SiC-ZTA/ATZ复相陶瓷的增韧优化及抗氦辐照性能研究
发布时间：2022-07-03 14:12
以α-Al2O3、ZrO2和β-SiC粉体为原料,通过放电等离子烧结（SPS）制备了ZTA20wt%（ZrO2体积含量为20%）、ATZ80wt%（ZrO2体积含量为80%）、SiC20v.%-ZTA20wt%以及SiC20v.%-ATZ80wt%复相陶瓷。在此基础上运用多种手段对陶瓷的常规性能包括力学性能、热学性能进行了分析研究并研究了不同的制备参数对复相陶瓷性能的影响;根据材料的服役环境选定了适当的辐照条件对材料的抗辐照性能进行了评估,主要结论如下:1.微观结构研究:XRD结果表明:ZTA和ATZ陶瓷中仅存在α-Al2O3、ZrO2;添加SiC的复相陶瓷中仅存在α-Al2O3、ZrO2和β-SiC,不存在其余杂相,说明β-SiC在烧结过程中具有化学稳定性。SEM结果显示:适量的SiC的加入可以抑制基体晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,断裂韧性较高时在复相陶瓷以穿晶断裂为主。2.力学性能研究:SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的弯曲强度随SiC含量的增加从992MPa降到761MPa,主要是因为添加相SiC与基体之间的热膨...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 Al_2O_3 陶瓷及其研究现状
1.2.1.1 Al_2O_3 陶瓷
1.2.1.2 Al_2O_3 陶瓷的结构
1.2.1.3 Al_2O_3 陶瓷的研究现状
1.2.2 ZTA复相陶瓷及其研究现状
1.2.2.1 ZTA陶瓷增韧机理
1.2.2.2 ZTA纳米复合粉体制备
1.2.2.3 ZTA复相陶瓷发展现状
1.2.3 SiC陶瓷的研究现状
1.2.3.1 离子辐照对SiC微观结构的影响
1.2.3.2 离子辐照对SiC性能的影响
1.2.4 添加SiC对 ZTA陶瓷性能的影响
1.3 存在问题与拟开展的研究
1.3.1 存在问题
1.3.2 拟开展的研究
第二章 ZTA-SiC复相陶瓷研究
2.1 样品制备
2.1.1 粉体制备
2.1.1.1 实验原料
2.1.1.2 实验仪器和设备
2.1.1.3 实验方法
2.1.2 样品烧结
2.1.2.1 SPS烧结炉
2.1.2.2 SPS烧结原理
2.1.2.3 粉体对烧结体性能的影响
2.2 复相陶瓷XRD图谱研究
2.2.1 掺杂SiC前后复相陶瓷XRD图谱研究
2.2.2 不同烧结温度下复相陶瓷XRD图谱研究
2.3 复相陶瓷力学性能研究
2.3.1 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷弯曲强度研究
2.3.2 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷断裂韧性研究
2.3.2.1 不同SiC含量的SiC-ZTA20wt%复相陶瓷的断裂韧性
2.3.2.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ZTA20wt%复相陶瓷的断裂韧性
2.3.3 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷显微硬度研究
2.3.3.1 不同SiC含量的SiC-ZTA20wt%复相陶瓷的显微硬度
2.3.3.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ZTA20wt%复相陶瓷的显微硬度
2.3.4 小结
2.4 复相陶瓷热学性能研究
2.4.1 复相陶瓷比热容研究
2.4.2 复相陶瓷热扩散系数研究
2.4.3 复相陶瓷热导率研究
2.4.4 小结
2.5 复相陶瓷抗辐照性能研究
2.5.1 He离子辐照实验平台
2.5.2 辐照试验参数
2.5.3 辐照前后样品表面金相显微镜测试
2.5.4 辐照前后样品TEM观测
2.5.4.1 ZTA20wt%辐照样品的TEM分析
2.5.4.2 SiC20v.%-ZTA20wt%辐照样品的TEM分析
2.5.5 小结
第三章 ATZ-SiC复相陶瓷研究
3.1 样品制备
3.2 复相陶瓷XRD图谱研究
3.2.1 掺杂SiC前后复相陶瓷XRD图谱研究
3.2.2 不同烧结温度下复相陶瓷XRD图谱研究
3.3 复相陶瓷力学性能研究
3.3.1 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷弯曲强度研究
3.3.1.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.1.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ATZ80wt%复相陶瓷的弯曲强度
3.3.2 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷断裂韧性研究
3.3.2.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.2.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.3 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷显微硬度研究
