SiC-YAG陶瓷复合材料的制备、组织和力学性能

摘要

该文研究了机械混合法制备SiC-YAG复合材料的工艺优化、微观组织、力学性能、以及强韧化机理.为了进一步提高YAG在SiC陶瓷中的分布均匀性,降低烧结温度和提高力学性能,该文系统研究了共沉淀包覆方法制备SiC-Al<,2>O<,3>-Y<,2>O<,3>复合粉末的机理和工艺过程,并采用该粉末制备出微观组织细小、力学性能优良的SiC-YAG复合材料.研究了共沉淀包覆方法制备SiC-Al<,2>O<,3>-Y<,2>O<,3>陶瓷复合粉体的工艺、粉体分散性和包覆性的影响因素及机理.与机械混合法相比,共沉淀包覆方法制备的SiC-YAG陶瓷复合材料,第二相分布均匀,YAG颗粒细小.虽然在相同烧结温度下(例如1800℃)质量流失较高,但其致密化烧结温度(1750℃)比机械混合法低100℃,所以质量流失明显较低,复合材料晶粒细小(约1.9μm),相对密度、抗弯强度、硬度和断裂韧性也明显较高.复合材料的最佳性能为:相对密度为98％,硬度为23.3GPa,抗弯强度为573MPa,断裂韧性为8.4MPa·m<'1/2>.YAG含量对共沉淀包覆方法制备的SiC-YAG陶瓷复合材料的力学性能影响研究表明,在YAG含量为10wt％时,抗弯强度和硬度均达到最大值.YAG含量较少时,烧结过程中液相少,材料密度较低,力学性能较差.YAG含量过多时,由于热膨胀失配,晶界处易产生较大应力,造成力学性能下降.SiC-YAG陶瓷复合材料的断裂形式为沿晶断裂,增韧机理为晶粒细化、裂纹偏转和微裂纹增韧.

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 SiC粉末的合成

1.2 SiC的结构、性能及应用

1.3 SiC粉体表面改性及研究进展

1.3.1表面包覆改性

1.3.2表面化学改性

1.4 SiC粉体的分散机理

1.5 SiC系复合粉体原料制备

1.6 SiC陶瓷的致密化烧结及研究进展

1.6.1 SiC陶瓷材料的热压烧结与热等静压烧结

1.6.2 SiC陶瓷材料的反应烧结

1.6.3 SiC陶瓷材料的无压烧结

1.7液相烧结SiC-YAG陶瓷复合材料的增韧机理

1.8本论文研究的目的意义和主要内容

第二章机械混合方法制备SiC-YAG陶瓷复合材料

2.1实验方法

2.1.1实验原料及复合材料成分设计

2.1.2机械混合方法制备SiC-Al2O3-Y2O3陶瓷复合粉体

2.1.3造粒与成型

2.1.4 SiC-YAG陶瓷复合材料的烧结

2.1.5 SiC-YAG陶瓷复合材料的性能检测

2.1.6 SiC-YAG陶瓷复合材料断口形貌分析

2.1.7 SiC-YAG陶瓷复合材料的物相组成分析

2.2 SiC-YAG陶瓷复合材料在烧结过程中的质量流失

2.2.1质量流失机理

2.2.2烧结温度的作用

2.2.3保温时间的作用

2.2.4铝钇摩尔比的作用

2.3 SiC-YAG陶瓷复合材料的烧结致密化

2.3.1烧结致密化的本征应力

2.3.2烧结温度的作用

2.3.3保温时间的作用

2.3.4铝钇摩尔比的作用

2.4烧结温度对显微组织和力学性能的影响

2.5保温时间对显微组织和力学性能的影响

2.6铝钇摩尔比对力学性能的影响

2.7缺陷对SiC-YAG陶瓷复合材料力学性能影响分析

2.7.1缺陷对抗弯强度的影响

2.7.2缺陷对维氏硬度的影响

2.8 SiC-YAG陶瓷复合材料的断裂韧性

2.8.1断裂韧性的影响因素

2.8.2烧结温度对断裂韧性的作用

2.8.3晶粒尺寸对断裂韧性的影响

2.8.4 YAG相对断裂韧性的影响

2.9本章小结

第三章共沉淀包覆制备SiC-Al2O3-Y2O3陶瓷复合粉体

3.1实验原料

3.2实验方法

3.2.1配料

3.2.2共沉淀包覆制备SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合先驱体

3.2.3 SiC-Al(OH)3-Y(OH)3陶瓷复合粉体的煅烧

3.2.4 SiC-Al2O3-Y2O3陶瓷复合粉体的烧结

3.3 SiC-Al2O3-Y2O3陶瓷复合粉体分析与性能测试

3.4 SiC悬浮粒子的表面电荷状态

3.5 SiC悬浮粒子之间的相互作用

3.6 pH值对SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粉体分散性的影响

3.7分散剂对SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粉体浆料流动性的影响

3.8 SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粒子的包覆原理

3.9 pH值对SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粒子包覆性的影响

3.10沉淀剂加入速度对SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粒子包覆性的影响

3.11SiC-Al(OH)3-Y(OH)3复合粉体在煅烧过程中的物相变化

3.12煅烧温度对SiC-Al2O3-Y2O3复合粉体分散性的影响

3.13煅烧温度对SiC-Al2O3-Y2O3复合粉体烧结性能的影响

3.14本章小结

第四章共沉淀包覆SiC-YAG的烧结、显微组织和力学性能

4.1实验方法

4.2 SiC-YAG陶瓷复合材料的质量流失

4.3共沉淀包覆SiC-YAG陶瓷复合材料的烧结致密化

4.3.1 YAG相含量的作用

4.3.2烧结温度的作用

4.4共沉淀包覆SiC-YAG陶瓷复合材料的力学性能

4.4.1 YAG含量对抗弯强度的影响

4.4.2烧结温度对抗弯强度和维氏硬度的影响

4.5共沉淀包覆SiC-YAG陶瓷复合材料的断裂韧性

4.6本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士学位期间撰写的论文及专著