纳米Fe-Al金属间化合物/AlO复合材料制备工艺研究

摘要

该文利用氢电弧等离子体法制备了纳米Fe<,3>Al金属间化合物,并以此为弥散相以氧化铝为基体,将颗粒增韧和纳米复合有机地结合起来,从而改善氧化铝基纳米复合陶瓷的力学性能.通过测试纳米复合陶瓷的强度、韧性等力学性能,分析陶瓷材料的微观结构,探讨了纳米Fe<,3>Al增韧补强Al<,2>O<,3>机理.利用氢电弧等离子体法首次将块状Fe<,3>Al蒸发制得纳米铁铝金属间化合物.研究了纳米Fe<,3>Al常压烧结固体硬度和处理温度的关系,发现随烧结温度升高,硬度呈先下降后上升的变化趋势.对Fe<,3>Al/Al<,2>O<,3>纳米复合陶瓷的结构研究发现,复合陶瓷中由Al<,2>O<,3>Fe<,3>Al两种相组成,不存在单质Fe和Al.研究了不同Fe<,3>Al含量对复合陶瓷结构的影响,发现当Fe<,3>Al含量达到20﹪时,Fe<,3>Al粒子明显长大,而Al<,2>O<,3>晶粒的生长则得到抑制.深入探讨了复合陶瓷的致密化过程,建立了复合陶瓷的密度和烧结时间之间的理论关系.研究了烧结温度和纳米Fe<,3>Al添加量对复合陶瓷的硬度和强度的影响,发现烧结温度和纳米Fe<,3>Al添加量两因素对复合陶瓷的硬度和强度的影响基本一致.研究了烧结温度、纳米Fe<,3>Al添加量、保温时间和烧结气氛等因素对复合陶瓷材料增韧的影响.纳米复合陶瓷断裂方式的改变是由于晶界的增强而不是晶粒的显著弱化导致的.裂纹在亚晶界的偏转使扩展路径变得更加曲折和漫长,从而增加了材料的韧性.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1本课题研究的背景、目的和意义

1.2 Al2O3基陶瓷的研究概况

1.3纳米金属粒子研究现状

1.4 Fe-Al金属间化合物的研究进展

1.5金属(金属间化合物)粒子/氧化铝复合陶瓷研究进展

1.6本课题研究的主要内容

2纳米Fe3Al金属间化合物的制备及表征

2.1氢电弧等离子体法制备纳米Fe3Al金属间化合物

2.1.1纳米Fe3Al金属间化合物制备工艺

2.1.2纳米Fe3Al金属间化合物的表征

2.1.3纳米Fe3Al金属间化合物的DSC分析

2.2机械合金化法制备纳米铁铝金属间化合物

2.2.1合金化法制备纳米铁铝基金属间化合物工艺

2.2.2纳米铁铝基金属间化合物的表征

2.3本章小结

3纳米Fe3Al金属间化合物的力学性能

3.1纳米Fe3Al粉体的烧结

3.1.1常压烧结法制备纳米Fe3Al固体材料

3.1.2热压烧结制备纳米Fe3Al固体材料

3.2常压烧结纳米Fe3Al块体材料的结构和性能

3.3热压烧结纳米Fe3Al块体材料的结构和性能

3.4本章小结

4Fe3Al/Al2O3纳米复合陶瓷的制备工艺和性能测试

4.1 Fe3Al/Al2O3纳米复合陶瓷材料的成分设计

4.2 Fe3Al/Al2O3复合陶瓷材料的制备工艺

4.3真密度的测定

4.4材料力学性能测试

5制备工艺对Fe3Al/Al2O3纳米复合陶瓷力学性能的影响

5.1Fe3Al/Al2O3复合陶瓷的硬度

5.2 Fe3Al/Al2O3复合陶瓷的弯曲强度

5.3纳米Fe3Al/Al2O3复合材料的断裂韧性

5.4本章小结

6 Fe3Al/Al2O3复合陶瓷的微观结构

6.1 Fe3Al/Al2O3复合陶瓷XRD表征

6.2 Fe3Al/Al2O3复合陶瓷的组织结构

6.2.1金相组织结构

6.2.2 Fe3Al/Al2O3复合材料的断口形貌

6.3烧结工艺对复合陶瓷中Al2O3晶粒度的影响

6.4烧结工艺对复合陶瓷相对密度的影响

6.5本章小结

7纳米Fe3Al/Al2O3强韧化机理

7.1晶粒细化及内晶型纳米颗粒的形成过程

7.1.1晶粒尺寸与烧结时间

7.1.2晶粒细化与内晶型结构形成过程

7.2纳米Fe3Al对Al2O3材料的强化作用

7.3内晶型结构的残余应力分析及其增韧机制

7.3.1残余应力

7.3.2应力诱导裂纹增韧与残余应力增韧

7.4内晶型结构的增韧效应

7.5裂纹桥连增韧机制

7.6本章小结

8结论

参考文献

致谢

附录