【摘 要】
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本文主要探索了光悬浮区熔（OFZ）法制备Al2O3/SmAlO3（Al2O3/SAP）共晶陶瓷的制备工艺,通过改变预制体的长度、形状和厚度等参数,调节籽晶安装方式、抽拉速率和旋转速率等参数,成功制备了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷。研究了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的组织结构,成分组成,择优取向和界面关系;测试了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的各项力学性能,尤其评估了其抗热震性能。研
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本文主要探索了光悬浮区熔（OFZ）法制备Al2O3/SmAlO3（Al2O3/SAP）共晶陶瓷的制备工艺,通过改变预制体的长度、形状和厚度等参数,调节籽晶安装方式、抽拉速率和旋转速率等参数,成功制备了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷。研究了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的组织结构,成分组成,择优取向和界面关系;测试了定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的各项力学性能,尤其评估了其抗热震性能。研究结果表明:在预烧结时交叉排列预制体,可以有效提高压模的成型性,提高致密密度,有助于得到形状更规则的预制体。以40 mm/h的提拉速率,20rpm的旋转速率进行光悬浮区熔定向凝固可以有效避免宏观缺陷。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷横纵截面的Al2O3相和SAP相均在三维空间内相互交错,耦合生长,呈不规则片层状结构,纵截面表现出明显的生长趋势。制备所得的试样粉末的XRD衍射图谱与标准PDF卡片衍射峰的位置完全吻合。在定向凝固A12O3/SAP共晶陶瓷中,Al2O3相的择优方向为<1 0 （?） 0>,而SAP相出现两种择优方向,取向关系为<1 0 （?） 0>Al2O3//<1 0 0>SAP-1//<0 1 （?）>SAP-2,SAP 两相竞相生长。Al2O3与SAP两相界面光滑,平整分明,没有非晶相,界面匹配良好,晶面关系为（0 0 0 3）Al2O3//（0 1 1）SAP-1 和（0 0 0 3）Al2O3//（0 1 1）SAP-2。根据NCSL模型分别计算两相的体积应变为εv1=-0.054和εv2=-0.037,两种界面具有几乎相同的体积应变,是SAP两个取向共存的主要原因。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷横截面的弹性模量为400±13.8GPa,纵截面的弹性模量为378±9.6GPa。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的平均硬度为16.74±0.39GPa,断裂韧性为8.34±1.11 MPa·m1/2。用压痕-淬火法评估定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的抗热震性能具有可行性,存在临界抗热震温差使得共晶组分出现热震失稳,且其抗热震性能在横纵截面上表现出各向异性。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷抗热震性能各向异性的主要原因是自身的热膨胀系数不同和凝固过程中产生的平行界面。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的弯曲强度为144.25±3.41MPa。定向凝固Al2O3/SAP共晶陶瓷的压缩强度表现出各向异性,平行生长方向的压缩强度为1.02±0.16GPa,垂直生长方向的压缩强度为0.78±0.36GPa,压缩断口中在存解理台阶。
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