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《合肥工业大学》 2009年
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氧化铝陶瓷低温烧结与裂纹自愈合研究

顾皓  
【摘要】: 氧化铝陶瓷的低温烧结一直是人们研究的热点之一,通过添加剂来降低烧结温度是较为有效的方法。而在结构陶瓷的制备、加工与使用过程中,裂纹的出现十分常见,裂纹引起的强度的衰减及可靠性降低等问题极大地限制了材料的实际应用。本文以MgO-MnO_2-TiO_2-SiO_2复相添加剂作为氧化铝陶瓷的烧结助剂,采用注浆成型工艺,在1400℃、1450℃下空气中烧结,保温1h制备低温烧结氧化铝陶瓷;研究了添加剂SiO_2的含量与粒度,烧结温度对低温烧结Al_2O_3陶瓷材料性能的影响。对于添加纳米SiO_2烧结添加剂的氧化铝陶瓷材料试样,通过Vickers压痕在材料表面引入裂纹,经1000℃、1100℃、1200℃高温处理,研究裂纹愈合效果。测定了烧结试样的密度,收缩率,硬度。对烧结与裂纹愈合前后试样的三点弯曲强度进行了检测;利用XRD分析了烧结及愈合处理试样的相组成;通过SEM扫描电子显微镜观察烧结试样的断口及表面形貌;并讨论了低温烧结Al_2O_3基陶瓷的烧结和裂纹愈合机理。 结果表明:加入SiO_2对氧化铝陶瓷的低温烧结是非常有利的。当加入0.5wt%SiO_2时,制备的Al_2O_3基陶瓷材料的三点弯曲强度达到299MPa。但随着SiO_2加入量的不断增大氧化铝陶瓷三点弯曲强度有下降的趋势。添加剂的粒度对制备的材料性能影响明显。当采用纳米级取代微米级SiO_2时,1450℃试样烧结后,0.5wt%SiO_2试样三点弯曲强度高达306.21 MPa,相对密度达到98.12%。 添加纳米SiO_2的带压痕试样经1000℃、1100℃、1200℃热处理1小时后,表面压痕裂纹均出现一定程度自愈合现象,材料的压痕强度经愈合处理后均有提高,但提高幅度差别较大。其中1200℃时,添加纳米1%wtSiO_2试样处理后三点弯曲强度最高,达到300.27MPa(恢复率:61.84%),已经达到了材料原始强度的水平;而添加纳米3%wtSiO_2试样愈合效果最高佳(恢复率:112.2%),弯曲强度达到296.7MPa,达到并超过了材料的原始烧结强度。 综上所述,SiO_2添加剂对低温烧结氧化铝陶瓷的烧结与裂纹愈合均产生明显的影响,但最佳量有所不同,对于烧结过程,加入0.5wt%SiO_2效果最好,过多反而会使得材料烧结强度下降,而对于愈合过程,适当提高添加量对愈合效果是有利的。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ174

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