Al<,2>O<,3>/SiC纳米复合陶瓷制备工艺及微观结构研究
氧化铝基陶瓷材料具有高硬度、耐高温、耐腐蚀和磨损等金属材料难以比拟的优点，其原材料广泛、价格低廉又是其它陶瓷材料所无法相比的。但陶瓷材料本身所固有的本质脆性始终是其广泛应用的瓶颈。
本文以纳米SiC颗粒及微米Al<,2>O<,3>为主要原料，成功制备了Al<,1>O<,3>/SiC陶瓷基纳米复合材料。
研究了纳米粉体的分散技术。探讨适合Al<,2>O<,3>/SIC系统的分散方法及具体工艺，得出复合粉体均匀分散的最佳工艺参数并制备出性能优良的粉体。
利用Al<,2>O<,3>在烧结时易各向异性长大的特点，通过控制烧结工艺，调整SiC的加入量实现了对Al<,2>O<,3>/SiC微观结构的剪裁，以获得最佳的力学性能。
分析了Al<,2>O<,3>/SiC纳米复合材料烧结热力学与动力学过程，将复合材料的烧结过程划分为三个阶段。烧结过程中“晶内型”结构的形成取决于界面驱动力，基体晶界及第二相纳米颗粒的迁移速率等因素。界面能高及界面两侧相邻晶粒的差别大，有利于晶界的迁移，从而有利于形成“晶内型”结构。
对Al<,2>O<,3>/SiC的制备工艺进行了优化，得到了SiC均分散于Al<,2>O<,3>基体中的烧结体。部分纳米SiC位于Al<,2>O<,3>晶粒内部，部分位于晶界上，成功制备出了“晶内型”结构的纳米复合材料。
Al<,2>O<,3>/SiC纳米复合材料有良好的力学性能，其抗弯强度和断裂韧性的最大值分别为668.02Mpa和4.9MPa·m<'1/2>，与单相Al<,2>O<,3>陶瓷相比具有显著的提高。
纳米SiC的加入改变了Al<,2>O<,3>的晶界结合状态，使晶界强化，晶内“纳米化”，促使Al<,2>O<,3>陶瓷由沿晶断裂模式向穿晶断裂模式的转化。晶内SiC的纳米强韧化，裂纹的偏转和基体晶粒的细化是复合材料力学性能提高的重要原因，Al<,2>O<,3>/SiC纳米复合材料在抗弯强度及断裂韧性方面都有显著提高。具有多种途径的协同增韧机制是Al<,2>O<,3>/SiC纳米复合材料的特点。
纳米复合材料;碳化硅;晶内型结构;制备工艺;强韧化机理;陶瓷材料
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
刘英才
2007
中文
TQ174.758.22
54
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）