论文部分内容阅读
多孔Al2O3陶瓷凭借自身低密度高保温的性质在高温领域应用中逐渐崭露头角。但当温度快速升高或高温急速下降时,热冲击所带来的影响可能会使材料的强度大幅度下降甚至会对材料造成毁灭性的破坏,因此提高陶瓷材料的热冲击性能具有重要意义。多孔Al2O3材料孔隙率对材料的性能有巨大的影响作用,为此,本文采用凝胶注模-添加造孔法将孔引入Al2O3陶瓷,通过调节陶瓷材料孔隙的匹配来实现材料力学/热学性能与热冲击性能的改善。首先在不添加造孔剂的情况下,采用凝胶注模法研究了不同固相含量(30-50 vol%)对Al2O3陶瓷的影响。制备了孔隙率(仅包含晶粒间自然堆叠的间隙孔隙)为13.86-28.62%的多孔Al2O3陶瓷,详细分析了不同间隙孔隙率对多孔Al2O3陶瓷的力学/热学性能及热冲击性能的影响。然后,使用凝胶注模-添加造孔剂法通过添加不同含量(10-50 vol%)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为造孔剂,制备了不同间隙孔隙率和外来孔隙率匹配的总孔隙率24.42-41.10%的多孔Al2O3陶瓷。研究了不同孔隙率及孔隙匹配对多孔Al2O3陶瓷力学/热学性能及热冲击性能的影响。对于不添加造孔剂的试样,随着多孔Al2O3陶瓷孔隙率的增加:抗弯强度由143.92变为87.14 Mpa、断裂韧性由2.22变为1.43 MPa·m1/2、弹性模量91.94变为37.98 GPa以及热导率由19.43降低至14.89 W/(m·K)。多孔Al2O3陶瓷的残余强度保持率随着(间隙)孔隙率的增加而增加而临界温差呈现出降低的趋势。对于添加造孔剂的试样,随着多孔Al2O3陶瓷孔隙率的增加:抗弯强度由116.4变为88.69 Mpa、断裂韧性由1.80变为1.40 MPa·m1/2、弹性模量由74.81变为42.78 GPa以及热导率由14.02降低至10.35 W/(m·K)。多孔Al2O3陶瓷的残余强度保持率随着孔隙率的增加先增加后减小,在孔隙率33.45%时最高,即热冲击损伤抗性在孔隙率33.45%时达到最优。多孔Al2O3陶瓷的临界温差随着孔隙率的增加呈现出先增加后降低的趋势,即热冲击断裂抗性随着孔隙率的增加呈现出先增加后降低的趋势。当总孔隙率为33.45%时,多孔Al2O3陶瓷同时具有较好热冲击损伤抗性和热冲击断裂抗性。在总孔隙率相同的情况下,外来孔隙的引入提高了力学性能和临界温差,降低了热导率和断裂表面能影响了材料的热稳定性。