Ta2O5對Ti-Al2O3復(fù)合材料的制備和性能的影響.pdf

1、Al2O3與Ti復(fù)合制備Ti/Al2O3復(fù)合材料可以明顯提高Al2O3陶瓷的韌性，使Al2O3陶瓷的應(yīng)用范圍更加廣泛。但高溫下Al2O3和Ti容易發(fā)劇烈的界面反應(yīng)生成具有較強(qiáng)室溫脆性的金屬間化合物降低了復(fù)合材料的使用性能，且Ti較難以燒結(jié)致密。
　　本文以Ta2O5為燒結(jié)助劑分別采用熱壓燒結(jié)和無壓燒結(jié)制備Ti/Al2O3復(fù)合材料，并研究不同摻加量的Ta2O5對Ti/Al2O3復(fù)合材料物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。熱壓燒結(jié)溫度

2、為1300℃、1350℃、1400℃和1450℃，燒結(jié)壓力為30MPa，保溫1.5h，Ti/Al2O3摻加量為0-10.0 vol.％，復(fù)合材料在1400℃Ta2O5摻加量為7.0vol.％時綜合性能最優(yōu)，其相對密度、硬度、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性分別為99.01％、14.92GPa、414.45MPa和6.72MPa·m1/2。無壓燒結(jié)溫度為1450℃、1500℃和1550℃，保溫1.5h，Ti/Al2O3摻加量為為1-10 vol.％，復(fù)

3、合材料在1550℃Ta2O5摻加量為5.0vol.％時綜合性能最優(yōu)，其相對密度、硬度、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性分別為94.02％、11.84GPa、314.92MPa和4.51MPa·m1/2。XRD結(jié)果表明，Ta2O5與Ti形成Ti-Ta固溶體從而抑制了鈦鋁金屬間化合物的生成，這種低熔點的固溶體在燒結(jié)過程中熔融，填充復(fù)合材料的氣孔，促進(jìn)Ti的燒結(jié)致密度，提高結(jié)晶度。SEM結(jié)果表明，摻加Ta2O5的復(fù)合材料中氧化鋁的晶粒尺寸增大明顯，這是由于

4、隨著Ta2O5摻加量的增加，TiO2生成量也增加，TiO2促進(jìn)Al2O3晶粒的長大。同時，摻加Ta2O5復(fù)合材料Al2O3和Ti界面處的TEM分析表明，由于Ta元素的固溶導(dǎo)致Ti相晶格間距增大，使Al2O3和Ti界面處出現(xiàn)半共格界面，從而提高了Al2O3和Ti界面的結(jié)合強(qiáng)度。由于Al2O3和Ti的界面結(jié)合強(qiáng)度較高，在發(fā)生斷裂時Ti和Al2O3的晶粒均出現(xiàn)了類似階梯狀或斷層狀的解理斷裂，出現(xiàn)了階梯狀的裂紋擴(kuò)展，延長了裂紋的擴(kuò)展路徑，消耗裂