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莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料的制备与性能

郭勇  
【摘要】: 层状陶瓷复合材料是一种典型的仿生结构材料,是受贝壳等天然层状结构材料的启迪发展而来的,由于其强韧化效果显著,已成为当前陶瓷材料增韧研究的热点之一。本文以莫来石为基体层,纯钛酸铝和钛酸铝/莫来石复相材料为界面分隔层,采用轧膜成型、流延成型和热压烧结工艺制备莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料,研究了制备工艺、界面分隔层厚度和组成对莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料力学性能和显微结构的影响,分析了其增韧机理。主要研究内容和结果如下: (1)研究了热压温度和热压压力对莫来石/ATM层状陶瓷复合材料结构和性能的影响。结果表明,随着热压温度升高,层状陶瓷复合材料的致密度和弯曲强度逐渐增加;当热压压力为20MPa时,断裂韧性和弯曲强度均达到最大。综合考虑其显微结构和力学性能,得出最佳热压温度和热压压力分别为1550℃和20MPa; (2)研究了界面分割层厚度对莫来石/ATM层状陶瓷复合材料的结构和性能的影响。结果表明,随着界面分隔层厚度增加,莫来石/ATM层状陶瓷复合材料弯曲强度逐渐减小,断裂行为由脆性断裂方式逐渐转变为“假塑性”断裂方式; (3)研究了不同界面分割层组成对层状陶瓷复合材料结构和性能的影响,与其它三种界面分割层相比,原位合成ATM界面分隔层不仅能够消除弯曲强度的各向异性,而且断裂韧性和弯曲强度均最大,分别达到3.98MPa-m1/2和189.82MPa,与莫来石单体陶瓷材料相比,分别提高了59.2%和54.9%; (4)通过对裂纹扩展路径以及载荷-位移曲线分析得出,莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料的增韧机理是裂纹在界面分隔层中的偏转与生长。


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