氧化铝/氧化钛系复相陶瓷干滑动摩擦学行为研究

摘要

本文以四种复合粉体(微米结构 Al2O3/TiO2复合粉体、纳米结构Al2O3/TiO2复合粉体粉体、纳米结构 Al2O3/TiO2/ZrO2/CeO2复合粉体、等离子处理纳米结构 Al2O3/TiO2/ZrO2/CeO2复合粉体)为原料，采用放电等离子烧结(SPS)技术，制备出四种Al2O3/TiO2系复相陶瓷(依次为 ME、NN、NS和NP)。主要研究了四种复相陶瓷的微观组织、力学性能及摩擦学行为。
　　物相分析表明，ME和NN由α-Al2O3和Al2TiO5相组成，由于添加剂的加入使得NS和NP中除了α-Al2O3和Al2TiO5相外，还生成了t-ZrO2、CeTi21O38和Ce2Zr2O7相。微观组织分析表明，ME的显微组织较粗大，NN、NS和NP陶瓷的显微组织相对较细小。
　　力学性能测试结果显示，NN的力学性能优于ME，特别是断裂韧性和硬度；NS与NP陶瓷相比，NP陶瓷的力学性能较优，是由于经过等离子处理的粉体容易烧结出致密且晶粒细小的陶瓷组织，有利于得到力学性能较好的材料。
　　摩擦磨损试验结果表明，在400r/min和600r/min的转速条件下，四种复相陶瓷的磨损体积均随载荷的增大而增大，ME与NN相比，ME的磨损体积较小；NS与NP相比，NP的磨损体积较小。在转速800r/min、载荷20N的条件下，NN的三体层极薄，NS、NP和ME的三体层厚度约为30～50μm。ME表面的三体层结构较致密，而NS和NP三体层结构较疏松。能谱分析结果显示，ME陶瓷表面三体层中Ti元素含量非常高，ME三体层次表面中Ti元素质量分数与其它陶瓷相差不大。
　　磨损机理研究表明，NN、NS和NP陶瓷都表现为晶间断裂的形式，在NP陶瓷中还存在较明显的晶粒拔出现象。ME、NS陶瓷和NP陶瓷都出现塑性变形。EDS分析结果显示，摩擦磨损过程中发生了物质转移。在低转速条件下(400r/min)，NS和NP陶瓷的磨损表面都出现微犁削形貌。
　　NS和NP陶瓷在不同载荷和转速条件下进行磨损试验，磨损转变的划分界限为磨损率10-5mm3/Nm。基于横向断裂模型(LCM)预测严重磨损阶段的磨损体积，发现NS和NP陶瓷的预测磨损体积在多数磨损条件下与试验值相差不大。

目录

氧化铝/氧化钛系复相陶瓷干滑动摩擦学行为研究

RESEARCH ON THE DRY SLIDINGTRIBOLOGICAL BEHAVIOROF ALUMINA/TITANIA CERAMIC

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 氧化铝基陶瓷的制备工艺研究现状

1.3 纳米陶瓷研究现状

1.4 Al2O3 基纳米复相陶瓷的基本性能

1.5 先进陶瓷材料的摩擦学研究进展

1.6 本文研究目的、意义和主要内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 试验原料

2.2 粉体制备

2.3 氧化铝基复相陶瓷材料的制备

2.4 微观组织结构分析

2.5 物理及力学性能测试方法

2.6 摩擦学性能测试及耐磨机理分析

第3章 Al2O3/TiO2 系复相陶瓷的组织及性能表征

3.1 粉体组织结构分析

3.2 氧化铝基复相陶瓷的组织结构分析

3.3 氧化铝基陶瓷复合材料的物理及力学性能

3.4 本章小结

第4章 Al2O3/TiO2 系复相陶瓷的摩擦学性能

4.1 摩擦系数

4.2 磨痕形貌

4.3 磨损体积

4.4 磨损率

4.5 摩擦表面第三体

4.6 本章小结

第5章 Al2O3/TiO2 系复相陶瓷的耐磨机理

5.1 磨损形式

5.2 磨损机理转变

5.3 磨损预测

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