冰模板—浸渗法制备Al基/Al 2 O 3 -ZrO 2 层状复合材料的结构与性能

发布时间：2022-09-29 10:50

　　自然界材料的自组装技术为设计和制备先进结构材料提供了思路。在诸多生物材料中,贝壳较高强韧性及优异耐磨性吸引了众多学者的注意。其优异性能源于软硬相交替排列的纳米级“砖-泥”（brick-and-mortar）结构。基于这一结构的启发,采用冰模板结合浸渗技术制备仿贝壳结构材料引起了学术界的广泛关注。虽然这一技术为仿生层状复合材料的制备提供了新的指导,但文献对影响层状金属-陶瓷复合材料性能的许多关键因素并没有系统研究,如片层的结构,陶瓷片层的致密度以及金属和陶瓷之间的界面反应等。此外,目前对材料性能的研究也仅限于少量的常温力学性能,而很少涉及材料的高温以及摩擦磨损性能。所以仿贝壳结构层状Al基复合材料中涉及的片层结构,界面反应对复合材料性能影响规律及作用机制还需要进一步探索与揭示。在诸多陶瓷中,Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷由于具有高强度,高韧性以及优异的耐磨性等优点被广泛应用。然而,目前采用冰模板结合浸渗技术制备层状Al基/Al₂O₃-ZrO₂复合材料的研究很少... 

【文章页数】：171 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 贝壳及仿贝壳材料研究现状
            1.2.1.1 贝壳的结构和性能
            1.2.1.2 仿贝壳材料的研究现状
        1.2.2 冰模板制备层状多孔材料的研究
            1.2.2.1 冰模板制备层状多孔坯体原理
            1.2.2.2 冰模板制备多孔材料的影响因素
            1.2.2.3 层状多孔Al_2O_3-ZrO_2坯体的国内外研究现状
        1.2.3 层状金属-陶瓷复合材料的制备技术
            1.2.3.1 无压浸渗技术
            1.2.3.2 压力浸渗技术
        1.2.4 冰模板制备层状复合材料的国内外研究现状
        1.2.5 层状复合材料力学性能以及强韧化机制
        1.2.6 层状复合材料摩擦磨损机制
    1.3 本课题的研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 坯体制备用原材料
        2.1.2 合金材料
    2.2 工艺流程
    2.3 实验过程
        2.3.1 层状Al_2O_3-ZrO_2坯体制备
        2.3.2 润湿性测试
        2.3.3 金属熔体向多孔陶瓷坯体内浸渗
            2.3.3.1 无压浸渗技术
            2.3.3.2 压力浸渗技术
        2.3.4 复合材料热处理
    2.4 材料性能表征
        2.4.1 浆料流变性测试
        2.4.2 陶瓷坯体孔隙率和致密度的测试
        2.4.3 复合材料的密度以及孔隙率测试
        2.4.4 坯体结构分析
        2.4.5 复合材料结构分析
        2.4.6 物相分析
        2.4.7 弹性模量测试
        2.4.8 压缩强度测试
        2.4.9 弯曲强度测试
        2.4.10 断裂韧性测试
        2.4.11 复合材料的磨损性能测试
        2.4.12 复合材料的磨损形貌分析
        2.4.13 复合材料的纳米压痕硬度测试
第3章 层状Al_2O_3-ZrO_2坯体的制备
    3.1 引言
    3.2 浆料流变性
        3.2.1 陶瓷成分对浆料流变性的影响
        3.2.2 固相含量对浆料流变性的影响
    3.3 坯体结构
        3.3.1 陶瓷成分对坯体结构影响
        3.3.2 陶瓷烧结温度对坯体结构影响
        3.3.3 陶瓷初始固相含量对坯体结构的影响
    3.4 坯体性能
        3.4.1 陶瓷成分和烧结温度对坯体性能的影响
        3.4.2 陶瓷初始固相含量对坯体性能的影响
    3.5 层状多孔陶瓷的压缩断裂机制
    3.6 本章小结
第4章 无压浸渗法制备层状Al-12Si-10Mg/Al_2O_3-ZrO_2复合材料
    4.1 引言
    4.2 复合材料结构
        4.2.1 陶瓷成分对复合材料结构的影响
        4.2.2 陶瓷固相含量对复合材料结构的影响
        4.2.3 坯体烧结温度对复合材料结构的影响
    4.3 复合材料性能
        4.3.1 陶瓷成分对复合材料性能的影响
        4.3.2 陶瓷固相含量对复合材料性能的影响
        4.3.3 坯体烧结温度对复合材料性能的影响
    4.4 复合材料断裂机制
        4.4.1 复合材料的压缩断裂机制
        4.4.2 复合材料的弯曲断裂机制
    4.5 本章小结
第5章 压力浸渗法制备层状ZL107/Al_2O_3-ZrO_2复合材料
    5.1 引言
    5.2 润湿性测试
    5.3 复合材料结构和力学性能
        5.3.1 浸渗压力对复合材料结构和性能的影响
        5.3.2 热处理对复合材料结构和性能的影响
            5.3.2.1 热处理时间对复合材料结构的影响
            5.3.2.2 热处理时间对复合材料性能的影响
        5.3.3 陶瓷成分对复合材料结构和性能的影响
            5.3.3.1 陶瓷成分对复合材料结构的影响
            5.3.3.2 陶瓷成分对复合材料性能的影响
        5.3.4 复合材料各向异性压缩断裂机制分析
    5.4 复合材料干磨粒磨损性能
        5.4.1 复合材料磨损率
        5.4.2 复合材料磨损面形貌
            5.4.2.1 磨损方向对磨损面形貌的影响
            5.4.2.2 陶瓷成分对磨损面形貌的影响
            5.4.2.3 砂纸粒度对磨损面形貌的影响
        5.4.3 层状复合材料磨损机制
    5.5 本章小结
第6章 压力浸渗法制备层状Al/Al_2O_3-ZrO_2复合材料
    6.1 引言
    6.2 复合材料的结构
        6.2.1 不同陶瓷含量复合材料的结构
        6.2.2 不同陶瓷层致密度复合材料的结构
        6.2.3 陶瓷片层致密度对熔体浸渗和复合材料结构的影响
    6.3 复合材料的性能
        6.3.1 不同陶瓷含量复合材料的性能
        6.3.2 不同陶瓷层致密度复合材料的性能
    6.4 断口形貌
    6.5 复合材料的结构和性能之间的关系
    6.6 断裂机制分析
    6.7 本章小结
第7章 结论
参考文献
作者简介及在攻读博士期间所取得的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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[4]氧化铝陶瓷的低温烧结和晶粒各向异性生长研究[D]. 刘于昌.福州大学 2006
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本文编号：3682456