【摘 要】
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定向凝固氧化物共晶陶瓷有优异的高温稳定性能,包括热稳定性、抗氧化烧蚀能力,高温机械性能,特别是高温断裂韧性和变形能力、抗蠕变性等,被认为是最有发展前景的新一代超高温结构
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定向凝固氧化物共晶陶瓷有优异的高温稳定性能,包括热稳定性、抗氧化烧蚀能力,高温机械性能,特别是高温断裂韧性和变形能力、抗蠕变性等,被认为是最有发展前景的新一代超高温结构材料之一。 本文通过水平区熔法制备 Al2O3/GdAlO3 共晶陶瓷,并与垂直区熔法制备的Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷以及Al2O3/GdAlO3/ZrO2共晶陶瓷进行了比较,主要结论如下: (1)Al2O3/GdAlO3预烧结体的制备与表征:分析了试样物相组成、微观组织形貌、致密度以及气孔率,确定了最优烧结条件:温度为1500 ℃,烧结时间为4 h;在此条件下得到的试样仅有Al2O3相和GdAlO3相,体积密度为5.25 g/cm3,气孔率为3.1%。 (2)定向凝固Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷的制备与表征:选用实验坩埚为内径10 mm,壁厚2 mm的钨坩埚、坩埚壁温度为2400 ℃,移动速率为1-5 mm/h。经过水平区熔法制备了外表表面光滑,内部致密、呈半透明状的块状共晶陶瓷样品。通过 X 射线衍射和EDS能谱分析,Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷只有Al2O3相和GdAlO3相组成,与区熔前相比,没有新相的产生。SEM 微观结构表明,共晶陶瓷中 Al2O3相为基体相,GdAlO3相镶嵌基体相之中,形成三维组织结构。随着凝固速率的增加,共晶陶瓷的微观形貌由不规则图案逐渐转化为规则“棒状”、“层状”图案,共晶间距不断减小甚至达到0.7μm。共晶陶瓷的最大硬度达到23.36GPa、最大断裂韧性为3.12MPa?m1 / 2。 (3)通过水平区熔法和垂直区熔法制备Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷对比发现,在相同凝固速率下(3 mm/h),同垂直区熔法制备的样品相比,水平区熔法获得的样品共晶间距大约是垂直区熔法获得样品共晶间距的一半,样品微观形貌呈现不规则形状;水平区熔法制备的试样比垂直区熔法制备的试样在材料硬度和断裂韧性方面提高了近10%。 (4)ZrO2相的加入对Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷的微观形貌和力学性能有较大影响。ZrO2相分布在Al2O3相或 Al2O3和 GdAlO3相的边界,不仅改变了 GdAlO3共晶的微观形貌,还增大了Al2O3/GdAlO3之间的共晶间距,导致Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷硬度下降,但是试样韧性却得到明显提升,最大断裂韧性达到 6.55 Mpa?m1/2,这主要是由于ZrO2本身的增韧效果导致的。
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