金属陶瓷纳米复合粉体的烧结和致密化机理

摘要

金属陶瓷由于具有陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性常被用来制作工具材料和结构材料，同时由于引入的金属相带来了电磁性质，因此可用于电子工业生产电阻以及磁记录材料中。因此以纳米Fe、Co、Ni及其磁性合金作为金属相的金属陶瓷受到关注。 本文以Al粉和Fe3O4粉为原料，通过机械力化学方法原位生成以Al2O3为壳层，包裹纳米Fe粒子芯核的复合粒子即核壳结构纳米Fe/Al2O3复合粉体，这种复合粉体中，由于Fe粒子嵌入到氧化铝基体中，因此可以避免纳米Fe粒子的团聚和氧化。 本文采用的是热压烧结法制备烧结块体。经过对不同球磨时间复合粉体的XRD分析，选取了球磨时间为6小时的复合粉体作为烧结粉料。结合对粉体的DSC测试制定了初步的烧结工艺，研究了热压烧结致密化过程以及烧结工艺参数如烧结温度、升温速率、保温时间等对其致密度的影响。 烧结过程中致密化问题是整个烧结过程中的重点，不过由于纳米颗粒易氧化易团聚的特性，复合粉末的致密化烧结显得比较困难。同时，考虑到尖晶石的形成对于材料的磁性能的影响，本文采用氩气气氛保护下的热压烧结法制得烧结块体。运用金相显微镜、SEM、TEM等手段从微观形貌方面对烧结体进行表征，进一步借助XRD来分析烧结体的物相成分，最终得到了优化的烧结工艺。 本文还利用振动样品磁强计(VSM)测量了不同烧结工艺的烧结块体其矫顽磁力Hc、饱和磁化强度Ms等磁性能参数，探索了烧结工艺参数与磁性能参数之间的关系。

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第一章绪论

1.1金属陶瓷

1.1.1金属陶瓷的种类

1.1.2金属陶瓷的用途

1.1.3金属陶瓷的电磁特性

1.2金属陶瓷的粉末制备方法

1.3纳米复合粉体的烧结

1.3.1纳米粉末烧结的特点

1.3.2纳米粉末烧结的研究现状

1.3.3热压烧结的研究现状

1.4氧化铝基金属陶瓷的磁性能研究

第二章研究内容和研究方案

2.1研究内容

2.2研究方案

2.3工艺路线

2.4实验原料

2.5实验仪器

2.6实验设备

第三章Fe/Al2O3纳米复合粉体的机械力化学合成

3.1机械力化学合成工艺

3.2球磨时间的选定

3.3纳米复合粉体的DSC测试

第四章Fe/Al2O3的热压烧结和微观组织

4.1热压烧结工艺

4.2烧结体的致密度测定

4.3烧结工艺的优化

4.4烧结体物相分析

4.5微观组织

4.5.1金相显微组织

4.5.2扫描电镜形貌

4.5.3透射电镜形貌

第五章烧结体的磁性能

5.1磁滞回线的测试

5.2烧结工艺对磁性能的影响

5.3实验结果和讨论

第六章致密化机理分析

6.1固相烧结理论

6.2致密化与晶粒生长的关系

6.3晶粒的异常长大

第七章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

参加的科研项目