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NiTi形状记忆合金增韧Al_2O_3陶瓷的研究

作　者: 杨秀青
导　师: 孙康宁
学　校: 山东大学
专　业: 材料学
关键词: Al2O3陶瓷 NiTi合金增韧复合陶瓷
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

陶瓷因具有高强度、高硬度、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等特性,被广泛地应用在日常生活、工业生产以及高科技领域,但韧性低一直是阻碍其进一步应用的重要原因。因此,对于如何改善陶瓷的韧性和制备具有非常重要的意义。多年来,人们通过各种增韧手段来改善陶瓷的韧性,常用的增韧方式有颗粒弥散增韧、纤维和晶须增韧、氧化锆相变增韧、复合增韧与自增韧等。目前,NiTi形状记忆合金因具有丰富的相变现象,已广泛应用在航天航空、建筑、生物医学及日常生活等领域。本文选用氧化铝陶瓷为基体,NiTi合金颗粒为第二相,将其复合到氧化铝陶瓷基体中,利用NiTi合金的马氏体相变(形状记忆效应和超弹性均是由其来体现)改善氧化铝陶瓷的韧性。本文采用CMT5105型微机控制电子万能试验机研究了NiTi合金对氧化铝陶瓷抗弯强度和断裂韧性的影响；采用HD-1875型布洛维硬度计研究了复合陶瓷硬度；采用X射线衍射仪研究了复合陶瓷的物相组成；采用扫描电子显微镜对复合陶瓷材料的断口形貌进行观察分析,并对增韧机理进行探讨。本文利用机械合金化法制备非晶NiTi合金粉末,经晶化处理后,使其均匀分散到氧化铝陶瓷基体中,采用热压烧结工艺,在1300℃和1400℃的烧结温度下制备复合陶瓷。同时选用等原子比的NiTi合金加入到氧化铝陶瓷基体中,在13000℃的烧结温度下制备复合陶瓷；与相同温度下加入机械合金化制备NiTi合金的复合陶瓷的性能作对比。研究表明：利用机械合金化法可制得非晶NiTi合金粉末,晶化处理后可得到晶体结构为体心立方的NiTi合金；将晶化处理后得到的合金粉末加入到氧化铝陶瓷基体中,在1300℃和1400℃烧结温度下制备复合陶瓷,随着加入合金含量的增加,复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性均有明显的提高。将等原子比的NiTi合金加入到氧化铝陶瓷基体中,在1300℃的烧结温度下制备复合陶瓷,随着NiTi合金含量的不断增加,复合陶瓷的力学性能也不断地提高,但硬度变化不大；与1300℃的烧结温度下加入机械合金化制备NiTi合金的复合陶瓷的性能相比,加入等原子比的NiTi合金的复合陶瓷的性能较好,这主要是因为在混料过程中,延长了混料时间,使合金在试样中的分散性得到改善,提高烧结试样的致密度,从而提高复合陶瓷的强度和韧性。研究结果表明：受到外力的作用时,复合陶瓷中的NiTi合金发生应力诱导相变,相变过程中产生的体积膨胀会消耗裂纹扩展的能量,抑制裂纹扩展并使裂纹发生偏转,提高复合陶瓷断裂韧性；同时NiTi合金颗粒的桥联作用可抑制裂纹的继续扩展,改善陶瓷韧性。

全文目录

目录  4-7
Catalogue  7-10
摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章绪论  14-26
  1.1 引言  14
  1.2 氧化铝陶瓷的增韧方法  14-17
    1.2.1 颗粒弥散增韧  14-15
    1.2.2 纤维和晶须增韧  15-16
    1.2.3 氧化锆相变增韧  16
    1.2.4 复合增韧  16-17
    1.2.5 自增韧  17
  1.3 NiTi形状记忆合金的概况  17-25
    1.3.1 形状记忆合金的概况  17-19
    1.3.2 NiTi形状记忆合金的形状记忆效应及超弹性  19-22
      1.3.2.1 NiTi形状记忆合金的形状记忆效应  19-20
      1.3.2.2 NiTi形状记忆合金的超弹性  20-21
      1.3.2.3 NiTi形状记忆合金的马氏体相变  21-22
    1.3.3 NiTi合金粉末的制备技术研究现状  22-24
      1.3.3.1 机械合金化法  22-23
      1.3.3.2 还原扩散法  23
      1.3.3.3 熔盐法  23-24
    1.3.4 NiTi形状记忆合金的应用  24-25
  1.4 研究的目地和意义  25-26
第二章实验原料及性能测试方法  26-33
  2.1 实验研究内容  26
  2.2 实验原料及设备  26-28
    2.2.1 实验原料  26
    2.2.2 实验原料的物理性能  26-27
    2.2.3 实验仪器设备  27-28
  2.3 性能测试方法  28-31
    2.3.1 硬度测试  28
    2.3.2 抗弯强度测试  28-29
    2.3.3 断裂韧性测试  29-30
    2.3.4 烧结体的密度测试方法  30-31
    2.3.5 X射线衍射  31
    2.3.6 扫描电镜  31
  2.4 实验技术路线  31-33
第三章机械合金化法制备NiTi形状记忆合金  33-41
  3.1 机械合金化法制备非晶NiTi形状记忆合金  33-34
  3.2 实验步骤  34
  3.3 实验结果与分析  34-40
    3.3.1 机械合金化制备非晶NiTi形状记忆合金的XRD和SEM分析  34-37
    3.3.2 300r/min时不同球磨时间下样品的SEM结果及分析讨论  37-38
    3.3.3 NiTi形状记忆合金的非晶化机理  38
    3.3.4 非晶态NiTi形状记忆合金的晶化处理  38-39
    3.3.5 晶化处理后NiTi形状记忆合金的XRD分析及讨论  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章机械合金化制备NiTi合金增韧Al_2O_3陶瓷  41-53
  4.1 实验工艺路线  41
  4.2 实验步骤  41-43
  4.3 实验结果分析与讨论  43-52
    4.3.1 复合陶瓷力学性能结果及讨论  43-46
    4.3.2 复合陶瓷的XRD分析  46-47
    4.3.3 复合陶瓷的EDS图  47-49
    4.3.4 复合陶瓷的SEM图  49-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章等原子比NiTi合金增韧Al_2O_3陶瓷  53-61
  5.1 实验工艺路线  53
  5.2 实验步骤  53-55
  5.3 实验结果分析与讨论  55-60
    5.3.1 等原子比NiTi合金的XRD及EDS结果  55-56
    5.3.2 复合陶瓷力学性能结果及讨论  56-58
    5.3.3 XRD分析  58-59
    5.3.4 SEM分析  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 NiTi合金/Al_2O_3复合陶瓷的强韧化机理研究  61-65
  6.1 相变增韧  61-62
  6.2 裂纹偏转增韧  62-63
  6.3 裂纹桥联增韧  63-64
  6.4 本章小结  64-65
第七章结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
攻读硕士期间取得的成果  72-73
学位论文评阅及答辩情况表  73

NiTi形状记忆合金增韧Al_2O_3陶瓷的研究

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