Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的制备与机械性能研究

摘要

陶瓷基层状复合材料是一类受珍珠云母、贝壳等层状结构的启发而发展起来的强韧化陶瓷，由于增韧效果显著，成为当前陶瓷材料研究的热点。本文以AlO-ZrO/SiN23234层状复合陶瓷为研究对象，按照“粉体球磨—流延成型—排水排胶—热压烧结”这一工艺路线并结合组织性能分析来研究AlO-ZrO/SiN层状复合陶瓷。本文中所制备的AlO-ZrO/SiN2323423234层状复合陶瓷试样，单层厚度控制在190μm左右，研究了AlO-ZrO/SiN23234陶瓷基层状复合材料制备工艺、组织、性能之间的关系。
　　通过采用水基凝胶流延法制备陶瓷基薄膜，通过优化流延浆料的组成，合理控制流延速度和干燥时间，得到性能优异的陶瓷薄膜片，并在空气中高温煅烧去除其中的有机物。用热压烧结的方法制备出层状复合陶瓷块体，分别在温度为1490℃，1590℃，1690℃，压力为25MPa的条件下，制备AlO-ZrO/SiN陶瓷制件，其中1590℃下陶瓷密度最高，为3.58g/cm323234。
　　通过扫描电镜（SEM）和能谱分析(EDS)观察显微组织，证明1590℃烧结的陶瓷试样组织性能优于1490℃和1690℃两个温度下烧结的层状陶瓷试样。

目录

Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的制备与机械性能研究

RESEARCH ON THE PRODUCING AND MECHANICAL CHARACTER OF Al2O3-ZrO2/Si3N4 LAMINATED CERAMIC

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 一般块体陶瓷

1.2.2 层状复合陶瓷

1.2.3 层状复合陶瓷材料的制备

1.3 课题意义及主要研究内容

1.3.1 课题的来源及意义

1.3.2 主要研究内容

第2章 材料及实验方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验用陶瓷纳米粉体及表征

2.1.2 水基凝胶流延工艺

2.1.3 陶瓷薄膜的热重分析

2.2 热压烧结

2.3 力学性能测试方法

2.3.1 断裂韧性的测定

2.3.2 抗弯强度的测定

2.3.3 维氏硬度的测定

2.3.4 密度测定及致密度计算方法

2.4 复合材料的组织性能观察方法

2.4.1 表面及断口的扫描电镜（SEM）观察

2.4.2 断口的能谱分析（EDS）

第3章 Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的制备

3.1 流延法制备陶瓷薄膜

3.2 陶瓷薄膜的排水排胶

3.3 真空热压烧结

第4章 烧结分析及形貌观察

4.1 烧结概述

4.2 烧结过程中的晶粒生长理论

4.3 烧结温度对晶粒尺寸的影响

4.4 烧结后的层状形貌

4.5 断口能谱分析(EDS)

4.6 本章小结

第5章 Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的力学性能

5.1 Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的力学性能

5.1.1 抗弯强度

5.1.2 断裂韧性

5.1.3 硬度

5.2 Al2O3-ZrO2/Si3N4层状复合陶瓷的增韧机制

5.2.1 裂纹偏转增韧

5.2.2 纳米颗粒增韧

5.2.3 ZrO2相变增韧

5.2.4 残余应力增韧

5.2.5 残余应力的计算

5.3 本章小结

结论

参考文献

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致谢