纳米Ni-Fe颗粒增韧氧化铝基陶瓷复合材料的制备及性能研究

摘要

该论文共分五章,第一章为绪论,简要介绍了陶瓷基复合材料以及纳米复合陶瓷的研究现状和增韧机理.在第二章中,我们采用高能球磨混合方法加上热压烧结工艺,成功制备了Ni-20Fe/Al<,2>O<,3>纳米复合材料,并通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、比表面孔隙仪(BET)对该复合材料的微结构进行了表征.研究表明:复合材料粉体中Ni-Fe颗粒均匀地分布在Al<,2>O<,3>基体中,除少量大颗粒外(约100nm),大部分颗粒大小为10~60nm;热压后,复合材料样品中只存在γ-Ni-Fe和α-Al<,2>O<,3>两相:几乎所有的Ni-Fe颗粒都分布在Al<,2>O<,3>晶界上,说明Ni-Fe/Al<,2>O<,3>纳米复合材料属于晶间型纳米复合材料.第三章考察了复合材料力学性能(致密度、维氏硬度、断裂韧性以及断裂强度等)与Ni-Fe含量的关系(0-19vol.％Ni-Fe).并结合表面裂纹扩展和断口形貌,讨论了材料增强增韧的机理.结果表明,复合材料的致密度均很高,相对密度均大于98％;其硬度随Ni-Fe含量增加自~20GPa(Al<,2>O<,3>)单调降低到~14GPa(19vol.％Ni-Fe);断裂韧性自4.7MPa.m<'1/2>单调增加到6.2MPa.m<'1/2>;而断裂强度则随Ni-Fe含量增加而先增加后减小,在~5vol.％Ni-Fe附近出现最大值,约为600MPa;通过分析,我们认为材料韧性的提高可能来自于裂纹偏转和晶粒的细化,强度的提高则可能来自于韧性的提高.在第四章中,我们利用薄膜内耗仪测量了在升温过程中(0-350℃)复合材料杨氏模量的变化.结果显示,材料的杨氏模量随温度的升高而不断减小,但减小的幅度很小,表明陶瓷材料稳定性很好;不同复合材料的杨氏模量随Ni-Fe含量增加自~280GPa减小到~220GPa,这应该是因为Ni-Fe合金的杨氏模量比基体氧化铝的要小的缘故.第五章,我们利用振动样品磁强计对复合材料的磁性能进行了表征.复合材料显示出了很强的磁性,Ni-Fe含量越多,饱和磁化强度越大;当Ni-Fe含量达到19vol.％时,复合材料的单位质量饱和磁化强度达到了~33emu/g,矫顽力则相反,随着Ni-Fe含量增加不断减小;随着温度的升高,磁性减弱,到居里温度(~600℃)附近,饱和磁化强度和矫顽力降到几乎为0,材料不显示磁性.

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文摘

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2陶瓷基复合材料

1.2.1概述

1.2.2陶瓷基复合材料增韧机理

1.2.3影响延性相增韧陶瓷材料的主要因素

1.3纳米陶瓷和纳米复合陶瓷

1.4本论文研究的内容和目的

参考文献

第二章Ni-Fe/Al2O3纳米复合材料的制备工艺与微结构表征

2.1引言

2.2样品的制备工艺

2.2.1粉体制备工艺

2.2.2块体的制备工艺

2.3样品的微结构表征

2.3.1粉体的比表面积

2.3.2粉体的形貌观察

2.3.3块体的相分析

2.3.4块体的热腐蚀形貌

2.4本章小结

参考文献

第三章Ni-Fe/Al2O3纳米复合材料的力学性能

3.1引言

3.2致密度

3.2.1密度测试方法

3.2.2实验结果及分析

3.3硬度的测量

3.3.1硬度测试方法

3.3.2实验结果与分析

3.4断裂韧性

3.4.1测试方法

3.4.2实验结果及分析

3.5断裂强度

3.5.1测试方法

3.5.2实验结果与分析

3.6本章小结

参考文献

第四章Ni-Fe/Al2O3纳米复合材料的弹性模量测量

4.1引言

4.2薄膜内耗仪

4.3试样的制备

4.4实验结果与分析

4.6本章小结

参考文献

第五章Ni-Fe/Al2O3纳米复合材料的磁学性能

5.1引言

5.2磁性材料基础

5.2.1磁性的基本概念

5.2.2铁磁性物质的基本现象

5.2.3 Ni-Fe合金的基本物理性能

5.3实验设备

5.4实验结果及分析

5.5本章小结

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文