可加工氧化铝复相陶瓷的研究

摘要

本文以片状氧化铝晶种作为第二相,从陶瓷材料结构组成出发,通过显微结构的设计和制备新途径,促使多种增韧机制发挥协同作用,提高Al2O3陶瓷的可加工性能,同时又能够保持良好的力学性能,通过无压烧结制备了具有层状结构的Al2O3复相陶瓷。利用三点弯曲、维氏硬度、压痕法等力学方法以及SEM、XRD等检测手段,系统研究了制备工艺、物相组成、显微结构、力学性能和可加工性能之间的关系,同时研究了片状氧化铝晶种对Al2O3陶瓷性能的影响,在此基础上探索了片状氧化铝的增强机制。得到如下结论:
　　 (1)当片状氧化铝晶种含量为30 wt％时,Al2O3复相陶瓷的相对密度最大可以达96.7％,抗弯强度为582 MPa,断裂韧性KIC为6.57MPa.m1/2,维氏硬度Hv为8.75 GPa。
　　 (2)当陶瓷材料的硬度低于机械加工刀具的硬度时,才可以进行机械加工,片状氧化铝晶种的引入,在提高氧化铝陶瓷材料断裂韧性的同时,降低了陶瓷材料的硬度,因而获得了良好的可加工性能,并保持了较高的抗弯强度,实现了力学性能和可加工性能的统一。
　　 (3)通过断裂面形貌和裂纹扩展观察,断裂面形貌不是平整的,而是凹凸不平的,呈现阶梯状的层片状结构,裂纹因劈裂作用而沿层间解理面扩展,产生转向和分岔,延长了裂纹扩展路径,同时,裂纹扩展过程中发生了裂纹桥接,抑制了主裂纹扩展,提高了氧化铝陶瓷的断裂性能。片状氧化铝晶种的引入,诱导了裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出效应和残余应力效应等多种增韧机制的协同作用。