納米氧化鋁粉體和氧化鋁-金屬?gòu)?fù)合陶瓷的制備及性能表征.pdf

1、由于A1203陶瓷自身的脆性，受沖擊載荷和熱震時(shí)容易遭到破壞，因此，制備陶瓷基復(fù)合材料是陶瓷材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。在A1203陶瓷基體中引入延展性良好的第二相納米金屬顆粒是改善相體A1203陶瓷脆性的有效方法，然而傳統(tǒng)的復(fù)相陶瓷的制備工藝已不能滿足工程技術(shù)領(lǐng)域?qū)ζ涮岢龅母咭?。如何改進(jìn)A1203粉體及其復(fù)合陶瓷的制備工藝，以改善材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高其性能和可靠性，成為目前陶瓷研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本文將選用較為廉價(jià)的原料，利用添加籽晶的方法合

2、成納米A1203粉體，同時(shí)采用新穎的包裹和熱壓的方法制備A1203/AI和A1203/Cu復(fù)合陶瓷，并對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究。文中主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 利用DSC/TG、XRD、SEM、TEM和XPS和對(duì)納米Al粉和普通微米級(jí)Al粉在不同載氣環(huán)境(空氣、Ar或02)下進(jìn)行了熱力分析，著重對(duì)兩種Al粉在空氣環(huán)境下，不同溫度下的氧化特性進(jìn)行了分析對(duì)比。結(jié)果表明，納米Al粉表現(xiàn)出與微米Al粉不同的反應(yīng)活性和氧化特性。

3、 首次提出了以納米Al粉為籽晶，Al(N03)3'9H20、氨水為原料，采用液相沉淀法合成納米R(shí)-A1203粉體的新工藝。研究了起始原料溶液的濃度、氨水滴定速度以及溶液反應(yīng)體系pH值、納米Al粉的添加和煅燒溫度對(duì)Al(OH)3溶膠質(zhì)量以及A1203晶型轉(zhuǎn)化溫度的影響，并對(duì)如何提高體系的分散性進(jìn)行了探討。研究表明，反應(yīng)體系pH值為8～9時(shí)可以獲得團(tuán)聚少、分散性好的Al(OH)3溶膠，添加5m01．％左右的納米Al為籽晶可以起到籽晶的作用，

4、使ct-A1203的相轉(zhuǎn)變溫度降至1050~C以下。該方法具有簡(jiǎn)便、廉價(jià)、易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn)。TEM分析表明，實(shí)驗(yàn)獲得的納米ct-A1203粉體粒度分布窄，無(wú)明顯團(tuán)聚，近似球形，平均粒徑小于50nm，BET比表面為91．20g/cm3。 以Al(N03)3'9H20、氨水和納米Al粉為原料，經(jīng)過(guò)非勻相沉淀和煅燒獲得了了ct-A1203包裹Al納米復(fù)合粉體，利用多種分析手段對(duì)復(fù)合粉體的性能進(jìn)行了表征。采用熱壓工藝(30Mpa)獲得

5、了A1203/(10~20m01．％)Al復(fù)合陶瓷，研究了Al的不同添加量和不同熱壓溫度(1250~1550o(2)對(duì)A1203/A1體系材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明，與單體A1203陶瓷相比，納米Al的添加降低了瓷體的燒結(jié)溫度，但Al含量過(guò)高時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)的失配，將阻礙陶瓷的致密。添加lOm01．％Al的A1203復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能和單體A1203陶瓷相比，其斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度分別提高10％和86％，硬度值隨Al的增加而下降

6、。 本文還利用包裹和熱壓燒結(jié)的方法研究了廉價(jià)金屬Cu的含量及其分布對(duì)陶瓷的增韌效果。以CuS04'5H20、納米Al203和納米Al粉為原料，通過(guò)沉淀包裹工藝制備了納米Cu包裹A1203復(fù)合粉體。利用XRD、TEM和XPS等技術(shù)研究了包裹工藝對(duì)包裹粉體性能的影響。熱壓燒結(jié)A1203/Cu復(fù)合陶瓷在1500~C時(shí)致密度達(dá)到最大值。對(duì)于A1203/Cu復(fù)合陶瓷而言，采用包裹法引入納米Cu顆粒，位于A1203晶界部位，構(gòu)成了晶粒一晶界

7、納米復(fù)合陶瓷。同時(shí)，采用包裹法引入納米Cu顆粒有利于增韌相的連續(xù)、均勻分布，可以使裂紋橋聯(lián)機(jī)制得到充分的發(fā)揮。本實(shí)驗(yàn)中，相同制備工藝下，純A1203陶瓷和A1203/10m01．％Cu復(fù)合陶瓷抗彎強(qiáng)度的平均值分別為259MPa和452MPa，后者斷裂韌性為5．43MPa．m1/2，抗彎強(qiáng)度的離散性大大下降。復(fù)合陶瓷抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性的提高是由于納米金屬Cu顆粒的存在，阻礙了A1203顆粒的長(zhǎng)大，細(xì)化的晶粒導(dǎo)致A1203/Cu復(fù)合陶瓷強(qiáng)度