ni／ai2o3金屬陶瓷復(fù)合材料

1、第 2 9 卷 第 7 期 2 0 0 1年 7 月華 南 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (自 然 科 學(xué) 版 )J o u r n a lo fS o u t hCh i n aUn i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y( N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n )Vo 1 ． 2 9N o ． 7J u l y2 0 01Ar t i c l eI D： 1 0

2、 0 0 —5 6 5 X( 2 0 0 1 ) 0 7 —0 0 6 2 — 0 4N i ／ AI 2 03Ce r m e tCo mp o s i t eM a t e r i a l sDe n gZ a i _ d eZh o uX iy aY i n gT i n g - z h a oZ e n gH u i · d a n( C o B e g eo fM a t e r i a lS c i e n c e

3、a n dE n g i n e e i n g ， S o u t hC h i n aUn i v ．o fT e c h ． ， G u a n g z h o u5 1 0 6 4 0 ， Ch i n a )Ab s t r a c t：A n ov e lmet h o dwa su s e dt om a keb u l kN i ／ A l 2 Ojc ompo s i t e s ．Thep o wd e rwa s

4、p r e p a r e df r o m s o l — g e lpr o c e s s i nga n dh e a tt r e at e da t12 0 0 ℃ i n ar e d u c i nga t mo s p he r e ．Th eb u l ks p e c i me n swe r eh ot ·pr e se da t14 6 0℃ i nv a c u u m．Th emi c r o

5、s t r a c t u r ea n dp h y s i c a lp r o pe r t i c~ofNi ／ AI 2 0】c ompo s i t e s we r cs t u di e d．I t sf l e x u r a ls t re n g t ha n df r a c t u r a lt ou g h n e s sKl cwa sd r a ma t i c a l l yi n c r e a s

6、 e dwi t hn i c k e lc o n t en tb u tt h eh a E d ne ssd e c r e a s e dKe ywm s ：c e r m e t ： s o l - g e lm e t h o d ；s t r u c t u r e；pr o p e r t yc L Cn u mb e r ：T 0 1 7 47 5 ’ 8 ． 2D o c u m e n tc o d e ： A

7、 I ti swe l la c c e p t e dt h a tt h ef r a c t u r a lt o u g h-h e s so fb r i t t l ec e r a mi c sc a nb ei n c r e a s e db yp r o p e ra d d i t i v e ss u c ha sf i b e r ． wh i s k e ra n dm e t a 1 ．0 n ea p p

8、 r o a c hi st h ei n t r o d u c t i o no fad u c t i l eme t a l l i cp h a s et on o n - o x i d ec e r a m i cm a t r i xs u c ha sN i ／ T i C，C o ／ W C ．Th e s eme t a l - c e r a m i c sh a v eh i g hh a r d n e s

9、s ， g o o dh i g h - t e m p e r a t u r es t r e n g t ha n ds a t i s f a c t o r yt o u g h n e s s ． Bu tf o rm o s to x i d ec e r a -m i e s ，t h e i rme t a l ／ e e r a m i e s c o m p o s i t e sh a v el i t t l

10、 ep r a c t i c a lu s e d u et ot h ef a c tt h a tc e r a mi cma t r i xc a nn o tb ewe t t e dwe l lb yme t a l l i cl i q u i d ．S o l · g e lp r o c e s s i n gc a nm a k ei tp o s s i b l ewh e nm a n yn e w

11、 m a t e r i a l swh i c hc a nn o tb e ma d eb yc o n v e n t i o n a lm e t h o d．Th i sp r o c e s si so fg r e a ti n -t e r e s tb e c a u s e o ft h ewi d er a n g eo fp r o c e s s i n gv a r i a b l e st h a t

12、c a nb ea d j u s t e dt ot a i l o rt h emi c r o -o rma c r o s t r u c t u r eo ft h ec o m p o s i t ema t e r i a l s ． I nma n yc a s e se i t h e rme t a l l i co rn o n - m e t a l l i cp a r t i -c u l a t cc o

13、u l db e c r e a t e di n t e n t i o n a l l yb ymi x i n gs u i t a b l ec o m p o u n d si nt h el i q u i ds t a t et of o r m as 0 】 r ah o m o g e n o u sm i xt u r e [． L e ti tg e 1 ． d r ya n dp r e h e a ti

