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莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料的制备与性能

作　者: 郭勇
导　师: 张军战
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料学
关键词: 莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料 力学性能 流延成型 轧膜成型 增韧机理
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 文献综述  9-30
  1.1 引言  9-11
  1.2 层状陶瓷复合材料  11-14
    1.2.1 层状陶瓷复合材料的历史发展  11
    1.2.2 层状陶瓷复合材料国内外研究现状  11-14
  1.3 层状陶瓷复合材料的优化设计原则  14-16
    1.3.1 基体层的选择和优化  14-15
    1.3.2 界面分隔层的选择和优化  15
    1.3.3 层状陶瓷材料结构的设计与优化  15-16
    1.3.4 相邻层界面强度的设计与优化  16
  1.4 层状陶瓷复合材料的增韧机理  16-19
    1.4.1 弱夹层裂纹偏转增韧机理  17-18
    1.4.2 延性夹层裂纹桥联增韧机理  18
    1.4.3 强夹层残余应力增强增韧机理  18-19
  1.5 层状陶瓷复合材料的制备工艺  19-22
    1.5.1 层状陶瓷复合材料坯体的成型工艺  19-22
    1.5.2 层状陶瓷复合材料坯体的烧结工艺  22
  1.6 莫来石陶瓷材料的概述  22-24
    1.6.1 莫来石陶瓷材料的物理化学性质  23-24
    1.6.2 莫来石陶瓷材料的应用  24
  1.7 钛酸铝陶瓷材料的概述  24-28
    1.7.1 钛酸铝的微观结构与性能  24-25
    1.7.2 钛酸铝的特性  25-27
    1.7.3 添加剂对钛酸铝陶瓷材料性能的影响  27-28
  1.8 研究的目的、意义及内容  28-30
    1.8.1 研究意义和目的  28
    1.8.2 研究内容  28-30
2 实验设计与过程  30-39
  2.1 实验原料和试剂  30
    2.1.1 原料  30
    2.1.2 试剂  30
  2.2 样品的制备工艺  30-35
    2.2.1 原料处理  30-31
    2.2.2 膜坯成型  31-34
    2.2.3 素坯成型  34
    2.2.4 烧结  34-35
    2.2.5 样品加工  35
  2.3 性能检测与结构分析  35-38
    2.3.1 显气孔率和体积密度  35-36
    2.3.2 力学性能  36-38
    2.3.3 显微结构分析  38
  2.4 实验设备和仪器  38-39
3 烧结工艺对层状陶瓷复合材料结构与性能的影响  39-49
  3.1 莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料的设计与制备  39
  3.2 热压温度对层状陶瓷复合材料结构与性能的影响  39-45
    3.2.1 热压温度对层状陶瓷复合材料结构的影响  39-41
    3.2.2 热压温度对层状陶瓷复合材料性能的影响  41-45
  3.3 热压压力对层状陶瓷复合材料结构与性能的影响  45-48
    3.3.1 热压压力对层状陶瓷复合材料结构的影响  45-46
    3.3.2 热压压力对层状陶瓷复合材料性能的影响  46-48
  3.4 本章小结  48-49
4 界面分隔层厚度和组成对层状陶瓷复合材料结构与性能的影响  49-66
  4.1 界面分隔层厚度对层状陶瓷复合材料结构与性能的影响  49-53
    4.1.1 界面分隔层厚度对层状陶瓷复合材料结构的影响  49-50
    4.1.2 界面分隔层厚度对层状陶瓷复合材料性能的影响  50-53
  4.2 界面分隔层组成对层状陶瓷复合材料的影响  53-63
    4.2.1 不同组成的界面分隔层原料配比与制备工艺  53-54
    4.2.2 层状陶瓷复合材料的显微结构  54-58
    4.2.3 界面分隔层组成对性能的影响  58-63
  4.3 莫来石/钛酸铝层状陶瓷复合材料的增韧机理  63-64
  4.4 本章小结  64-66
5 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
研究生期间发表论文  72

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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 > 金属－非金属复合材料
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