陶瓷—金属层状复合陶瓷的制备与机械性能研究

论文摘要

陶瓷基层状复合材料是一类受珍珠云母、贝壳等层状结构的启发而发展起来的强韧化陶瓷,由于增韧效果显著,成为当前陶瓷材料研究的热点。在众多的陶瓷材料增韧方法中,延性相增韧是最有希望的一种。本文采用真空热压烧结法分别制备了ZrO2-Al2O3/Ni以及ZrO2-Al2O3/Nb-16Si两种陶瓷基层状复合材料,系统研究了这两种陶瓷基层状复合材料制备工艺、组织、性能之间的关系。本文采用真空热压烧结的方法制备出ZrO2-Al2O3/Ni层状复合陶瓷块体,经过力学性能测试和显微组织分析,得出在温度为1550℃,压力为25MPa条件下,制备出的ZrO2-Al2O3/Ni层状复合陶瓷块体材料综合性能最好。此时密度为5.35g/cm3,致密度达到97.2%。ZrO2-Al2O3/Ni层状复合陶瓷表现出良好的力学性能,热压烧结试样的弯曲强度为747.5MPa,断裂韧性最高可达18.29MPa·m1/2。分析了ZrO2-Al2O3/Ni层状复合陶瓷的三种增韧机制:裂纹偏转机制、纳米颗粒增韧、残余应力增韧。本文采用热压烧结的方法制备出ZrO2-Al2O3/Nb-16Si层状复合陶瓷块体,经过力学性能测试和显微组织分析,得出温度为1600℃,压力为25MPa时,综合性能最好。弯曲强度达到300MPa ,断裂韧性达到11.2MPa·m1/2。分析了ZrO2-Al2O3/Nb-16Si层状复合陶瓷的裂纹扩展方式:阶梯型裂纹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 陶瓷-金属层状复合材料研究现状及强韧化机制
• 1.2.1 层状复合材料研究现状及强韧化机制
• 1.2.2 陶瓷-金属复合材料的研究现状及强韧化机制
• 1.2.3 层状复合材料的制备方法
• 1.3 课题意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题的目的及意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 材料及实验方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 试验用粉体
• 2.2.2 复合粉体的制备
• 2.2.3 镍板的制备方法
• 2.3 块体材料的制备方法
• 2.4 材料的组织结构分析方法
• 2.4.1 密度和气孔率的测定
• 2.4.2 电镜观察
• 2.5 材料力学性能测试方法
• 2.5.1 抗弯强度测定
• 2.5.2 断裂韧性的测定
• 2-Al₂O₃/Ni 层状复合陶瓷的制备及力学性能研究'>第3章 ZrO₂-Al₂O₃/Ni 层状复合陶瓷的制备及力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 陶瓷的制备
• 3.2.1 复合粉体的制备
• 3.2.2 镍板的制备
• 3.2.3 陶瓷的烧结
• 3.3 陶瓷的烧结致密化
• 3.3.1 陶瓷的致密化
• 3.3.2 陶瓷的晶粒长大
• 3.3.3 烧结后的显微组织
• 3.4 陶瓷的力学性能
• 3.4.1 抗弯强度
• 3.4.2 断裂韧性
• 3.5 陶瓷的增韧机制
• 3.5.1 裂纹偏转增韧
• 3.5.2 纳米颗粒增韧
• 3.5.3 残余应力增韧
• 3.6 本章小结
• 2-A1₂O₃/Nb-16Si 层状复合材料的制备及力学性能研究'>第4章 ZrO₂-A1₂O₃/Nb-16Si 层状复合材料的制备及力学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 陶瓷的制备
• 4.3 陶瓷的烧结致密化
• 4.3.1 陶瓷的致密化
• 4.3.2 陶瓷的晶粒长大
• 4.4 陶瓷的力学性能
• 4.4.1 抗弯强度
• 4.4.2 断裂韧性
• 4.5 陶瓷的增韧机制
• 4.5.1 裂纹偏转增韧
• 4.5.2 韧相增韧和细晶增韧
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