3.3.3.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的显微硬度
3.4 复相陶瓷热学性能研究
3.5 小结
第四章 总结与展望
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
附录 测试相关仪器简介
一.SPS烧结炉
二.金刚石线切割机
三.自动研磨/抛光机
四.粉末X射线衍射仪(XRD)
五.扫描电子显微镜(SEM)
六.透射电子显微镜(TEM)
七.显微硬度仪
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC含量对C/C-SiC炭陶复合材料力学和热学性能的影响[J]. 虎琳,肖志超,张永辉. 航天制造技术. 2017(04)
[2]添加剂法低温烧制氧化铝陶瓷进展[J]. 花开慧,赵静,陈湜满,李景明,王悦,税安泽. 材料研究与应用. 2015(04)
[3]喷雾造粒制备ZTA复合粉体及其烧结体性能的研究[J]. 赵威,王红兵,陈鹏程,饶平根. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
[4]ZrO2含量对ZTA陶瓷力学性能及电学性能的影响[J]. 张洪波,旷峰华,任瑞康,李自金,徐磊,任佳乐,彭建中. 真空电子技术. 2013(04)
[5]ZrO2添加量对ZTA陶瓷力学性能及冲蚀磨损行为的影响[J]. 文瑞龙,房明浩,闵鑫,唐浩,唐潮,魏耀祖,黄朝晖,刘艳改,吴小文. 人工晶体学报. 2013(02)
[6]C/C-SiC复合材料的导热性能及其影响因素[J]. 李专,肖鹏,熊翔,黄伯云. 中南大学学报(自然科学版). 2013(01)
[7]陶瓷注射成型制备技术的研究与进展[J]. 谢志鹏,刘伟,杨现锋. 中国材料进展. 2011(01)
[8]烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响[J]. 吴澜尔,江涌,乔发鹏. 粉末冶金技术. 2010(01)
[9]超细粉体的团聚机理和表征及消除[J]. 王觅堂,李梅,柳召刚,胡艳宏. 中国粉体技术. 2008(03)
[10]Al2O3/Y-TZP复相陶瓷的力学性能及耐磨性[J]. 李金有,汪玉松,于天来,杨正方. 硅酸盐通报. 2006(02)
博士论文
[1]第二相对复相结构陶瓷力学性能的影响研究[D]. 石小磊.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]氧化铝陶瓷低温烧成与性能研究[D]. 李海洋.华南理工大学 2017
[2]纳米α氧化铝粉体制备及烧结性能研究[D]. 陈超伦.华东理工大学 2018
[3]纳米氧化铝/氧化锆复相陶瓷材料的制备与性能的研究[D]. 郭明玉.武汉理工大学 2014
[4]MgO+Y-TZP/Al2O3复合材料性能的研究[D]. 林衡.华南理工大学 2010
[5]纳米γ-Al2O3粉体的低成本制备和热处理工艺研究[D]. 谢田甜.浙江大学 2006
[6]t-ZrO2/α-Al2O3陶瓷纳米复合粉体制备研究[D]. 吴建华.湘潭大学 2005
[7]氧化铝基复合陶瓷的制备和性能测试[D]. 任萍萍.合肥工业大学 2004
本文编号：3655014
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 Al_2O_3 陶瓷及其研究现状
1.2.1.1 Al_2O_3 陶瓷
1.2.1.2 Al_2O_3 陶瓷的结构
1.2.1.3 Al_2O_3 陶瓷的研究现状
1.2.2 ZTA复相陶瓷及其研究现状
1.2.2.1 ZTA陶瓷增韧机理
1.2.2.2 ZTA纳米复合粉体制备
1.2.2.3 ZTA复相陶瓷发展现状
1.2.3 SiC陶瓷的研究现状
1.2.3.1 离子辐照对SiC微观结构的影响
1.2.3.2 离子辐照对SiC性能的影响
1.2.4 添加SiC对 ZTA陶瓷性能的影响
1.3 存在问题与拟开展的研究
1.3.1 存在问题
1.3.2 拟开展的研究
第二章 ZTA-SiC复相陶瓷研究
2.1 样品制备
2.1.1 粉体制备
2.1.1.1 实验原料
2.1.1.2 实验仪器和设备
2.1.1.3 实验方法
2.1.2 样品烧结
2.1.2.1 SPS烧结炉
2.1.2.2 SPS烧结原理
2.1.2.3 粉体对烧结体性能的影响
2.2 复相陶瓷XRD图谱研究
2.2.1 掺杂SiC前后复相陶瓷XRD图谱研究
2.2.2 不同烧结温度下复相陶瓷XRD图谱研究
2.3 复相陶瓷力学性能研究
2.3.1 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷弯曲强度研究
2.3.2 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷断裂韧性研究
2.3.2.1 不同SiC含量的SiC-ZTA20wt%复相陶瓷的断裂韧性
2.3.2.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ZTA20wt%复相陶瓷的断裂韧性
2.3.3 SiC-ZTA20wt%复相陶瓷显微硬度研究
