热压烧结制备碳化硅强韧化ZTA陶瓷及其机制
发布时间：2022-02-09 12:32
Al2O3陶瓷材料具有高硬度、良好的耐磨性和非常稳定的化学性质等优点,但是较低的断裂韧性（3-4 MPa·m1/2）和抗弯强度（400-600 MPa）限制了其应用,因此对Al2O3陶瓷进行强韧化非常必要,而复合协同增韧具有更好的效果。本研究以A1203、3Y-Zr02为原料,碳化硅晶须（SiCw）和碳化硅颗粒（SiCp）为增韧剂,MgO为烧结助剂,热压烧结制备了力学性能优异的SiC/ZTA复合陶瓷,并分析了其力学性能、微观结构及其强韧化机制。首先,研究了球磨时间对SiC/ZTA复合陶瓷力学性能的影响。结果表明,随着球磨时间增加,抗弯强度提高,当球磨时间增至10h,复合陶瓷的抗弯强度趋于稳定。其次,研究了烧结温度、SiCw和SiCp的含量对SiC/ZTA复合陶瓷力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度从1430℃升高到1630℃,复合陶瓷材料的维氏硬度、相对密度、抗弯强度和断裂韧性都先增加后减小,在1530℃时达到最大且陶瓷完全烧结。因此确定SiC/ZTA复合陶瓷的最佳烧结温度为1530℃。研究发现,当添加SiCw时,随着SiCw质量从0增加到26 wt%时,复合陶瓷的平均晶粒尺寸从75...
【文章来源】：海南大学海南省211工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨晶须的増韧机制示意图（Ｃａｍｐｂｅｌｌ，１９９０）．??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｔｈａｔ?ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ?ｔｏ?ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ?ｂｙ??ｗｈｉｓｋｅｒｓ（ＣａｍｐｂｅｌＩ，１９９０）．??
样品为代表，研宄了?ＳｉＣｗ的球磨时间对ＳｉＣ／ＺＴＡ复合陶瓷抗弯强度的影响。原料??Ａｌ２〇３、Ｚｒ〇２、ＳｉＣｐ和ＭｇＯ球磨时间为１０ｈ，ＳｉＣｗ的球磨时间分另ｉｊ设为；Ｚｈ和１０ｈ，??图２－１为Ｓ１１样品的抗弯强度测量结果。当ＳｉＣｗ的球磨时间由２?ｈ增加至１０?ｈ时，??材料的抗弯强度平均值有所增加，测量值更稳定。可见，增加球磨时间可使ＳｉＣｗ在??基体中均匀分散，有效减少晶须的团聚。因此，在利用ＳｉＣｗ对Ａ１２０３基复合陶瓷进??行补强增韧时选择合适的球磨时间，可实现ＳｉＣｗ的均匀分散，有利于提高ＳｉＣ／ＺＴＡ??复合陶瓷的力学性能。实验中所有需要加入ＳｉＣｗ的样品，球磨时间都设定为１０?ｈ。??１３００?－??卞??霄１２００?－??｜?ｘ??Ｓ?１１００?－??￡??＂〇）?１〇〇〇?－?ＧｙｙｉＳＳ??＾?９〇〇?－???丄??Ｖ）??ｒｏ?８００?－??３??２?７〇〇?－??６００?－??５００??，?１???２ｈ?１０ｈ??Ｓｅｃｏｎｄ?ｍｉｌｌｉｎｇ?ｔｉｍｅ?（ｈ）??图２－１球磨时间对Ｓｌｌ样品抗弯强度的影响。图中粗实线表示中位数
