MF-Al-,2-O-,3-陶瓷復(fù)合材料的研究.pdf

1、Al2O3陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是優(yōu)異的工程陶瓷材料之一，但Al2O3陶瓷的脆性限制了其應(yīng)用范圍。通過添加MF(Mullite Fiber)來改善Al2O3陶瓷的脆性問題，提高Al2O3陶瓷的韌性，使其能應(yīng)用于更多的生產(chǎn)領(lǐng)域。 利用傳統(tǒng)的無壓燒結(jié)技術(shù)，添加適量的燒結(jié)助劑，選取合理的纖維分散工藝，制備出莫來石纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷基復(fù)合材料，通過纖維預(yù)處理和添加納米ZrO2兩種途徑來提高M(jìn)F增韌效果，使復(fù)

2、合材料性能進(jìn)一步提高，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試，并初步討論了復(fù)合增韌機(jī)理。 利用SEM、DTA等分析手段研究了莫來石纖維經(jīng)高溫處理后的表面形貌，結(jié)果表明當(dāng)溫度高于1550℃時(shí)，纖維表面晶粒粗化，纖維的力學(xué)性能開始降低，復(fù)合材料的燒結(jié)溫度應(yīng)低于1550℃。選用CMS-G和TiO2作為燒結(jié)助劑來降低氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度。當(dāng)CMS-G和TiO2含量分別為3％和1％，燒結(jié)溫度1450℃，保溫2h時(shí)，氧化鋁陶瓷基體致密燒結(jié)，相對(duì)密度達(dá)到98

3、.93％，且晶粒發(fā)育良好，結(jié)晶均勻。 利用溶膠-凝膠法在纖維表面制備SiO2涂層，改善MF與AL2O3基體的結(jié)合性能，通過掃描電鏡觀察分析研究了不同pH值、不同水硅比下制備的硅溶膠在纖維上的涂敷效果。通過三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)等手段研究了纖維表面涂層對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)pH值在1～2之間，水硅比r=1時(shí)，SiO2溶膠的涂敷效果最理想，復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度達(dá)到419.67MPa；相對(duì)密度87.15％。 為了提高M(jìn)F

4、/Al2O3陶瓷材料的增韌效果，應(yīng)用ZrO2相變與MF纖維復(fù)合的方式，對(duì)氧化鋁陶瓷進(jìn)行增韌研究，得出結(jié)論:在MF增韌Al2O3的基礎(chǔ)上加入納米ZrO2進(jìn)行復(fù)合，材料的韌性要比單純MF增韌效果好。采用正交設(shè)計(jì)方法研究了莫來石纖維(MF)，納米氧化鋯，燒結(jié)溫度及保溫時(shí)間對(duì)MF/Al2O3復(fù)合材料力學(xué)性能的影響機(jī)制。結(jié)果表明:MF對(duì)復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度的影響最大，同時(shí)也影響材料的斷裂韌性，納米ZrO2對(duì)材料維氏硬度的影響最大，所以通過控制MF和納

5、米ZrO2粉的含量和燒結(jié)溫度，可以改善復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)，提高材料的力學(xué)性能。復(fù)合材料制備的最佳工藝條件為:10％MF，10％納米ZFO2粉，燒成溫度1500℃。此條件下制備的復(fù)合材料相對(duì)密度93.85％，抗彎強(qiáng)度712.128 MPa，斷裂韌性10.054 MPa-mL2，維氏硬度9.108GPa。 初步探討了納米ZrO2與MF的復(fù)合增韌機(jī)理，纖維的拔出與脫粘、纖維的橋聯(lián)和ZrO2相變，微裂紋是提高復(fù)合材料強(qiáng)度和韌性的主要原因。