共晶成分Al<,2>O<,3>-ZrO<,2>复相陶瓷的制备与超塑成形

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ancdtang
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Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷不仅具有高硬度、易烧结等优良特性还具有高韧性、超塑性等特点,利用其超塑性进行成形加工可以实现复杂形状陶瓷零件的“近净成形”。Al2O3-ZrO2共晶熔融复相陶瓷还具有优良的高温力学性能,已被证明是在高温氧化性气氛中长时间工作的首选结构材料。本文研究了共晶成份Al2O3-ZrO2复相陶瓷的制备工艺,分别制备了烧结态和熔融态的共晶陶瓷,并研究了烧结态陶瓷的超塑成形。采用溶胶.凝胶法制备了Al2O3-ZrO2纳米粉体,研究了制备过程中pH值、煅烧温度等因素的影响。最终所得Al2O3-ZrO2粉体的粒径在20纳米左右,各相颗粒分散良好、粒径一致,无硬团聚。不同煅烧温度下粉体的XRD测试及热重.差热(TG-DTA)分析表明,经煅烧后粉体中主要为刚玉相Al2O3基体及四方相ZrO2,还含有少量Y2O3。Al2O3-ZrO2粉体的放电等离子烧结工艺表明,其合适的烧结温度为1500℃。测得Al2O3-ZrO2烧结体的致密度为98.2%,接近理论密度。对熔融生长的共晶陶瓷制备工艺研究表明,1850℃为合适的熔融温度。微观组织观察表明熔融态Al2O3/ZrO2的共晶组织排列较为复杂,ZrO2晶体贯穿了Al2O3,同时Al2O3单晶也贯穿了ZrO2,二者形成了互相贯穿的三维网络结构。这也是共晶陶瓷保持良好高温性能的主要原因。将烧结态共晶陶瓷与熔融态陶瓷的微观组织对比发现,烧结态Al2O3/ZrO2陶瓷为晶粒随机取向的多晶结构,有明显的气孔以及晶界。通常情况下,气孔、晶界(交界面)或者晶界处含有的无定形相及夹杂等导致了多晶复相陶瓷高温强度的显著下降。采用高温熔融凝固技术制备的Al2O3/ZrO2共晶陶瓷其组织大大改善,不仅有效消除了气孔且两相共晶界面呈共格结构。实验表明,熔融态陶瓷的致密度高于烧结态,熔融态陶瓷的硬度和断裂韧性都明显高于烧结态陶瓷,其硬度和断裂韧性分别为1120MPa和13MPa·m1/2。烧结态陶瓷超塑性成形实验表明烧结体具有良好的超塑性能,其变形量可达70%。超塑性变形过程中,变形抗力与变形温度密切相关。整个压缩变形过程中,材料没有出现明显的应变软化,显示出与陶瓷材料超塑性拉伸变形不同的特性。采用超塑成形工艺实现了较为复杂形状样件的超塑性挤压成形。
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