14、tt og e tp o wd e r s ． Af t e rt h ed e n s i f i -R e c e t c e dd a t e ： 2 o 9 0 — — 0 6 — — 0 5B i o s r a p h y ： D e n gZ n i ． d e( 1 9 4 5 一 ) ，ma l e ， a s s o c i a t ep r o ．1 e s s o r ， ma i n l yi e s e ar

15、 c h ~ o nc e r a mi cs c i c l l c e a nde ng i —n e e r i n g ．c a t i o no ft h ep o w d e rb ys i n t e r i n go rh o t - p r e s s i n g，t h ef i n a lp r o d u c tc a nb eo bt a i n e d．Th i sp a p e rd e s c r i

16、b e st h en i c k e l ／ a l u mi n as o l ·g e ld e r i v e dc o mp o s i t e sw h i c hi n v o l v e st h ep r o c e s s i n g，m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s ．1Ex p e r i m e n t a lPr o c e d

17、 u r eTh ep r o c e s si sb r i e f l ys h o wni n Fi g． 1 ．Th eal u m i n as o lwa sp r e p a r e db yYo l d a s ’ me t h o d w i t ha l u m i n u m b u t o x i d ea n dni c k e 1wa si n t r o d u c e db yn i c k

18、e ln i t r a t e [ 3 , 4 ] ． Th es o lwo u l dg e lv e r yf a s twh e nm i x e dwi t ht h es o l u t i o no fn i c k e ln i t r i d e ．T oa v o i dt h i s ， v i g o r o u ss t i r i n gi sn e c e sa r ywh i l em i x i n

19、gf o rh o m o g e n o u sd i s p e r s i o n ． L e tt h eg e ls t a n df o ro v e r n i g h to rs oa n dd r yi t ， h e a t - t r e a tt l i ed r i e dg e la t5 0 0 ℃ c a r e f u ll yk e e p i ngt h eo v e nd o o rs l i g

20、 ht l yo p e n．Th e nu s eh y d r o g e nt or e d u c et h ep o wd e ra t12 0 0℃ i nat u b e f u r n a c e f o ra b o u tt woho u r s ． Th eh o mo g e n o u sm i x t a r eo fn i c k e la n da l u m i n ap o wd e ri sp r

21、e s s e di n t od i s k e sw i t had i a me t e ro f5 0mm a n dt h i c k n e s s1 0m m ． A f t e rh o t - p r e s s i n ga t14 6 0℃ i nv a c u u m f o r0． 5h o u r ，t h es p e c i m e n swe r ef u l l yd e n s i f i e

22、 d．S p e c i me n sw i t h1 0 ％ t o5 0 ％ ( ma sf r a c t i o n )n i c k e lme t a lwe r ep r e p a r e d．1 _ h ed e n s i t i e swe r ed e t e r mi n e db yAr c h i m e d e sJ o u r n a lo fS o u t hCh i n aU n i v e r s

23、 i t yo fT e c h n o l o g y( N a t u r a lS c i e n c eEd i t i o n )V o l2 9e l y ． Th i sme a n st h a tt h ed u c t i l eme t a ld i s p e r s e dr e l a t i v e l yh o m o g e n o u si nt h eb r i t t l ea l u m i n

24、 am a ．t r i xb ys o l - g e lp r o c e s s i n g ．4 8l：一I ． | ． ． I 1 ． ．2 e ／ ( = )Fi g ． 3X - r a yd i f f r a c t i o np a r t t e r n so fNi ／ A l 2 O 3X - r a yd i f f r a c t i o np a t t e r n ( F i g ． 3 ) s h o

25、 w e dt h a ta l ls a m p l e sa f t e rh o t - p r e s s i n gc o n t a i n e do n l yt woph a s e s - n i c k e lm e t a la n dc o r u n d u m ． NiAl 2s pi n e lwa sn o td e t e c t e d ． Th e r em a yb es o met h i nb

26、 o u n d a r yl a y e r sc o m p o s e do fAI 2m e t a ln i c k e la n ds o meNi A I 2 04s p i n e la n dt h ea mo u n to fs p i n e li st O Os m a l lt ob ed e t e c t e db yX- r a yd i f f r a c t i o n ． Toe n h a n c

