Al_2O_3-ZrO_2纳米复相陶瓷超塑变形微观组织分析

【摘要】： Al_2O_3-ZrO_2系高性能陶瓷是较成熟的ZrO_2弥散陶瓷,也是陶瓷基复合材料研究的重点,弥散于Al_2O_3陶瓷基体上的四方氧化锆粒子通过相变韧化,可显著提高Al_2O_3陶瓷的韧性和强度。没有杂质的细晶Al_2O_3-20%ZrO_2陶瓷可在1400~1600℃内进行超塑压缩变形,获得大应变。本文以Al_2O_3-ZrO_2纳米复相陶瓷为研究对象,按照“粉体均匀混合—块体制备—超塑成形—组织分析”这一完备的工艺路线来研究Al_2O_3-ZrO_2纳米复相陶瓷成形后的组织。 采用行星式球磨法制备了混合均匀的纳米级Al_2O_3-ZrO_2复合粉体。复合粉体经1450℃真空热压烧结,制备了内晶/晶界混合型纳米复相陶瓷块体。陶瓷块体在1550℃超塑压缩变形,最大变形量为82%,且成形良好。Al_2O_3-ZrO_2纳米复相陶瓷的XRD图谱显示,变形前后Al_2O_3衍射强度变化显著,而ZrO_2衍射强度变化不大。采用表征材料织构取向度的F参数分析得出:变形后Al_2O_3晶粒在{110}、{113}和{300}晶面具有择优取向,而ZrO_2晶粒取向不明显;由极图分析可知,压缩变形后垂直压缩平面上的Al_2O_3晶粒在{110}、{300}晶面织构较强,{113}晶面织构稍弱;压缩平面上的Al_2O_3晶粒织构漫散。借助透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对变形组织进行分析,SEM分析表明:超塑压缩变形后,Al_2O_3晶粒定向排列,出现织构,ZrO_2晶粒无规则排列;变形后组织致密,晶粒尺寸变大,且沿着变形方向出现了纤维组织。TEM分析表明:陶瓷压缩时产生位错行为,且发生了动态回复和动态再结晶;变形后复相陶瓷仍为内晶/晶界混合型纳米结构。