共晶成分Al-,2-O-,3--ZrO-,2-復(fù)相陶瓷的制備與超塑成形.pdf

1、Al2O3-ZrO2納米復(fù)相陶瓷不僅具有高硬度、易燒結(jié)等優(yōu)良特性還具有高韌性、超塑性等特點(diǎn)，利用其超塑性進(jìn)行成形加工可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀陶瓷零件的“近凈成形”。Al2O3-ZrO2共晶熔融復(fù)相陶瓷還具有優(yōu)良的高溫力學(xué)性能，已被證明是在高溫氧化性氣氛中長(zhǎng)時(shí)間工作的首選結(jié)構(gòu)材料。本文研究了共晶成份Al2O3-ZrO2復(fù)相陶瓷的制備工藝，分別制備了燒結(jié)態(tài)和熔融態(tài)的共晶陶瓷，并研究了燒結(jié)態(tài)陶瓷的超塑成形。 采用溶膠—凝膠法制備了Al2O3-

2、ZrO2納米粉體，研究了制備過程中pH值、煅燒溫度等因素的影響。最終所得Al2O3-ZrO2粉體的粒徑在20納米左右，各相顆粒分散良好、粒徑一致，無硬團(tuán)聚。不同煅燒溫度下粉體的XRD測(cè)試及熱重—差熱(TG—DTA)分析表明，經(jīng)煅燒后粉體中主要為剛玉相Al2O3基體及四方相ZrO2，還含有少量Y2O3。 Al2O3-ZrO2粉體的放電等離子燒結(jié)工藝表明，其合適的燒結(jié)溫度為1500℃。測(cè)得Al2O3-ZrO2燒結(jié)體的致密度為98.

3、2％，接近理論密度。 對(duì)熔融生長(zhǎng)的共晶陶瓷制備工藝研究表明，1850℃為合適的熔融溫度。微觀組織觀察表明熔融態(tài)Al2O3/ ZrO2的共晶組織排列較為復(fù)雜，ZrO2晶體貫穿了Al2O3，同時(shí)Al2O3單晶也貫穿了ZrO2，二者形成了互相貫穿的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這也是共晶陶瓷保持良好高溫性能的主要原因。 將燒結(jié)態(tài)共晶陶瓷與熔融態(tài)陶瓷的微觀組織對(duì)比發(fā)現(xiàn)，燒結(jié)態(tài)Al2O3/ZrO2陶瓷為晶粒隨機(jī)取向的多晶結(jié)構(gòu)，有明顯的氣孔以及晶界

4、。通常情況下，氣孔、晶界(交界面)或者晶界處含有的無定形相及夾雜等導(dǎo)致了多晶復(fù)相陶瓷高溫強(qiáng)度的顯著下降。采用高溫熔融凝固技術(shù)制備的Al2O3/ZrO2共晶陶瓷其組織大大改善，不僅有效消除了氣孔且兩相共晶界面呈共格結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)表明，熔融態(tài)陶瓷的致密度高于燒結(jié)態(tài)，熔融態(tài)陶瓷的硬度和斷裂韌性都明顯高于燒結(jié)態(tài)陶瓷，其硬度和斷裂韌性分別為1120MPa和13MPa·m1/2。 燒結(jié)態(tài)陶瓷超塑性成形實(shí)驗(yàn)表明燒結(jié)體具有良好的超塑性能，其變形量可