2.3.3.1 不同SiC含量的SiC-ZTA20wt%复相陶瓷的显微硬度
2.3.3.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ZTA20wt%复相陶瓷的显微硬度
2.3.4 小结
2.4 复相陶瓷热学性能研究
2.4.1 复相陶瓷比热容研究
2.4.2 复相陶瓷热扩散系数研究
2.4.3 复相陶瓷热导率研究
2.4.4 小结
2.5 复相陶瓷抗辐照性能研究
2.5.1 He离子辐照实验平台
2.5.2 辐照试验参数
2.5.3 辐照前后样品表面金相显微镜测试
2.5.4 辐照前后样品TEM观测
2.5.4.1 ZTA20wt%辐照样品的TEM分析
2.5.4.2 SiC20v.%-ZTA20wt%辐照样品的TEM分析
2.5.5 小结
第三章 ATZ-SiC复相陶瓷研究
3.1 样品制备
3.2 复相陶瓷XRD图谱研究
3.2.1 掺杂SiC前后复相陶瓷XRD图谱研究
3.2.2 不同烧结温度下复相陶瓷XRD图谱研究
3.3 复相陶瓷力学性能研究
3.3.1 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷弯曲强度研究
3.3.1.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.1.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ATZ80wt%复相陶瓷的弯曲强度
3.3.2 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷断裂韧性研究
3.3.2.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.2.2 不同烧结温度下SiC20v.%-ATZ80wt%复相陶瓷的断裂韧性
3.3.3 SiC-ATZ80wt%复相陶瓷显微硬度研究
3.3.3.1 不同SiC含量的SiC-ATZ80wt%复相陶瓷的显微硬度
3.4 复相陶瓷热学性能研究
3.5 小结
第四章 总结与展望
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
附录 测试相关仪器简介
一.SPS烧结炉
二.金刚石线切割机
三.自动研磨/抛光机
四.粉末X射线衍射仪(XRD)
五.扫描电子显微镜(SEM)
六.透射电子显微镜(TEM)
七.显微硬度仪
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC含量对C/C-SiC炭陶复合材料力学和热学性能的影响[J]. 虎琳,肖志超,张永辉. 航天制造技术. 2017(04)
[2]添加剂法低温烧制氧化铝陶瓷进展[J]. 花开慧,赵静,陈湜满,李景明,王悦,税安泽. 材料研究与应用. 2015(04)
[3]喷雾造粒制备ZTA复合粉体及其烧结体性能的研究[J]. 赵威,王红兵,陈鹏程,饶平根. 稀有金属材料与工程. 2015(S1)
[4]ZrO2含量对ZTA陶瓷力学性能及电学性能的影响[J]. 张洪波,旷峰华,任瑞康,李自金,徐磊,任佳乐,彭建中. 真空电子技术. 2013(04)
[5]ZrO2添加量对ZTA陶瓷力学性能及冲蚀磨损行为的影响[J]. 文瑞龙,房明浩,闵鑫,唐浩,唐潮,魏耀祖,黄朝晖,刘艳改,吴小文. 人工晶体学报. 2013(02)
[6]C/C-SiC复合材料的导热性能及其影响因素[J]. 李专,肖鹏,熊翔,黄伯云. 中南大学学报(自然科学版). 2013(01)
[7]陶瓷注射成型制备技术的研究与进展[J]. 谢志鹏,刘伟,杨现锋. 中国材料进展. 2011(01)
[8]烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响[J]. 吴澜尔,江涌,乔发鹏. 粉末冶金技术. 2010(01)
[9]超细粉体的团聚机理和表征及消除[J]. 王觅堂,李梅,柳召刚,胡艳宏. 中国粉体技术. 2008(03)
[10]Al2O3/Y-TZP复相陶瓷的力学性能及耐磨性[J]. 李金有,汪玉松,于天来,杨正方. 硅酸盐通报. 2006(02)
博士论文
[1]第二相对复相结构陶瓷力学性能的影响研究[D]. 石小磊.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]氧化铝陶瓷低温烧成与性能研究[D]. 李海洋.华南理工大学 2017
[2]纳米α氧化铝粉体制备及烧结性能研究[D]. 陈超伦.华东理工大学 2018
[3]纳米氧化铝/氧化锆复相陶瓷材料的制备与性能的研究[D]. 郭明玉.武汉理工大学 2014
[4]MgO+Y-TZP/Al2O3复合材料性能的研究[D]. 林衡.华南理工大学 2010
[5]纳米γ-Al2O3粉体的低成本制备和热处理工艺研究[D]. 谢田甜.浙江大学 2006
[6]t-ZrO2/α-Al2O3陶瓷纳米复合粉体制备研究[D]. 吴建华.湘潭大学 2005
[7]氧化铝基复合陶瓷的制备和性能测试[D]. 任萍萍.合肥工业大学 2004
本文编号：3655014
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3655014.html
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