Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的制备与机械性能研究

论文摘要

陶瓷基层状复合材料是一类受珍珠云母、贝壳等层状结构的启发而发展起来的强韧化陶瓷,由于增韧效果显著,成为当前陶瓷材料研究的热点。本文以Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷为研究对象,按照“粉体球磨—流延成型—排水排胶—热压烧结”这一工艺路线并结合组织性能分析来研究Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷。本文中所制备的Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷试样,单层厚度控制在190μm左右,研究了Al2O3-ZrO2/Si3N4陶瓷基层状复合材料制备工艺、组织、性能之间的关系。通过采用水基凝胶流延法制备陶瓷基薄膜,通过优化流延浆料的组成,合理控制流延速度和干燥时间,得到性能优异的陶瓷薄膜片,并在空气中高温煅烧去除其中的有机物。用热压烧结的方法制备出层状复合陶瓷块体,分别在温度为1490℃,1590℃,1690℃,压力为25MPa的条件下,制备Al 2 O 3 -ZrO 2 /Si 3 N 4陶瓷制件,其中1590℃下陶瓷密度最高,为3.58g/cm3。通过扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）观察显微组织,证明1590℃烧结的陶瓷试样组织性能优于1490℃和1690℃两个温度下烧结的层状陶瓷试样。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 一般块体陶瓷
• 1.2.2 层状复合陶瓷
• 1.2.3 层状复合陶瓷材料的制备
• 1.3 课题意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题的来源及意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 材料及实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验用陶瓷纳米粉体及表征
• 2.1.2 水基凝胶流延工艺
• 2.1.3 陶瓷薄膜的热重分析
• 2.2 热压烧结
• 2.3 力学性能测试方法
• 2.3.1 断裂韧性的测定
• 2.3.2 抗弯强度的测定
• 2.3.3 维氏硬度的测定
• 2.3.4 密度测定及致密度计算方法
• 2.4 复合材料的组织性能观察方法
• 2.4.1 表面及断口的扫描电镜（SEM）观察
• 2.4.2 断口的能谱分析（EDS）
• 2O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的制备'>第3章 Al₂O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的制备
• 3.1 流延法制备陶瓷薄膜
• 3.2 陶瓷薄膜的排水排胶
• 3.3 真空热压烧结
• 第4章 烧结分析及形貌观察
• 4.1 烧结概述
• 4.2 烧结过程中的晶粒生长理论
• 4.3 烧结温度对晶粒尺寸的影响
• 4.4 烧结后的层状形貌
• 4.5 断口能谱分析（EDS）
• 4.6 本章小结
• 2O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的力学性能'>第5章 Al₂O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的力学性能
• 2O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的力学性能'>5.1 Al₂O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的力学性能
• 5.1.1 抗弯强度
• 5.1.2 断裂韧性
• 5.1.3 硬度
• 2O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的增韧机制'>5.2 Al₂O₃-ZrO₂/Si₃N₄层状复合陶瓷的增韧机制
• 5.2.1 裂纹偏转增韧
• 5.2.2 纳米颗粒增韧
• 2相变增韧'>5.2.3 ZrO₂相变增韧
• 5.2.4 残余应力增韧
• 5.2.5 残余应力的计算
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