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《青岛大学》 2001年
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纳米SiC颗粒复合Al_2O_3-ZrO_2(m)陶瓷材料的强韧化机理的研究

郭小龙  
【摘要】: 本论文研究的纳米SiC颗粒添加到亚微米ZrO2复合亚微米Al2O3陶瓷,是基于单一纳米颗粒添加的一种多相复合新尝试。详细探讨了纳米SiC-Al2O3-ZrO2复合陶瓷材料的分散、成型、烧结及测试等过程,通过对材料显微结构和力学性能的测定分析,研究纳米SiC的添加对ZrO2增韧Al2O3过程和机理的影响,深入分析和探讨纳米颗粒增韧补强的过程和机理。 采用聚乙二醇(PEG)和聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4)作为分散剂,进行纳米SiC和Si3N4粉料的水悬浮液和乙醇悬浮液的分散。沉降实验和粘度实验结果表明,采用PMAA-NH4作为分散剂,分散剂加入量为0.3wt%,pH值为9~10时,可以得到高分散、高稳定的水悬浮液。这主要是利用了PMAA-NH4的电空间稳定机制。 采用纳米SiC颗粒、亚微米级ZrO2和亚微米级Al2O3,经热压烧结制备纳米复合陶瓷材料SiC-Al2O3-ZrO2。通过对样品X射线衍射分析、电镜观察、断裂韧性、抗弯强度、显微硬度以及密度的研究结果表明: 热压样品的相对密度平均在98%以上,含2vol%的1号样品达到99.8%。因为SiC是难烧结相,样品的致密度随碳化硅的加入呈下降趋势。在SiC加入量为2vol%时,由于分散比较均匀,对样品烧结性能影响不大,相对密度可达99.8%。 在未加SiC时,四方ZrO2的含量最高为50.5vol%。随SiC加入量的增加,四方相ZrO2的含量呈下降趋势。加入量为2vol%时,四方相含量下降到22.4vol%,SiC含量再增加时,四方相含量变化不大。这表明,纳米SiC的加入使基体中的残余应力减小,使得氧化锆约束力松弛,在室温下四方相含量减小。 WP=4在SiC纳米颗粒加入量为2vol%时,强度由不加SiC时的593.8MPa提高为629.6MPa。但在SiC加入量大于4vol%后,强度值下降到530.0MPa左右。断裂韧性以不加碳化硅时最大为6.69MPa(m1/2,当碳化硅的加入量为2vol%时降为6.01 MPa(m1/2,而SiC加入量为10vol%时韧性最低。SiC颗粒加入Al2O3-ZrO2时,对强韧化有两个方面的效应。一方面是由于SiC颗粒的加入使得基体对氧化锆颗粒的约束力下降,四方相减少导致的应力诱导相变作用的减弱,使得韧性下降。另一方面,纳米颗粒的裂纹钉扎作用使得样品的强度有所提高。如果两种效果能协调作用,将会使强韧化效果增大,反之则会削弱。 SiC的加入,增大了(ZrO2)Al2O3复合材料的硬度,但降低了材料的烧结活性,使烧结体的致密度下降,材料的强度和韧性也有所下降。从断裂面观察看出,材料的断裂模式一般为沿晶断裂。
【学位授予单位】:青岛大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TB332

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【参考文献】
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