本文關(guān)鍵詞： 氧化鋁 模板晶粒生長 織構(gòu)度 微觀形貌 硬度 抗彎強(qiáng)度 斷裂韌性　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氧化鋁(Al_2O_3)是先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷中的典型材料,也是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛的陶瓷材料之一。Al_2O_3雖具有高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性,絕緣性好等優(yōu)點(diǎn),但也像其他陶瓷一樣,具有致命的弱點(diǎn),即本身脆性大,對(duì)缺陷十分敏感,韌性低。這決定了其使用可靠性和抗破壞能力差,制約了其進(jìn)一步的發(fā)展和大規(guī)模的工程應(yīng)用。因此,提高Al_2O_3陶瓷的韌性和可靠性,避免發(fā)生破壞性的脆性斷裂,弄清楚其增韌化的物理機(jī)制,是結(jié)構(gòu)陶瓷材料研究工作中的一個(gè)熱點(diǎn)。陶瓷的織構(gòu)化是提高增韌的主要方式之一,但是制備細(xì)晶織構(gòu)氧化鋁陶瓷并系統(tǒng)探討其對(duì)力學(xué)性能的影響的研究尚未見報(bào)道。本課題以氧化鋁為研究對(duì)象,采用納米氧化鋁作為基體,結(jié)合模板晶粒生長法制備了沿[0001]方向高度擇優(yōu)取向的織構(gòu)陶瓷,探討了模板籽晶定向生長的機(jī)制,并系統(tǒng)地研究了微觀形貌及織構(gòu)度對(duì)氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能的影響規(guī)律。首先采用熔鹽法制備形貌可控的、沿[0001]擇優(yōu)取向的片狀氧化鋁模板,研究了原料種類、熔鹽種類、熔鹽配比、燒結(jié)助劑等因素對(duì)片狀氧化鋁微晶的相結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)用Al2(SO4)3作為原料時(shí)所得到的產(chǎn)物為團(tuán)簇狀,而γ-Al_2O_3為原料可制備成分散良好的薄片。氯鹽作為熔鹽所制備的氧化鋁產(chǎn)物為塊狀團(tuán)聚,而硫酸鹽傾向于產(chǎn)生片狀單晶。熔鹽比例的增大有利于得到分散性好、粒徑大的片狀籽晶。當(dāng)添加Si O_2燒結(jié)助劑時(shí),隨著燒結(jié)助劑含量的增加可以促進(jìn)片狀氧化鋁的徑向生長,抑制厚度方向生長,從而獲得徑厚比高達(dá)23的片狀籽晶。當(dāng)采用Si O_2和Ca O作為燒結(jié)助劑時(shí),添加少量時(shí)有利于徑向生長,含量較多時(shí)反而抑制了生長。其次,采用所制備的模板與粒徑為30 nm的基體進(jìn)行混合,添加5 vol%的片狀模板后,采用模板晶粒生長法(TGG)制備出了沿[0001]擇優(yōu)取向生長的氧化鋁織構(gòu)陶瓷,研究發(fā)現(xiàn),隨著燒結(jié)溫度的升高,陶瓷的織構(gòu)度逐漸提高。當(dāng)燒結(jié)溫度為1500°C,燒結(jié)時(shí)間為4 h時(shí),制備了取向度為93.6%的氧化鋁織構(gòu)陶瓷。在織構(gòu)過程中,基體粉體沿[0001]定向生長,所得的織構(gòu)陶瓷直徑~17μm,厚度~2.3μm。隨著樣品織構(gòu)度的增大,樣品的斷裂模式發(fā)生了很大的變化,其裂紋擴(kuò)展模式由垂直擴(kuò)展演變?yōu)榱鸭y橋連及偏轉(zhuǎn),其擴(kuò)展路徑增長。最后,系統(tǒng)地研究了陶瓷織構(gòu)度及微觀形貌對(duì)斷裂模式、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、維氏硬度等力學(xué)性能的影響規(guī)律,并與普通陶瓷做了對(duì)比。研究發(fā)現(xiàn),隨著樣品織構(gòu)度的從9.62%提高到93.6%,氧化鋁陶瓷樣品的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都有上升的趨勢(shì)�？棙�(gòu)度為93.6%的陶瓷樣品的硬度、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性分別為15.4 GPa、589 MPa、4.6 MPa·m1/2,其斷裂韌性是普通陶瓷的1.5倍。此外,織構(gòu)陶瓷沿[0001]方向的力學(xué)性能比垂直于該方向的性能要高,證實(shí)了[0001]方向?yàn)樵撎沾傻膬?yōu)勢(shì)方向。本研究表明,通過陶瓷織構(gòu)可使其強(qiáng)度和斷裂韌性等產(chǎn)生異向性,依靠裂紋的橋連與偏轉(zhuǎn)機(jī)制可在其優(yōu)勢(shì)方向上獲得比普通陶瓷明顯提高的力學(xué)性能,是實(shí)現(xiàn)陶瓷增韌的一個(gè)有效方法。本研究可為突破高質(zhì)量的的結(jié)構(gòu)陶瓷的制備技術(shù)奠定一定的理論基礎(chǔ),為陶瓷的納米織構(gòu)增韌研究增添新的內(nèi)容,具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:Aluminum oxide ( Al _ 2O _ 3 ) is a typical material in advanced structural ceramics , and it is one of the most widely used ceramic materials in modern society . In this paper , the microstructure and fracture toughness of the ceramics have been improved . The results show that the mechanical properties of the ceramic samples increased from 9.62 % to 93.6 % with the increase of the sintering temperature . The fracture toughness of the ceramic samples increased from 9.62 % to 93.6 % .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ174.1
，

本文編號(hào)：1528039