基于晶須原位生長(zhǎng)的ZTA陶瓷連接工藝及機(jī)理研究.pdf

1、ZTA陶瓷是一種利用ZrO2增韌Al2O3的復(fù)相陶瓷，具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐酸堿腐蝕以及較好的韌性，成為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中應(yīng)用廣泛的材料之一。實(shí)際應(yīng)用中，由于陶瓷材料加工性差，復(fù)雜構(gòu)件需要將簡(jiǎn)單構(gòu)件進(jìn)行連接，采用金屬釬料釬焊陶瓷會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)突出問(wèn)題：接頭中存在較大殘余應(yīng)力，耐高溫、耐腐蝕性能差等。本課題提出一種基于晶須原位生長(zhǎng)連接ZTA陶瓷的新方法，由于晶須具有與陶瓷接近的熱膨脹系數(shù)，且晶須從ZTA陶瓷表面外延生長(zhǎng)，與陶瓷具有良好的結(jié)合，降低

2、接頭中的殘余應(yīng)力。利用掃描電鏡及能譜分析，X射線衍射，透射電鏡對(duì)ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須形貌和連接接頭的界面組織進(jìn)行分析，研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律。
　　采用B2O3、B2O3+CuO、B2O3+K2SO4、B2O3+MnO2、B2O3+ZnO五種非金屬粉末均可以在ZTA陶瓷表面生長(zhǎng)形貌不同的晶須。單純利用B2O3在ZTA陶瓷表面生長(zhǎng)晶須的均勻性較差，且會(huì)有B2O3殘留。利用B2O3+CuO生長(zhǎng)晶須的長(zhǎng)徑比較短；利

3、用B2O3+K2SO4生長(zhǎng)晶須的分布均勻性變好，但晶須生長(zhǎng)方向與 ZTA陶瓷母材夾角較??；利用B2O3+MnO2和B2O3+ZnO生長(zhǎng)晶須的結(jié)晶度好，且分布均勻，生長(zhǎng)密度大，晶須直徑為500nm~2μm，長(zhǎng)度達(dá)到20～30μm，晶須生長(zhǎng)方向與陶瓷表面傾角大。
　　基于晶須生長(zhǎng)的研究結(jié)果，采用B2O3，B2O3+MnO2，B2O3+ZnO粉末中間層通過(guò)原位生長(zhǎng) Al4B2O9和Al18B4O33晶須實(shí)現(xiàn)了ZTA陶瓷的自身連接。單獨(dú)使

4、用B2O3進(jìn)行連接時(shí)，接頭中晶須所占的體積分?jǐn)?shù)小于50％，接頭在最優(yōu)工藝參數(shù)下的抗彎強(qiáng)度為78MPa。采用B2O3+MnO2和B2O3+ZnO粉末中間層時(shí)，接頭的界面有了明顯改善，接頭中晶須所占的體積分?jǐn)?shù)約達(dá)到80%，但是接頭中會(huì)存在部分孔洞區(qū)域，接頭在最優(yōu)工藝參數(shù)下的抗彎強(qiáng)度分別為168MPa和163MPa。接頭經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵫h(huán)后，強(qiáng)度下降明顯，當(dāng)熱循環(huán)溫度為1200℃時(shí)，接頭強(qiáng)度不足50MPa。
　　采用晶須生長(zhǎng)復(fù)合玻璃中間層在