金屬Ni增韌MF-Al-,2-O-,3-復(fù)合陶瓷材料研究.pdf

1、論文中實(shí)驗(yàn)以采用常壓燒結(jié)工藝，在試驗(yàn)原料中添加適量的燒結(jié)助劑Nano-TiO2和CMS，選用金屬Ni和莫來石纖維(MF)作為增強(qiáng)增韌相，制備鎳/莫來石纖維復(fù)合增韌氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料。討論了采用金屬Ni摻入、纖維涂覆兩種方法作為增韌途徑達(dá)到提高氧化鋁基陶瓷材料韌性的目的，對該材料進(jìn)行力學(xué)性能測試，并探討了增韌機(jī)理。
　　 研究了陶瓷基復(fù)合材料成型工藝和燒結(jié)工藝。首先，通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)研究不同的球磨時(shí)間、球磨介質(zhì)用量、成型壓力和P

2、VA用量對試樣影響，進(jìn)行韋氏硬度測試并分析結(jié)果，最優(yōu)方案是球磨時(shí)間為24h，球磨介質(zhì)用量為15ml，成型壓力100MPa，PVA用量為氧化鋁質(zhì)量的6％；其韋氏硬度值為10.8GPa。其次，采用DSC和TG分析方法研究氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料的物質(zhì)變化情況，再由MF在不同溫度下的SEM圖片分析得知當(dāng)溫度高于1550℃時(shí)纖維力學(xué)性能有所下降，所以確定燒結(jié)工藝。
　　 研究了燒結(jié)方法、摻入Ni、纖維是否涂覆、摻入Al對陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性

3、能及熱震性影響。選用石墨埋燒和裸燒兩種燒結(jié)方法，石墨埋燒氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性和相對密度優(yōu)于裸燒氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料，在石墨埋燒條件下隨著Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度下降但斷裂韌性升高，相對密度是先升高后下降。研究在摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Ni和不同溫度下變化趨勢，在1450℃下燒結(jié)陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性、相對密度和韋氏硬度均優(yōu)于在1400℃下制得陶瓷基復(fù)合材料；在1450℃下隨著Ni摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4、的增加，陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度下降但斷裂韌性升高，韋氏硬度先升高后降低，相對密度先降低后升高再降低。無涂覆纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)于涂覆纖維陶瓷基復(fù)合材料。無涂覆纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度大體趨勢下降和斷裂韌性升高。利用Al摻入陶瓷基復(fù)合材料做燒結(jié)助劑和改善Ni與陶瓷基復(fù)合材料的結(jié)合劑，其抗彎強(qiáng)度是下降的，斷裂韌性、韋氏硬度和相對密度是先升高后降低的。研究陶瓷基復(fù)合材料熱震性發(fā)現(xiàn)，重復(fù)燒結(jié)五次后陶瓷基復(fù)合材料表面出現(xiàn)微裂

5、紋。陶瓷基復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度降低但斷裂韌性和相對密度升高。
　　 采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究纖維、金屬Ni、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對復(fù)合材料影響并分析其增韌機(jī)理。實(shí)驗(yàn)得到的最優(yōu)工藝方案是MF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，金屬Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％，煅燒溫度為1500℃，保溫時(shí)間為60min。制備氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料性能較佳，相對密度為93.83％，抗彎強(qiáng)度為730.427MPa，斷裂韌性為10.13MPa.ml/2，韋氏硬度為10.096GPa。