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Al2O3陶瓷具有耐高温、高耐磨、耐腐蚀等一系列的优秀性能,但陶瓷的脆性极大地限制了它的应用。金属陶瓷复合材料是指在陶瓷基体中加入第二相补强颗粒的复合材料。在Al2O3基体中加入金属第二相颗粒可以使强度和韧性有明显提高。
本文以Al(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O为初始原料,以缓冲溶液NH3-NH4HCO3为沉淀剂,共沉淀产物经煅烧得到复合粉体。复合粉体在气氛炉中被氢气还原。成型后经过多次饱和硝酸铝溶液真空浸渍后高温烧结得到Ni/Al2O3金属陶瓷复合材料。
利用共沉淀法所得的粉体颗粒细小,成份均匀,所得粉体质量很高,尤其是可以制备多种物质复合粉体。但是,沉淀需要干燥、煅烧,粉体容易团聚,需要再次分散。在硝酸铝和硝酸镍混合溶液中加入聚已二醇利用其空间位阻作用降低粉体的团聚,通过球磨对团聚粉体进一步分散。浸渍法制备复合材料是一种新方法,多孔坯体经过多次浸渍后经过普通烧结即可得到致密陶瓷材料。避免使用热压烧结,降低实验成本。
实验首先通过共沉淀法制备出了氢氧化镍、氢氧化铝共沉淀产物,根据Ni-Al-O三元相图确定了还原温度制度。并且通过粒度分析、XRD、SEM等测试方法对其性能做了分析。通过正交实验研究了成型压力、烧结温度、烧结保温时间、原料配比几个制备工艺因素对复合材料开口气孔率的影响力的大小,并做了直观分析和方差分析,最终发现影响材料开口气孔率和致密度的最大因素是烧结温度,其次才是成型压力等工艺因素。确定了最优工艺制度后,通过饱和硝酸铝溶液真空浸渍Ni/Al2O3复合材料,得到致密Ni/Al2O3复合陶瓷材料,并研究了坯体质量和气孔率随浸渍次数的变化。
最后研究了Ni/Al2O3的力学性能(抗弯强度、断裂韧性、强度)Ni/Al2O3金属陶瓷复合材料的抗弯强度、断裂韧性及强度都比单相Al2O3陶瓷有所提高。通过显微结构观察发现Ni金属颗粒均匀分布在基体晶界上,形成晶间型纳米复相陶瓷。对复合陶瓷的增韧机制对强度和韧性的影响进行了研究。