金属Ni增韧MF/Al<,2>O<,3>复合陶瓷材料研究
论文中实验以采用常压烧结工艺，在试验原料中添加适量的烧结助剂Nano-TiO2和CMS，选用金属Ni和莫来石纤维(MF)作为增强增韧相，制备镍/莫来石纤维复合增韧氧化铝陶瓷基复合材料。讨论了采用金属Ni掺入、纤维涂覆两种方法作为增韧途径达到提高氧化铝基陶瓷材料韧性的目的，对该材料进行力学性能测试，并探讨了增韧机理。
研究了陶瓷基复合材料成型工艺和烧结工艺。首先，通过设计正交试验研究不同的球磨时间、球磨介质用量、成型压力和PVA用量对试样影响，进行韦氏硬度测试并分析结果，最优方案是球磨时间为24h，球磨介质用量为15ml，成型压力100MPa，PVA用量为氧化铝质量的6％；其韦氏硬度值为10.8GPa。其次，采用DSC和TG分析方法研究氧化铝陶瓷基复合材料的物质变化情况，再由MF在不同温度下的SEM图片分析得知当温度高于1550℃时纤维力学性能有所下降，所以确定烧结工艺。
研究了烧结方法、掺入Ni、纤维是否涂覆、掺入Al对陶瓷基复合材料力学性能及热震性影响。选用石墨埋烧和裸烧两种烧结方法，石墨埋烧氧化铝陶瓷基复合材料的抗弯强度、断裂韧性和相对密度优于裸烧氧化铝陶瓷基复合材料，在石墨埋烧条件下随着Ni质量分数的增加，陶瓷基复合材料的抗弯强度下降但断裂韧性升高，相对密度是先升高后下降。研究在掺入不同质量分数的Ni和不同温度下变化趋势，在1450℃下烧结陶瓷基复合材料的抗弯强度、断裂韧性、相对密度和韦氏硬度均优于在1400℃下制得陶瓷基复合材料；在1450℃下随着Ni掺入质量分数的增加，陶瓷基复合材料的抗弯强度下降但断裂韧性升高，韦氏硬度先升高后降低，相对密度先降低后升高再降低。无涂覆纤维增韧陶瓷基复合材料力学性能优于涂覆纤维陶瓷基复合材料。无涂覆纤维增韧陶瓷基复合材料的抗弯强度大体趋势下降和断裂韧性升高。利用Al掺入陶瓷基复合材料做烧结助剂和改善Ni与陶瓷基复合材料的结合剂，其抗弯强度是下降的，断裂韧性、韦氏硬度和相对密度是先升高后降低的。研究陶瓷基复合材料热震性发现，重复烧结五次后陶瓷基复合材料表面出现微裂纹。陶瓷基复合材料的抗弯强度降低但断裂韧性和相对密度升高。
采用正交实验设计方法，研究纤维、金属Ni、烧结温度和保温时间对复合材料影响并分析其增韧机理。实验得到的最优工艺方案是MF质量分数为10％，金属Ni质量分数为12％，煅烧温度为1500℃，保温时间为60min。制备氧化铝陶瓷基复合材料性能较佳，相对密度为93.83％，抗弯强度为730.427MPa，断裂韧性为10.13MPa.ml/2，韦氏硬度为10.096GPa。根据实验结果探讨了金属Ni与MF的增韧机理，金属塑性变形和桥联，纤维的脱黏和拔出、桥联，是韧性提高的主要原因。
陶瓷材料;力学性能;增韧机理;烧结助剂;莫来石纤维;金属Ni
济南大学
硕士
材料加工工程
王志
2010
中文
TG148
69
2010-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）