氧化铝基复相陶瓷的抗热震性研究

发布时间：2020-10-26 18:16

　　 陶瓷具有优异的力学性能、良好的耐高温腐蚀性能和出色的化学稳定性,但其抗热震性通常较差,这使得其应用于铸造镶嵌法制备陶瓷/金属复合材料时受到限制。因此,研究进一步提高陶瓷的抗热震性是非常必要的。本研究通过在Al_2O_3/莫来石复相陶瓷原料中分别添加AlF_3、MgO和ZrSiO_4,在复相陶瓷中引入莫来石晶须、堇青石和ZrO_2,基于晶须增韧、热膨胀失配和相变增韧的机制,以解决Al_2O_3/莫来石复相陶瓷热震后强度低等问题。研究原料组成、烧结温度和保温时间对陶瓷物相组成、烧结性能、微观形貌、机械性能和抗热震性能的影响规律,实现对Al_2O_3/莫来石复相陶瓷抗热震性能的控制。研究结果表明:(1)以Al_2O_3、SiO_2和AlF_3为原料,通过注浆成型法制备莫来石晶须增强的Al_2O_3/莫来石复相陶瓷。随着温度和AlF_3添加量的增加,莫来石晶须的长径比降低并粗化。1600℃烧结,AlF_3含量5wt%,生长出的莫来石晶须直径为3~10μm,长径比10~15。陶瓷的断口主要表现出穿晶断裂特征。莫来石晶须的桥联作用显著提高陶瓷的断裂韧性,断裂韧性最高达4.79MPa·m~(1/2)。莫来石晶须能够阻碍热震过程中产生的裂纹的扩展,有效增强陶瓷抗热震性。AlF_3含量为5wt%,复相陶瓷热震10次后的弯曲强度损失率最低为3.82%。(2)以Al_2O_3、SiO_2和MgO为原料,以适量的PVA溶液作为塑性剂,通过模压成型法制备Al_2O_3/莫来石/堇青石复相陶瓷。随着MgO添加量的增加,复相陶瓷中开始出现堇青石相,开气孔率增加,体积密度降低。Al_2O_3/莫来石/堇青石复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性均随着MgO含量增加而降低。基于热失配机制,Al_2O_3/莫来石/堇青石复相陶瓷热震10次后的弯曲强度损失率最低为7.42%。(3)以Al_2O_3、ZrSiO_4和MgO为原料,以适量的PVA溶液作为塑性剂,通过模压成型法制备Al_2O_3/ZrO_2/莫来石复相陶瓷。随着MgO添加量的增加,t-ZrO_2含量增加。过多的MgO加入会生成镁铝尖晶石。基于ZrO_2相变增强作用,Al_2O_3/ZrO_2/莫来石复相陶瓷的弯曲强度最大为365.21MPa,陶瓷的断裂韧性达到5.31MPa?m~(1/2)。复相陶瓷热震10次后弯曲强度的损失率最低为5.61%。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.1
【部分图文】：

还具有优良的电绝缘性等以在苛刻的条件下使用，故瓷的研究范围越来越广，所晶态，主要有 α-Al2O3，γ-Al2O，性质也有较大差异，1300℃ndum），结构最致密，活性低净的刚玉是无色透明的，含有玉呈蓝色，即蓝宝石。元素 A 63%，共价键占 33%，可见阵基元为 O2-或 Al3+离子。α-A，其晶胞是棱面体，如图 1.1(

长安大学硕士学位论文种情形下推导得到最大温差，见式(1.4)：EarhTmf0.31x(1)max 热导率，h 为表面对环境的传热系数，rm为材料的半厚度。(1)2 EaRf 热应力断裂抵抗因子。几种材料在 673K 时，ΔTmax- rmh 的计算

图 1.3 裂纹桥联机理示意图及实例(a)裂纹桥联; (b)碳纤维[10]Fig.1.3 Schematic diagram of crack bridging(a)crackle bridging; (b)carbon fibre（2）裂纹偏转晶须/纤维的裂纹偏转效应与裂纹桥联有时是同时作用的，裂纹偏转指的是当裂纹扩展到晶须/纤维时，因晶须/纤维模量极高，裂纹只得绕过晶须/纤维，有两种形式，裂纹沿轴向与径向的扩展，图 1.4(a)、(b)分别为裂纹沿轴向和沿径向扩展。图 1.4 裂纹偏转示意图(a)轴向; (b)径向Fig.1.4 Schematic diagram of crack deflection(a)axial direction; (b)radial direction(b)(a)
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本文编号：2857340