Fe_3Al/Al_2O_3纳米复相陶瓷材料制备及其性能研究

【摘要】： Al_2O_3陶瓷具有耐高温、耐磨损和耐腐蚀等一系列优良的特征,但其脆性限制了其优良性能的发挥,因此Al_2O_3陶瓷的韧化成为近年来陶瓷研究的重要课题之一。Fe_3Al金属间化合物具有长程有序的特殊结构,其高温强度、高温蠕变和抗氧化、耐腐蚀性能优于大部分金属材料,韧性优于陶瓷材料,因此认为它是介于高温合金与陶瓷之间的一种新型高温结构材料。近年来,利用金属间化合物对陶瓷进行增韧取得了较好的效果。 本论文研究的主要目的是利用Fe_3Al颗粒改善Al_2O_3陶瓷的韧性。制备的Fe_3Al/Al_2O_3陶瓷基复相陶瓷是以Al_2O_3陶瓷为基体,以Fe_3Al金属间化合物为增韧补强相的复相陶瓷。 本论文采用常压烧结和热压烧结两种工艺,通过改变Fe_3Al的加入量、成型压力、烧结温度和烧结时间,制备了Fe_3Al/Al_2O_3复相陶瓷。采用X射线衍射、光学显微镜、电子探针、扫描电镜分析不同制备条件下的材料显微组织,同时对材料进行致密度、维氏硬度和断裂韧性的测试,并且讨论了复相陶瓷的韧化机理。 结果表明(1)Fe_3Al的加入有细化晶粒的作用,常压烧结后的材料晶粒尺寸在300nm左右,热压烧结后的材料晶粒尺寸在500nm左右。(2)Fe_3Al的加入有利于复相陶瓷力学性能的提高。维氏硬度最高达到9.75 Gpa,断裂韧性最高达到8.3MPa/m~(1/2)。(3)增大成型压力、提高烧结温度、延长保温时间有利于材料致密度提高,材料的力学性能也得到相应提高。(4)采用热压烧结工艺制备的材料比常压烧结的材料致密性好,力学性能高。