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氧化铝陶瓷由于原料资源丰富、性能优良成为应用最广泛的一种结构陶瓷材料,但其脆性极大的限制了氧化铝陶瓷的应用领域。本研究以T~A1203为原料,添加少量的3Y-TZP相变材料和Ti02-MgO-CAS(CaO-A12O3-Sich玻璃)系复合添加剂,通过超细化球磨处理,控制起始粉料的颗粒度,采用热压烧结的方法成功制备出含有原位生长异向晶的A1203/3Y-TZP复合材料。并在此基础上,引入一定量的金属延性颗粒,利用多种增韧机制复合增韧来进一步提高氧化铝陶瓷的力学性能,这是本文的创新之处,在国内外尚未见有类似研究报道。期望通过本课题的研究为氧化铝陶瓷的强韧化开辟出一条崭新的途径。
研究表明:n02-M:gO-CAS系复合添加剂能显著的促进Al2O3晶粒发生各向异性生长。CAS玻璃粉添加量的微小变化直接影响Al203/3Y-TZP复合材料的烧结行为和显微结构,包括材料的致密度,晶粒的形貌和尺寸,组织结构等。
原位生长异向晶与相变复合增韧可以显著提高A1203陶瓷的力学性能,在.3Y-TZP添加量为10wt%(6.7v01%)的情况下,添加O.4wt%Ti02+0.1wt%MgO+0.5wt%CAS复合添加剂,经1550℃保温1h烧结后,制各出的氧化铝基陶瓷,最高抗弯强度达556.35MPa,断裂韧性为6.73MPa.mIt2,综合力学性能高于国内外文献报道的氧化铝晶粒呈等轴状、添加3Y-TZPlov01%左右的ZTA陶瓷。在此基础上,以相同的烧结工艺条件,添加5wt%Cu粉后制备的原位生长异向晶/3Y-TZP/Cu复合增韧氧化铝陶瓷,抗弯强度为560.54MPa,断裂韧性为7.39MPa.m~a,在强度略有提高的情况下,断裂韧性比加A,Cu粉前提高了10%,增韧效果十分明显。与湿化学法制备的ZTA陶瓷相比较,其成本较低。
原位生长异向晶的增韧机制主要有裂纹桥接、裂纹偏转、裂纹分岔、片晶拔出。Zr02增韧机理有应力诱导相交增韧、显微裂纹增韧、裂纹偏转。金属延性颗粒增韧机理包括:热膨胀失配增韧、裂纹尖端屏蔽,以及裂纹桥联。多重增韧机理之间可以相互叠加,互相影响起到协同增韧的作用。