27、 et h ewe t t i n ga b i l i t yo fm e t a ll i q u i dt oA 1 2 03s o l i d ， c e r t a i na m o u n to fNi AI 2 04s p i n e la tt h eb o u n d a r i e si sn e e d e da st oi mp r o v et h ep h y s i ．c a lp r o p e r t

28、i e so ft h ec e r me tc o mp o s i t e s ． F ort h i sp u r p o s e ，i tc o u l db eh e l p f u lt oa l l o wt h en i c k e lp a r t i c l e ss l i g h t l yo x i d i z ef r o m t h e i rs u r f a c e sb e ．f o r eh o t

29、 - p r e s s i n gi nv a c u u m ．S c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o g r a p h ss h o w t h em i c r o s t r u c t u r eo fNi ／ Al 2 03c o m p o s i t e sa f t e rh o t ．p r e s s i n g( F i g ． 4 ) ．T h eA I 2

30、0 3g r a i n sw e r ea b o u t2mi c r o ni ns i z e ．N i c k e lm e t a ld i s p e r s e da mo n gt h eAl 2 O 3g r a i n s ． M o s to ft h eme t a ll o o k e dl i k ea si fw a t e rf l o we di n t oc r a c k e df i e l d

31、． S o m eo ft h e m c o n n e c t e dt of o r m “ s t r e a m s， s o m ei s o l a t e dt os h a p e “ p o n d s ” ． A p a r to ft h e m we r ei s o l a t e ds ph e r e c a l s ．Fr o m t h es t r u c t u r et h e r ei

32、 sn od o u b tt h a tt h ef i n ep a r t i c l e so fa l u m i n aa g g r e g a t e da th i g ht e m p e r a t u r e ．F o rt h eo r i g i n a lA l 2 O 3p a r t i c l e swe r eo n l y1 0 0n m i nd i a m e t e r ．Th ei s

33、o l a t e ds ma l ls p h e r i c a ln i c k e lp a r t i c l e sl o c a t e di nt h eh o l e sf o r me db yc o r u n d u m g r a i n sr e v e a l st h a tm e t a ln i c k e ld o e sn o twe tt h eA l 2． I ft h eo r i g

34、i n a lp a rt i c l e so fA l 2 0 3a r en o ts ma l le n o u g ht h e r em u s tb eal o to fb i gh o l e sf o r m e db yl a r g es o l i da l u mi n apa r t i c l e s ．Ev e nt h o u g ht h eo r i g i n a la l u m i n ap

35、a r t i ．c l e sa r es m a l le n o u g h， i tc o u l dn o ts u c c e e di nm a k i n gNi ／ Al z O3c o mp o s i t e sbyt r a d i t i o n a lm e t h ．o d s ．Th i sk i n do fs t r u c t u r ewa sb e n e f i t e df r o m t

36、 h eo r i g i n a lh o mo g e n o u sm i x t u r eo ff i n ep o wd e rp r e -p a r e db ys o l - g e lp r o c e s s i n ga n df r o m t h eh o t ．p r e s s i n g．( a )f r a c t u r a ls u r f a c eo fw( Ni )e q u a t ewi

37、 t h5 0％ f b 】h o t — p r e a s c ds u r f a c eo fw( Ni )e q u a t ewi t h3 0 ％ F i g - 4Mi c r o g r a p h so fNi ／ A1 2 0 3w i t hw ( Ni ) e q u a t ew i t h3 0 ％ Th ee l e c t r i cc o n d u c t i v i t i e so fNi ／

38、 Al 2 03ma t e ．wh e nt h en i c k e lc o n t e n tr e a c h e s5 0 ％ ( ma s sf r a c ．r i a l sl i s t e di nt a b l e1 ．I ts h o w e dt h a tw h e nt h et i o n ) ， t h ec o m p o s i t eb e c o meag o o de l e c t f i

39、 cc o n ．n i c k e lme t a lc o n t e n ti sb e t we e n1 0 ％ ～ 3 0 ％ ( ma s sd u c t o r ． Th i sm e a n st h em e t a ld i s P e r s e di nA l ' o1f r a c t i o nJ ，t h ec o n d u c t i v i t yi sa b o u t1 00 ‘ c