ｗｔ％的范围内变化时，可获得力学性能优异的ＳｉＣＷＺＴＡ复合陶瓷。??３．２．４显微结构和晶粒尺寸??图３－９为利用热压烧结法制备的含有不同ＳｉＣｗ质量的ＳｉＣｗ／ＺＴＡ复合陶瓷的断??面形貌。图３－９（ａ）是ＳｉＣｗ含量为０的复合陶瓷的断面ＳＥＭ图片，可以看出Ｚｒ０２晶??粒与Ａ１２０３基体结合较好，没有明显的气孔和缺陷，相对密度可达９９．６９％（图３－７）。??图３－９ｂ、ｃ、ｄ分别为Ｓ５、Ｓ２、Ｓ６样品的断面ＳＥＭ图片，黄色箭头指示ＳｉＣｗ拔出??现象。由图３－９ｂ和ｃ可知Ｓ５，?Ｓ２中ＳｉＣｗ在ＺＴＡ基体中分散均句，复合陶瓷的力学??性能随ＳｉＣｗ的增加逐渐提高（图３－８）。图３－９ｄ中ＳｉＣｗ严重团聚形成缺陷，由于ＳｉＣｗ??含量过高时，很难在基体中将其完全分散，ＳｉＣｗ之间就会形成搭桥效应造成严重的??缺陷，从而降低了材料的力学性能（见图３－８）。??图３－９?（ａ－ｄ）?ＳｉＣｗ／ＺＴＡ陶瓷的断裂表面的ＳＥＭ图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3基陶瓷材料增韧的研究进展[J]. 储爱民,王志谦,张德智,刘文辉,徐红梅. 材料导报. 2017(S1)
[2]纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具切削HT200时的切削性能研究[J]. 钟金豹,黄传真. 组合机床与自动化加工技术. 2015(02)
[3]ZrO2增韧Al2O3陶瓷的力学性能和增韧机制[J]. 任会兰,龙波,宁建国,褚亮. 复合材料学报. 2015(03)
[4]氧化锆纤维增强的氧化铝陶瓷的抗热震性能[J]. 冯帅,王志,丁寅森,史国普. 济南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[5]碳化硅晶须与颗粒分散性能研究[J]. 何昊翰,王化军. 科技资讯. 2012(29)
[6]烧结方法对Ni-MF/Al2O3复相陶瓷力学性能及微观结构影响[J]. 邢国红,王志,丁寅森,张雷. 济南大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]碳化硅晶须的制备及其在复合材料增韧中的应用[J]. 王秋红,郑勇,孙帆,高小龙. 硬质合金. 2010(01)
[8]氧化铝基陶瓷抗热震性的研究进展[J]. 张巍,韩亚苓. 陶瓷学报. 2008(02)
[9]Al2O3/（W,Ti）C纳米复合陶瓷材料的力学性能与强韧化机理[J]. 周咏辉,艾兴,赵军,袁训亮,薛强. 山东大学学报(工学版). 2008(01)
[10]A12O3陶瓷自增韧研究进展[J]. 钟长荣,毕松,苏勋家,侯根良. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(04)
硕士论文
[1]ZrO2/Al2O3系层状复合陶瓷材料的研究[D]. 马玉柱.重庆大学 2002
本文编号：3617013
【文章来源】：海南大学海南省211工程院校
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－丨晶须的増韧机制示意图（Ｃａｍｐｂｅｌｌ，１９９０）．??Ｆｉｇ．１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｔｈａｔ?ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ?ｔｏ?ｔｏｕｇｈｅｎｉｎｇ?ｂｙ??ｗｈｉｓｋｅｒｓ（ＣａｍｐｂｅｌＩ，１９９０）．??
