论文摘要
Fe-Al/Al2O3陶瓷基复合材料是以Al2O3陶瓷为基体,以Fe-Al金属间化合物为增韧补强相的复合材料。Fe-Al金属间化合物增韧补强陶瓷克服了纤维、晶须、金属颗粒增韧补强氧化铝陶瓷的弊端,充分发挥了Fe-Al金属间化合物这种半陶瓷材料与氧化铝相容性好的优点,使二者优势得到互补。目前制备Fe-Al/Al2O3陶瓷基复合材料的主要方法是机械合金化-加压烧结,首先用机械合金化方法制得Fe-Al粉末,然后与Al2O3陶瓷粉末混合后再热压烧结成型。这种成型方法简单易行,但难以得到复杂的形状,且烧结零件需进行后加工,增加了生产成本。本文选择凝胶注模成型工艺作为本课题研究的对象,其原理是在高固相含量的陶瓷浆料中加入可聚合有机单体及交联剂,在引发剂和催化剂的作用下,引发单体聚合使陶瓷浆料原位成型。运用该原理,本文制备出高固相体积含量的Fe-Al/Al2O3浆料,制得坯体强度高,组织结构均匀,具有良好的可加工性。通过机械合金化-中温培烧法制备得到Fe-Al金属间化合物粉末,确定工艺条件为球磨40h,750℃下保温2h。X射线衍射图看出金属铝逐渐与铁发生反应形成金属间化合物,750℃保温2h的退火促使材料由无序态向有序态转变。晶粒呈棒状,粒度达纳米级。本课题主要研究了如何制得高固相体积含量的流动性能良好的浆料,讨论了固相含量、分散剂及pH等对浆料流动性能的影响,研究得出浆料中固相含量为58Vol%时,以MN为分散剂,在pH=7时,可获得800mPa·s的低粘度浓悬浮液。本文还进行了浆料固化、干燥及脱胶工艺的研究。从聚合反应角度探讨了凝胶固化原理为单体自由基聚合,分析了引发剂对聚合反应速率及聚合物分子量的影响,并用红外光谱对聚合物结构进行了表征。实验结果表明:反应受引发剂影响显著,浆料中引发剂（浓度为10wt%）加入量为浆料的1.0vol%时,固化时间最为适宜,保证了浆料在浇注前有一定流动性而不会很快固化。本文还分析了坯体干燥和脱胶过程中,水分和有机物的失去过程,通过控制加热温度和时间,缩短了工艺周期。本研究使用SEM等技术对坯体的显微结构进行了表征,测定了坯体的抗弯强度,并分析了影响其性能的因素和机理。实验结果和显微结构分析表明:高固相含量浆料可浇注各种复杂器件,所得坯体强度高（89MPa）、组织结构均匀。在Fe-Al/Al2O3复合材料中,随着Fe-Al含量的增加,浆料粘度变大,固相含量减小,也使粉料的分散变得困难。但是坯体强度不与Fe-Al的含量成正比,当Fe-Al的含量为10%时,所得坯体结构均匀紧密。