SiC-Al2O3复合陶瓷的制备及裂纹愈合研究

论文摘要

本论文以Al2O3和SiC为原料,采用热压烧结法（hot-press）制备了SiC-Al2O3复合陶瓷材料;采用维氏硬度计法（Vicker’s indenter）在3×4×36mm标准试样的拉伸面中间位置引入一个菱形压痕并产生裂纹;在不同温度、不同时间条件下对预制裂纹的试样进行热处理使裂纹愈合,然后通过扫描电镜（SEM）、X射线（XRD）和三点弯曲（three-point bending）等分析测试手段对上述各种试样进行了测定和分析,研究发现:随着烧结温度的升高,SiC-Al2O3复合陶瓷的弹性模量呈单调增加趋势,而烧结温度高于1800℃后,致密度随SiC含量的增加开始降低;随着SiC含量的增加,致密度呈单调降低趋势,而弹性模量呈先增加后降低趋势,当SiC质量分数超过20%后,弹性模量开始降低。SiC-Al2O3复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性随烧结温度的变化趋势相同,烧结温度高于1800℃后,抗弯强度和断裂韧性均开始降低;抗弯强度和断裂韧性随SiC含量的变化趋势相同,当SiC质量分数超过20%后,抗弯强度和断裂韧性均开始降低;本实验条件下1800℃、SiC质量分数为20%时,抗弯强度和断裂韧性值最高,分别为770MPa和6.9MPa·m1/2。显微组织分析表明,SiC-Al2O3复合陶瓷断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂模式。愈合试验发现,分别保持2h、4h和6h小时,愈合温度从1000℃提高到1400℃,抗弯强度随愈合温度的升高而增加;在8h愈合时,愈合温度超过1200℃后,抗弯强度开始降低;愈合温度从1000℃升高到1200℃时,随着愈合时间从2h延长到8h,抗弯强度一直呈明显上升趋势;愈合温度继续升高从1300℃到1400℃时,愈合抗弯强度呈先增加后降低的趋势。SiC-Al2O3复合陶瓷愈合后的力学性能测定结果表明,1400℃、4h愈合后试样的抗弯强度最高可达583.61MPa,比未经愈合处理的试样提高了近2倍,非常接近完好试样的600.6MPa的水平。XRD分析确定,在空气气氛条件下试样愈合过程中发生了化学反应:SiC+O2→SiO2+CO2（CO） , SiO2+Al2O3→3Al2O3·2SiO2;生成的SiO2和3Al2O3·2SiO2填充裂纹使其愈合,从而提高SiC-Al2O3复合陶瓷抗弯强度。

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Abstract

第1章绪论

1.1 陶瓷裂纹愈合研究的提出背景

2O₃ 复合陶瓷的力学性能'>1.2 SiC-Al₂O₃复合陶瓷的力学性能

1.2.1 抗弯强度和断裂韧性

1.2.2 耐磨性和抗蠕变性

2O₃ 复合陶瓷的增强与增韧机理'>1.3 SiC-Al₂O₃复合陶瓷的增强与增韧机理

1.3.1 复合陶瓷的增强机理

1.3.2 复合陶瓷的增韧机理

2O₃ 复合陶瓷裂纹愈合的研究现状'>1.4 SiC-Al₂O₃复合陶瓷裂纹愈合的研究现状

1.4.1 裂纹愈合机理的研究

1.4.2 裂纹尺寸对裂纹愈合的影响

1.4.3 外部愈合条件对愈合效果的影响

1.4.4 裂纹愈合后材料的力学性能

1.4.5 不同陶瓷材料裂纹的愈合能力

1.4.6 裂纹愈合动力学

1.5 本课题研究的目的和意义

1.6 本文主要研究内容

第2章试验材料及分析方法

2.1 试验材料

2.2 试验仪器

2O₃ 复合陶瓷的制备'>2.3 SiC-Al₂O₃复合陶瓷的制备

2.4 预制裂纹

2.5 裂纹愈合试验

2.6 表征方法

2.6.1 抗弯强度

2.6.2 断裂韧性

2.6.3 XRD 分析

2.6.4 扫描电镜观察

2.6.5 致密度分析

2O₃复合陶瓷的制备与表征'>第3章 SiC-Al₂O₃复合陶瓷的制备与表征

2O₃ 复合陶瓷力学性能的影响'>3.1 烧结温度对SiC-Al₂O₃复合陶瓷力学性能的影响

3.1.1 致密度

3.1.2 弹性模量

3.1.3 抗弯强度

3.1.4 断裂韧性

3.1.5 SEM 分析

2O₃ 复合陶瓷力学性能的影响'>3.2 成分对SiC-Al₂O₃复合陶瓷力学性能的影响

3.2.1 致密度

3.2.2 弹性模量

3.2.3 抗弯强度

3.2.4 断裂韧性

3.2.5 SEM 分析

3.3 本章小结

2O₃复合陶瓷裂纹愈合研究'>第4章 SiC-Al₂O₃复合陶瓷裂纹愈合研究

4.1 预制裂纹

2O₃ 陶瓷力学性能的影响'>4.2 裂纹愈合对SiC-Al₂O₃陶瓷力学性能的影响

4.2.1 愈合温度的影响

4.2.2 愈合时间的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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