样品为代表，研宄了?ＳｉＣｗ的球磨时间对ＳｉＣ／ＺＴＡ复合陶瓷抗弯强度的影响。原料??Ａｌ２〇３、Ｚｒ〇２、ＳｉＣｐ和ＭｇＯ球磨时间为１０ｈ，ＳｉＣｗ的球磨时间分另ｉｊ设为；Ｚｈ和１０ｈ，??图２－１为Ｓ１１样品的抗弯强度测量结果。当ＳｉＣｗ的球磨时间由２?ｈ增加至１０?ｈ时，??材料的抗弯强度平均值有所增加，测量值更稳定。可见，增加球磨时间可使ＳｉＣｗ在??基体中均匀分散，有效减少晶须的团聚。因此，在利用ＳｉＣｗ对Ａ１２０３基复合陶瓷进??行补强增韧时选择合适的球磨时间，可实现ＳｉＣｗ的均匀分散，有利于提高ＳｉＣ／ＺＴＡ??复合陶瓷的力学性能。实验中所有需要加入ＳｉＣｗ的样品，球磨时间都设定为１０?ｈ。??１３００?－??卞??霄１２００?－??｜?ｘ??Ｓ?１１００?－??￡??＂〇）?１〇〇〇?－?ＧｙｙｉＳＳ??＾?９〇〇?－???丄??Ｖ）??ｒｏ?８００?－??３??２?７〇〇?－??６００?－??５００??，?１???２ｈ?１０ｈ??Ｓｅｃｏｎｄ?ｍｉｌｌｉｎｇ?ｔｉｍｅ?（ｈ）??图２－１球磨时间对Ｓｌｌ样品抗弯强度的影响。图中粗实线表示中位数
ｗｔ％的范围内变化时，可获得力学性能优异的ＳｉＣＷＺＴＡ复合陶瓷。??３．２．４显微结构和晶粒尺寸??图３－９为利用热压烧结法制备的含有不同ＳｉＣｗ质量的ＳｉＣｗ／ＺＴＡ复合陶瓷的断??面形貌。图３－９（ａ）是ＳｉＣｗ含量为０的复合陶瓷的断面ＳＥＭ图片，可以看出Ｚｒ０２晶??粒与Ａ１２０３基体结合较好，没有明显的气孔和缺陷，相对密度可达９９．６９％（图３－７）。??图３－９ｂ、ｃ、ｄ分别为Ｓ５、Ｓ２、Ｓ６样品的断面ＳＥＭ图片，黄色箭头指示ＳｉＣｗ拔出??现象。由图３－９ｂ和ｃ可知Ｓ５，?Ｓ２中ＳｉＣｗ在ＺＴＡ基体中分散均句，复合陶瓷的力学??性能随ＳｉＣｗ的增加逐渐提高（图３－８）。图３－９ｄ中ＳｉＣｗ严重团聚形成缺陷，由于ＳｉＣｗ??含量过高时，很难在基体中将其完全分散，ＳｉＣｗ之间就会形成搭桥效应造成严重的??缺陷，从而降低了材料的力学性能（见图３－８）。??图３－９?（ａ－ｄ）?ＳｉＣｗ／ＺＴＡ陶瓷的断裂表面的ＳＥＭ图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]Al2O3基陶瓷材料增韧的研究进展[J]. 储爱民,王志谦,张德智,刘文辉,徐红梅. 材料导报. 2017(S1)
[2]纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具切削HT200时的切削性能研究[J]. 钟金豹,黄传真. 组合机床与自动化加工技术. 2015(02)
[3]ZrO2增韧Al2O3陶瓷的力学性能和增韧机制[J]. 任会兰,龙波,宁建国,褚亮. 复合材料学报. 2015(03)
[4]氧化锆纤维增强的氧化铝陶瓷的抗热震性能[J]. 冯帅,王志,丁寅森,史国普. 济南大学学报(自然科学版). 2013(02)
[5]碳化硅晶须与颗粒分散性能研究[J]. 何昊翰,王化军. 科技资讯. 2012(29)
[6]烧结方法对Ni-MF/Al2O3复相陶瓷力学性能及微观结构影响[J]. 邢国红,王志,丁寅森,张雷. 济南大学学报(自然科学版). 2010(04)
[7]碳化硅晶须的制备及其在复合材料增韧中的应用[J]. 王秋红,郑勇,孙帆,高小龙. 硬质合金. 2010(01)
[8]氧化铝基陶瓷抗热震性的研究进展[J]. 张巍,韩亚苓. 陶瓷学报. 2008(02)
[9]Al2O3/（W,Ti）C纳米复合陶瓷材料的力学性能与强韧化机理[J]. 周咏辉,艾兴,赵军,袁训亮,薛强. 山东大学学报(工学版). 2008(01)
[10]A12O3陶瓷自增韧研究进展[J]. 钟长荣,毕松,苏勋家,侯根良. 粉末冶金材料科学与工程. 2007(04)
硕士论文
[1]ZrO2/Al2O3系层状复合陶瓷材料的研究[D]. 马玉柱.重庆大学 2002
本文编号：3617013
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