-凝胶法在Al2O3网络陶瓷表面制备一层SiO2涂层,将含有涂层的陶瓷与铝进行复合,通过反应润湿来改善Al2O3与Al金属之间的润湿性,从而制备出界面结合良好的三维贯通Al2O3/Al复合材料;2)制备出SiO2网络陶瓷,利用其与Al液的反应在原位生成Al2O3陶瓷,制备出界面结合良好的三维贯通Al2O3/Al复合材料。经过试验,得出以下结论:(1)制得的SiO2涂层在900℃开始呈现出晶化趋势,且处理温度越高SiO2涂层的晶化程度越高;同时,较高温度有利于SiO2颗粒的烧结,涂层的连续性越好。SiO2涂层厚度可通过调节H2O:TEOS摩尔比和浸渍次数实现控制。(2)SiO2涂层能够有效改善75 Al2O3与Al的润湿性,使得复合材料的界面更加洁净,结合更加紧密。(3)75 Al2O3中的莫来石可以与铝发生反应形成Al2O3,此反应可以改善润湿,产生的毛细力使得铝液更快进入陶瓷内部。铝液进入陶瓷的通道为反应时体积收缩所形成的缝隙以及陶瓷内部孔洞。(4)SiO2陶瓷浆料中引入H3BO3后,可明显提高陶瓷的密度和强度,且随着H3BO3含量的增加,密度和抗弯强度增加。(5)利用SiO2陶瓷骨架与熔融Al液发生的原位反应可以制备出界面结合良好的三维贯通Al2O3/Al复合材料。(6)SiO2网络陶瓷和Al反应在原位生成Al2O3,生成的Al2O3骨架由颗粒状Al2O3及连续网状Al2O3构成,但是Al2O3陶瓷整体保持了SiO2骨架的原有结构。反应生成的Si单质进入到Al基体中,与Al形成了铝-硅合金。
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