Al2O3-ZrO2/Al复合材料的制备与性能研究

摘要

陶瓷颗粒增强铝基复合材料大规模的实际生产应用越来越广泛，不仅因为制备复合材料的原材料价格便宜，而且制备方法简单，合成材料性能好，因此，陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有广阔的前景。
　　为解决常规的粉末冶金法制备陶瓷颗粒增强铝基材料的界面浸润性差的问题，本文采用热压法制备Al2O3-ZrO2/Al复合材料，研究了增强体Al2O3-ZrO2颗粒含量及配比对铝基复合材料微观组织及性能的影响。以Al(NO3)3·9H2O和氨水为原料，利用液相沉淀法制备出纳米Al2O3粉体，通过TG-DTA、XRD、SEM等手段对粉体的热行为、相成分与微观结构进行表征;研究组成(Al2O3、ZrO2颗粒含量0％、6％、9％、12％和粒度)和热压工艺(560℃、570℃、580℃，升温速度90℃/min，保温时间5min，压力20MPa)对复合材料力学性能（洛氏硬度、抗弯强度、耐磨性能等）以及显微结构的影响;同时分析了Al2O3-ZrO2含量为6％时对复合材料组织结构与性能的影响，并探讨了其相关的机理。
　　研究结果表明，采用沉淀法制备的前驱体经1000℃煅烧，可制备出粒径约为150nm、等轴的α-Al2O3粉体颗粒。在采用α-Al2O3作为增强体时，热压温度为580℃，α-Al2O3含量为6％时，复合材料的密度为2.46g/cm3，此时的抗弯强度较好达到70MPa，因为增强体含量增高之后复合材料内部组织分散，而且断裂形式以脆性断裂为主。当热压温度为570℃，含量为9％时，复合材料的密度为2.43g/cm3，此时的硬度和耐磨性能较好，硬度达到73HRB，比基体Al的硬度提高了18％，磨损量为0.0639g。ZrO2作为增强体含量为6％，热压温度为570℃时，复合材料的力学性能分别为硬度69HRB，比基体的硬度提高了11％，抗弯强度为54MPa，磨损量为0.1012g，此时性能较好，因为复合材料颗粒之间结合紧密，组织相互融合在一起，形成片状结构。当Al2O3-ZrO2复合掺杂增强时，增强体含量为6％时，材料的致密度和力学性能较好，Al2O3-ZrO2按1∶2混合时，硬度为73HRB，抗弯强度为69MPa，磨损量为0.1071g;当混合比例为2∶1时，硬度为77HRB，抗弯强度为63MPa，磨损量为0.0665g。Al2O3含量高时复合材料的硬度和耐磨性能都有所提高。

目录

声明

摘要

图和附表清单

1 绪论

1．1 金属基复合材料概述

1．1．1 金属基复合材料的发展

1．1．2 金属基复合材料的性能特点

1．1．3 研究意义和目的

1．2 国内外研究现状

1．2．1 金属基复合材料的制备方法

1．2．2 基体和增强体的选择

1．3 研究内容及创新

1．3．1 课题的研究内容

1．3．2 课题的创新点

2 纳米Al2O3粉体的制备与分析

2．1 概述

2．2 实验材料与仪器及工艺流程

2．3 反应体系pH值对粉体制备的影响

2．4 实验结果分析及讨论

2．4．1 前驱体的TG-DTA分析

2．4．2 纳米粉体的XRD分析

2．4．3 纳米粉体的SEM分析

2．5 本章小结

3 陶瓷颗粒组成及大小对铝基复合材料性能的影响

3．1 实验原材料及实验方法

3．1．1 实验用原材料及设备

3．1．2 实验设计

3．1．3 复合材料性能测试

3．2 陶瓷增强颗粒对复合材料相对密度的影响

3．2．1 增强颗粒含量对复合材料相对密度的影响

3．2．2 增强颗粒粒径对复合材料相对密度的影响

3．3 增强体对复合材料耐磨性能的研究

3．3．1 增强体含量对复合材料耐磨性能的影响

3．3．2 增强体粒径对复合材料耐磨性能的影响

3．4 增强体含量对复合材料硬度的影响

3．5 增强体含量对复合材料抗弯性能的影响

3．6 本章小结

4 陶瓷增强铝基复合材料的形貌分析

4．1 热压温度对复合材料形貌的影响

4．1．1 热压温度为560℃制备复合材料的形貌分析

4．1．2 热压温度为570℃制备复合材料的形貌分析

4．1．3 热压温度为580℃制备复合材料的形貌分析

4．2 增强体颗粒含量对复合材料形貌的影响

4．2．1 6％Al2O3／Al复合材料形貌分析

4．2．2 9％Al2O3／Al复合材料形貌分析

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