Al<,2>O<,3>/ZrO<,2>陶瓷复合材料的制备和强韧化机理研究
本研究以纳米ZrO2粉末为原料，采用热压烧结方法制备了ZrO2基陶瓷复合材料，运用XRD、SEM、EDS等手段对材料的显微结构进行了分析，研究了Al2O3第二相颗粒以及与SiC共同添加对纳米ZrO2陶瓷力学性能和显微组织的影响，并探讨了其强韧化机理。
首先，介绍了ZrO2陶瓷的组织性能、ZrO2基陶瓷的发展、粉体的制备方法和烧结方法，并在此基础上指出了本文研究的内容和意义。其次，介绍了纳米ZrO2基复合陶瓷的制备工艺、力学性能的测试方法和显微结构的表征方法。
研究发现，将Al2O3/ ZrO2复合粉体超声分散，加入分散剂PMAA-NH4再经过湿法球磨后取得良好的分散效果，通过SEM照片可以观察到第二相Al2O3均匀的分散于基体颗粒之间。第二相粒子Al2O3对基体颗粒长大有较强的抑制作用，基体颗粒粒径随着Al2O3含量的增加而减小，而过量的Al2O3致使颗粒发生团聚导致致密度的下降。Al2O3含量为9mol％时，复合陶瓷相对密度、显微硬度、抗弯强度都达到最大值；而断裂韧性在12mol％时达到峰值。SiC和Al2O3同时添加到基体ZrO2中，更加细化了晶粒，使断裂方式由沿晶断裂转变为以穿晶断裂为主。
通过对复合陶瓷材料SEM照片分析发现，有多种增韧机制在复合陶瓷中发挥作用。首先位于基体晶界处的第二相颗粒Al2O3的钉扎作用，细化了晶粒粒径；其次，第二相粒子对裂纹有明显的偏转和桥联作用，另外，Al2O3晶粒的形态对材料的性能有较大的影响；Al2O3进入到基体颗粒内部形成了“内晶型”结构，这种结构与Al2O3晶粒的大小和烧结温度有直接的关系。由于Al2O3、SiC与基体ZrO2热失配的原因，对基体施加压应力而加强了基体晶界，也使穿晶断裂成为主要的断裂模式，提高了复合材料的韧性。
纳米ZrO2;热压烧结;陶瓷复合材料;强韧化机理;氧化锆;氧化铝
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
刘英才
2009
中文
TQ174.758.2
57
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）