注凝成型工艺是保证和改善陶瓷材料性能的重要技术。本文根据流变学原理、表面化学原理、粉体复合和显微结构设计的基本理念,探索注凝成型工艺和纳米技术相结合的途径,成功地制备了高性能的Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷材料。并用XRD、SEM和HRTEM等对Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷微观结构进行了深入的研究,探讨了其增强增韧机理。 在综合评述了Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷的研究进展基础上,总结了先进陶瓷材料的制备经验,提出了纳米粉体与注凝成型结合制备高性能Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷的研究方向。 首先以纳米ZrO₂、微米Al₂O₃为原料,进行了ZrO₂增强增韧Al₂O₃基复相陶瓷注凝成型技术的研究。系统地研究了影响Al₂O₃、ZrO₂和Al₂O₃-ZrO₂二元粉料流变性能的因素,初步探讨了ZrO₂悬浮体系中分散剂添加量随浆料固相体积分数增加的原因和机理;以Al₂O₃-20wt.%ZrO₂配方为基础,制备了固相体积分数高达55%的低粘度的浆料。研究了单体、助剂和工艺参数对注凝成型坯体性能的影响。用压汞仪分析了生坯的孔结构,研究发现其孔仍呈单峰分布特征,表明细颗粒的ZrO₂在基体中分布良好,团聚体少。着重研究了在各种烧结条件下不同固相体积分数的浆料制备的坯体对Al₂O₃-20wt.%ZrO₂复相陶瓷物理力学性能的影响。结果表明:高固相体积分数、低粘度的浆料有利于制备高体积密度的生坯,从而制备出高性能的烧结体。采用固相体积分数为55%的浆料,其生坏体积密度为2.780g/cm³,在1600℃烧结2h后样品的抗弯强度和断裂韧性分别高达631.5MPa和7.64 MPa.m^l/2。用XRD、SEM对不同固相体积分数制备的Al₂O₃-20wt.%ZrO₂复相陶瓷进行相分析、断口和表面形貌观察,并与干压成型试样进行了对比,探讨了注凝成型复相陶瓷高强度、高韧性的原因。结果表明:注凝成型烧结样品中有较多的单个ZrO₂晶粒分布在基体Al₂O₃中,干压成型试样中单个ZrO₂晶粒较少;在致密化程度高的烧结体中,注凝成型样品比干压成型有更多的四方ZrO₂相。由于注凝成型对粉体的原位固化作用,导致了其ZrO₂颗牲分布相对均匀。由于这些ZrO₂颗粒在高弹性模量Al₂O₃基体约束下,保留了较多的四方相,因而有利于相变增韧作用。同时均匀的ZrO₂颗粒增加了裂纹分叉的几率,减少了裂纹汇聚,有利于ZrO₂颗粒弥散增强增韧,从而改善了复相材料的力学性能。