Y2O3对Ti/Al2O3复合材料结构与性能的影响

摘要

Ti与Al2O3均具有质轻、耐腐蚀等优点，且二者之间具有良好的物理化学相容性与相近的热膨胀系数;选择应用广泛的热压烧结技术来制备集金属陶瓷优异性能于一体的Ti/Al2O3复合材料，以期在航空航天、新型刀具及先进制造等高技术领域可以得到应用。
　　利用热压烧结技术，添加适当的稀土氧化物，控制界面反应，达到改善Ti/Al2O3复合材料性能的目的。通过正交试验对Ti/Al2O3体系复合材料工艺进行优化，最佳的工艺为烧结温度1450℃、烧结压力30MPa、保温时间60min、Y2O3掺入量0.5vol％。在该工艺条件下制备复合材料的性能分别为弯曲强度、断裂韧性、显微硬度、相对密度分别为588.08MPa、16.15 MPa·m1/2、13.34GPa、97.46％。
　　针对Ti/Al2O3体系复合材料进行热力学状态函数及关系式进行研究，指出氧化铝分解产生铝原子与氧原子，而Al与Ti发生反应可以生成Ti-Al金属间化合物。通过计算△GTi3Al＜△GTiAl＜0，进而说明若Al与Ti之间充分接触时，Ti3Al、TiAl均可以生成，但是优先形成Ti3Al相;通过将Y2O3引入到Ti/Al2O3复合材料中，伴随着温度升高，氧化钇发生分解，而Y原子通过与Al的结合，可以形成Y-Al化合物，且△GYAl2＜△GYAl＜△GTi3Al＜△GTiAl＜0。
　　采用热压烧结方法，制备Ti/Al2O3复合材料，烧结过程可以分为三个阶段，以颗粒重排和表面扩散为主的烧结阶段、体积扩散与晶格扩散为主的传质阶段和加压以后产生塑性流动为主的致密化阶段。通过研究Y2O3对Ti/Al2O3复合材料的微观结构及力学性能影响，发现Y2O3的掺入使复合材料物相组成发生了改变，抑制脆性Ti3Al相生成，使得复合材料力学性能达到改善。
　　研究Y2O3对Ti/Al2O3复合材料强韧化的影响，通过使材料断裂模式由单纯的沿晶断裂转变为沿晶断裂与穿晶断裂同时存在的混合断裂模式，并伴随着裂纹桥联与偏转，可以改善复合材料韧性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 陶瓷-金属复合材料

1．2．1 陶瓷-金属复合材料体系的选择原则

1．2．2 陶瓷-金属复合的原理

1．2．3 陶瓷-金属复合材料研究现状

1．3 Ti／Al2O3复合材料研究进展

1．3．1 Ti／Al2O3复合材料制备技术

1．3．2 Ti／Al2O3复合材料性能改性

1．3 论文研究的意义与内容

1．3．1 论文研究的意义

1．3．2 论文研究的内容

第二章 实验方案设计与研究方法

2．1 原料

2．1．1 氧化铝

2．1．2 钛粉

2．1．3 氧化钇

2．2 实验仪器与设备

2．3 材料性能测试及表征的方法

2．3．1 相对密度测试

2．3．2 显微硬度测试

2．3．3 弯曲强度测试

2．3．4 断裂韧性测试

2．4．5 物相组成及微观结构的分析

第三章 Y2O3掺加下Ti／Al2O3复合材料制备与优化

3．1 引言

3．2 实验方案的设计与实验内容

3．2．1 实验方案设计

3．2．2 实验研究内容

3．3 Ti／Al2O3复合材料热压烧结及微观结构

3．4 Ti／Al2O3复合材料制备工艺优化

3．4．1 烧结温度对试样性能的影响

3．4．2 保温时间对试样性能的影响

3．4．3 烧结压力对试样性能的影响

3．5 Ti／Al2O3复合材料热力学状态函数及关系式

3．6 小结

第四章 掺加Y2O3对Ti／Al2O3复合材料结构与性能的影响

4．1 引言

4．2 研究内容和实验方法

4．2．1 研究内容

4．2．1 实验方法

4．3 Y2O3对Ti／Al2O3物相组成影响

4．4 Y2O3对Ti／Al2O3复合材料力学性能影响

4．5 Y2O3对Ti／Al2O3复合材料韧化作用机制

4．5．1 复合材料的强化机制

4．5．2 复合材料的韧化机制

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录