納米Ni-,3-Al-Al-,2-O-,3-復(fù)合陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、氧化鋁陶瓷因具有硬度高、耐高溫、抗氧化、耐磨損等優(yōu)良特性，成為當(dāng)今世界上使用最為廣泛的陶瓷材料之一，其復(fù)合材料，又具有相對高的強(qiáng)度和韌性，無論在航空航天等國防尖端技術(shù)領(lǐng)域，還是在機(jī)械、冶金、化工等一般工業(yè)領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用前景。 但是陶瓷材料的脆性本質(zhì)在很大程度上限制了它的發(fā)展和應(yīng)用，為了更好的發(fā)揮陶瓷的優(yōu)異性能，改善陶瓷脆性，提高其強(qiáng)度、韌性成了陶瓷研究的核心問題。陶瓷增韌已得到廣泛的研究，目前業(yè)界已經(jīng)建立了相變增韌、彌散

2、強(qiáng)化、纖維增韌、原位生長強(qiáng)化增韌、復(fù)相增韌等多種強(qiáng)化、增韌方法和技術(shù)。近年來，在提高氧化鋁陶瓷韌性的研究中，利用金屬問化合物作為第二相來增韌氧化鋁已成為研究熱點(diǎn)之一，并取得了重要的研究成果。其中，鋁系金屬間化合物因?yàn)榫哂袃?yōu)異的耐高溫、抗氧化、耐磨損等優(yōu)良的特性，而且與Al2O3陶瓷有良好的物理、化學(xué)相容性和潤濕性，因此可以作為很好的陶瓷材料的增韌相。納米復(fù)合化是進(jìn)一步提高強(qiáng)度和韌性的途徑之一。 本文利用氫電弧等離子體法制備了納米

3、Ni3Al。在不同電壓、電流和氣氛下成功制得納米Ni3Al，通過比較產(chǎn)物性能確定最優(yōu)工藝。利用X—射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)等測試手段對產(chǎn)物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，制得的納米Ni3Al純度高，結(jié)晶性能好，粒子多為球狀，且粒徑較均勻，大多數(shù)粒子粒徑在50nm以下。在氫氣氬氣混合氣體氣氛下，氣體體積比為H2：Ar=2：1的情況下制備的納米Ni3Al粒徑最均勻，為50nm左右。通過時(shí)效處理和熱分析

4、，表明產(chǎn)物性能穩(wěn)定，在氮?dú)鈿夥罩锌筛邷?900℃)穩(wěn)定存在。 本文以氧化鋁為基體，以納米Ni3Al為彌散相，在1450℃燒結(jié)溫度下制備納米復(fù)合陶瓷。將顆粒增韌與納米復(fù)合有機(jī)地結(jié)合起來，從而改善氧化鋁基納米復(fù)合陶瓷的性能。通過制備不同納米Ni3Al配比的納米復(fù)合陶瓷，研究了納米Ni3Al含量不同對陶瓷性能的影響。經(jīng)過檢測得知，隨著納米Ni3Al含量的增加(＜5％)，陶瓷晶粒得到細(xì)化，陶瓷的硬度、斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度不斷增大，在納米N

5、i3Al含量為5％時(shí)，復(fù)合陶瓷的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度分別達(dá)到480.6MPa和12.1MPa·m1/2，復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度比純Al2O3陶瓷(360MPa)提高了約33.3％，斷裂韌度比純Al2O3陶瓷(4.9MPa·m1/2)提高了約147％。通過SEM和XRD表征得知，復(fù)合陶瓷由兩相組成，即Ni3Al相和Al2O3相。其中，納米Ni3Al主要以兩種狀態(tài)存在陶瓷中：一部分Ni3Al粒子處在晶界，并且容易聚集長大，另一部分進(jìn)入Al2O3晶