Al2O3/Cu复合陶瓷的制备及其性能研究

论文摘要

氧化铝具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、廉价等诸多优点,但高的烧结温度和材料的脆性限制了其在工程领域的广泛应用,因此,如何改善氧化铝的脆性并使其烧结温度降低是氧化铝陶瓷研究的关键。本文采用Ti02和SiO2作为烧结添加助剂,研究单独添加和复合添加对A1203陶瓷材料烧结性能的影响,同时引入Cu作为增韧第二相颗粒制备Al2O3/Cu复合陶瓷材料,并对材料的微观结构和性能进行了分析。采用纳米A1203为原料,引入纳米Ti02和纳米Si02作为烧结助剂,研究了烧结工艺对氧化铝陶瓷微观结构和性能的影响；利用利用非均匀沉淀法制备Al2O3/Cu复合粉体,制备出含有烧结助剂的Al2O3/Cu复合陶瓷,并利用扫描电子显微镜、XRD、差热-热重分析和金相显微镜对材料进行测试和表征。研究结果表明：Ti02含量为0.3wt.%时,Si02含量为0.4wt.%时,烧结助剂作用下,陶瓷材料的致密度最高,分别达到3.87g/cm3和3.71g/cm3。比相同的制备烧结条件下单相A1203陶瓷的密度增加了8.1%和7.8%,这是由于Ti02和A1203形成固溶体,活化了晶格；SiO2有利于高温下形成液相烧结,这些对烧结都有较好的促进作用。显微照片表明,Cu颗粒分布在A1203的晶粒表面,生长成为约为10nm大小的晶粒,形成典型的晶间纳米内晶,强化了A1203的晶粒晶界。当Cu含量为10wt.%时,Al2O3/Cu复合陶瓷的体积密度为3.98 g/cm3, Al2O3/Cu复合陶瓷材料增韧的效果最好,这归结于在A1203陶瓷材料中引入Cu可起到使断裂裂纹偏转和桥连的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题意义
• 1.2 氧化铝陶瓷的研究现状
• 1.2.1 添加剂对烧结温度的影响
• 2O₃陶瓷增韧的研究现状'>1.2.2 Al₂O₃陶瓷增韧的研究现状
• 1.3 研究的内容及创新点
• 2O₃/Cu复合陶瓷的制备及表征方法'>2 Al₂O₃/Cu复合陶瓷的制备及表征方法
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验流程
• 2.3 实验设备
• 2.4 性能测试与表征
• 2.4.1 物理性能的测定
• 2.4.2 力学性能的测试
• 2.4.3 热学性能的表征
• 2.4.4 物相成分的测定
• 2.4.5 显微结构的表征
• 2O₃陶瓷烧结性能的影响'>3 添加剂对Al₂O₃陶瓷烧结性能的影响
• 3.1 添加剂对陶瓷性能的影响
• 2对Al₂O₃陶瓷的影响'>3.1.1 TiO₂对Al₂O₃陶瓷的影响
• 2对Al₂O₃陶瓷的影响'>3.1.2 SiO₂对Al₂O₃陶瓷的影响
• 2和SiO₂复相添加剂对Al₂O₃陶瓷的影响'>3.1.3 TiO₂和SiO₂复相添加剂对Al₂O₃陶瓷的影响
• 3.2 本章小结
• 2O₃/Cu复合陶瓷的制备及性能研究'>4 Al₂O₃/Cu复合陶瓷的制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 Cu对氧化铝陶瓷性能的影响
• 2O₃/Cu复合陶瓷的测试与表征'>4.3 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷的测试与表征
• 2O₃/Cu复合粉体热学特性分析'>4.3.1 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合粉体热学特性分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷体积密度分析'>4.3.2 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷体积密度分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷维氏硬度分析'>4.3.3 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷维氏硬度分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷抗弯强度分析'>4.3.4 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷抗弯强度分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷断裂韧性分析'>4.3.5 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷断裂韧性分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷表面形貌分析'>4.3.6 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷表面形貌分析
• 2O₃Cu复合陶瓷压痕形貌分析'>4.3.7 引入添加剂的Al₂O₃Cu复合陶瓷压痕形貌分析
• 2O₃/Cu复合陶瓷断口形貌分析'>4.3.8 引入添加剂的Al₂O₃/Cu复合陶瓷断口形貌分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