【摘 要】
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自从发现氧化铝、氧化锆陶瓷有着优良的物理和化学性能以来,将两者复合便成为研究的重点。通过研究陶瓷材料的韧强化机制,提出了多种强韧理论,如颗粒弥散增韧,相变增韧、显微
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自从发现氧化铝、氧化锆陶瓷有着优良的物理和化学性能以来,将两者复合便成为研究的重点。通过研究陶瓷材料的韧强化机制,提出了多种强韧理论,如颗粒弥散增韧,相变增韧、显微结构强韧化、层状复合陶瓷强韧化机制、固溶强化等。无论哪种强韧化机制,要想得到较好的强韧性能,对材料的显微结构都具有较高的要求,因此获得烧结致密并且晶粒不出现异常长大的陶瓷显得尤为重要。另外,陶瓷材料在常温下的性能研究已经比较成熟,然而在高温方面,随着耐火材料和高温陶瓷材料的不断研究和广泛应用,对陶瓷材料的高温性能要求不断提高,深入研究已显得十分重要。本文针对陶瓷材料的烧结性能和高温性能,较为系统地研究了添加剂对陶瓷材料密度和力学性能的影响以及Al2O3-ZrO2复相陶瓷的高温力学性能,重点探讨了以下四个方面的内容:首先,研究了黏结剂对Al2O3-ZrO2复合陶瓷材料的相对密度的影响,主要包括黏结剂的选择、黏结剂的比例以及黏结剂的总添加量等,同时研究了黏结剂的比例和总添加量对陶瓷材料力学性能影响。研究发现:甲基纤维素(CMC)和聚乙烯醇(PVA)对Al2O3-ZrO2复合陶瓷材料相对密度的影响明显,加入比例为mPVA:mCMC=1:2.75时,坯体和烧结体的相对密度最大;比例一定时,加入黏结剂总量占粉体总质量的质量分数为5%时,气孔率,吸水率达到最小值,陶瓷材料的相对密度最大。其次,在以上研究的基础上,综合不同添加剂的作用,选择了三种适合的烧结助剂来研究烧结助剂对材料致密度的影响规律。研究结果表明:SiO2的加入对材料致密度增大没有明显作用,随着加入量的增多,材料的相对密度反而减小。MgO的加入有助于提高材料的相对密度,材料的相对密度峰值随ZrO2含量不同在0.25%~1%范围内出现,当MgO加入量为0.5%时,材料的抗折强度达到最大值。Y2O3的加入量为0.5%时,相对密度和抗折强度均达到最大值。最后选择三种烧结助剂的最优配比,得到烧结助剂加入量较优参数的实验结果。再次,研究了以上三中烧结助剂对材料抗弯强度和断裂韧性的影响。随着SiO2加入量的增多,材料的抗折强度持续降低,断裂韧性没有明显变化。加入MgO和Y2O3时,材料的抗折强度和断裂韧性均在加入量为0.5%时达到最大值。最后,研究了Al2O3-ZrO2复合陶瓷材料高温热震性能。发现,热震过程中伴随着相变的发生,在1000℃以上热震后材料的力学性能出现突变,抗折强度有明显升高的现象,这种变化主要和马氏体相变和热韧化过程有关。
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