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莫来石/钛酸铝层状复合陶瓷的制备、结构和性能的研究

作　者: 夏莉红
导　师: 尹洪峰
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料学
关键词: 3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状陶瓷 轧膜成型 热压烧结 增韧机制
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


层状复合陶瓷材料是人们模拟自然界贝壳、珍珠层的结构而设计出的一种新型强韧化陶瓷材料。其独特的层状结构使得研究者能从宏观结构角度对材料进行优化设计,从而制得综合性能优越的材料,目前已成为陶瓷增韧研究的热点。 本文以3Al2O3·2SiO2为基体层,Al2TiO5为界面分隔层,采用轧膜成型和热压烧结工艺制备出了不同基体层厚和界面层厚的3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状复合陶瓷。利用力学性能测试、光学显微镜和扫描电镜,分析了几何因素和热压温度对3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状复合陶瓷力学性能的影响,并阐述了材料的主要增韧机制。 试样的弯曲强度和断裂韧性测试结果表明:在制备层状复合陶瓷时,不但要考虑基体层和界面分隔层的厚度,而且要考虑两者的层厚比。得出最佳几何参数为:3Al2O3·2SiO2层厚230～330μm,层厚比4.1;采用1500℃×1h×20Mpa热压烧结得到的材料综合力学性能较好,弯曲强度可达172.9MPa,其断裂韧性可达4.04MPa·m1/2。与块体莫来石陶瓷相比,在保证材料强度降低较小的情况下断裂韧性提高了62%。 显微观察结果显示:3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状复合陶瓷的宏观结构比较均匀,层比较平整、界限清晰、界面结合较好;Al2TiO5层对裂纹有偏转作用,3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状陶瓷表现出非脆性断裂特征。分析表明3Al2O3·2SiO2/Al2TiO5层状复合陶瓷增韧机制主要包括裂纹偏转、裂纹并行扩展和裂纹分叉钝化三种形式。

全文目录


1 绪论  8-24
  1.1 引言  8-9
  1.2 层状陶瓷的研究现状  9-11
    1.2.1 SiC体系层状复合材料  9-10
    1.2.2 Si_3N_4体系层状复合材料  10
    1.2.3 Al_2O_3体系层状复合材料  10-11
  1.3 层状陶瓷的结构设计  11-13
  1.4 层状陶瓷的制备  13-15
    1.4.1 材料体系  13
    1.4.2 制备工艺  13-15
  1.5 层状复合陶瓷增韧机制  15-18
    1.5.1 弱夹层界面裂纹偏转增韧  15-16
    1.5.2 延性夹层偏转裂纹桥联增韧  16-17
    1.5.3 叠加互补增韧  17
    1.5.4 界面残余应力增强增韧  17-18
  1.6 层状陶瓷的界面问题  18-20
    1.6.1 层状复合陶瓷中的界面结合情况  19
    1.6.2 界面对裂纹的作用  19-20
  1.7 层状复合陶瓷的力学性能  20-22
    1.7.1 非脆性断裂特性  20-21
    1.7.2 层状复合陶瓷断裂韧性的影响因素  21-22
  1.8 研究目的、意义和主要内容  22-24
    1.8.1 研究目的和意义  22-23
    1.8.2 主要研究内容  23-24
2 莫来石/钛酸铝层状材料的制备工艺和实验方法  24-32
  2.1 原料及实验条件  24-25
    2.1.1 原料  24
    2.1.2 实验条件  24-25
  2.2 制备工艺  25-29
    2.2.1 原料处理  25-27
    2.2.2 成型工艺  27-28
    2.2.3 烧结工艺  28-29
    2.2.4 试样制备  29
  2.3 性能测试与显微结构观察方法  29-32
    2.3.1 性能测试方法  29-31
    2.3.2 显微结构观察方法  31-32
3 莫来石/钛酸铝层状陶瓷力学性能研究  32-44
  3.1 几何因素对层状陶瓷力学性能的影响  32-35
    3.1.1 莫来石层厚度的影响  32-34
    3.1.2 钛酸铝层厚度的影响  34-35
    3.1.2 层厚比的影响  35
  3.2 热压烧结温度对层状陶瓷材料性能的影响  35-38
    3.2.1 热压温度与显气孔率、吸水率和体积密度的关系  36
    3.2.2 热压温度对层状陶瓷力学性能的影响  36-38
  3.3 莫来石/钛酸铝层状陶瓷的显微结构和载荷-位移曲线  38-42
    3.3.1 显微结构  38
    3.3.2 载荷-位移曲线  38-40
    3.3.3 裂纹扩展路径及增韧机制  40-42
  3.4 本章小结  42-44
4 结论和展望  44-45
致谢  45-46
参考文献  46-49
附录:发表论文情况  49

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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