ZrO-,2--Al-,2-O-,3-系層狀復(fù)合陶瓷材料的研究.pdf

1、層狀陶瓷復(fù)合材料是人們模擬自然界貝殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出的一種仿生結(jié)構(gòu)強(qiáng)韌化的材料。層狀復(fù)合陶瓷獨(dú)特的疊層結(jié)構(gòu)，使得研究者能從宏觀結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行層內(nèi)和層間的設(shè)計(jì)，從而制得綜合性能優(yōu)越的新型材料。本文從多層復(fù)合陶瓷的設(shè)計(jì)思路和工程應(yīng)用要求出發(fā)，并綜合考慮了ZTA及PSZ型材料的相變增韌、熱膨脹失配，顆粒彌散增韌等協(xié)同增韌的機(jī)制，設(shè)計(jì)了表面薄層(主要成分為30wt％Al2O3+ZrO2和45wt％Al2O3+ZrO2)，中間厚層(主要成分為5wt％

2、Al2O3+ZrO2)的三層結(jié)構(gòu)復(fù)合陶瓷，表面層厚度在300～500μm范圍內(nèi)。通過掃描電子顯微鏡，力學(xué)性能測驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備和手段，系統(tǒng)研究了ZrO2/Al2O3層狀復(fù)合陶瓷工藝，層狀結(jié)構(gòu)形貌及斷口形貌，性能及其之間的關(guān)系。 本研究在無壓燒結(jié)的條件下，通過調(diào)整表面層配方及降低升溫速率等方法，在1650℃×1h燒結(jié)，獲得相對密度達(dá)98％以上的層狀復(fù)合陶瓷制品。其中：表面組成45％wtAl2O3+ZrO2的層狀陶瓷抗彎強(qiáng)度為682MP

3、a，硬度為15.5Gp，斷裂韌性8.26Mpa.m1/2，較單層陶瓷提高30％～50％。同時(shí)，通過研究發(fā)現(xiàn)，成型壓力及加壓方式的改變將直接影響生胚密度和制品的致密度。 本研究中選擇選取成型壓力在250～300Mpa，雙面加壓方式，獲得了致密的層狀復(fù)合陶瓷。測熱震穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)表明層狀復(fù)合陶瓷臨界熱震溫差△Tc≥450℃，高出單層陶瓷200℃左右。將38×6.5×5mm的層狀復(fù)合陶瓷，進(jìn)行熱模擬工況條件的實(shí)驗(yàn)表明，該層狀復(fù)合陶瓷顯示

4、一定的優(yōu)越性能，可望在高溫?zé)釠_擊的惡劣條件下應(yīng)用。 SEM觀察結(jié)果表明，該層狀復(fù)合陶瓷在層間的結(jié)合是一種波浪型界面，ZrO2和Al2O3的顆粒結(jié)合緊密，Al2O3顆粒含量在層間界面處有著明顯的過渡梯度，由于ZrO2的相變及熱失配的作用引發(fā)了一定量的微裂紋，同時(shí)由于表面壓應(yīng)力的存在及Al2O3顆粒的彌散作用細(xì)化了晶粒，在這些機(jī)制協(xié)同的作用下，ZrO2/Al2O3層狀復(fù)合陶瓷韌性得到了很大的提高。 對單層陶瓷及層狀復(fù)合陶瓷的