SiC-Al<,2>O<,3>复合陶瓷的制备及裂纹愈合研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cqc465330937
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本论文以Al2O3和SiC为原料,采用热压烧结法(hot-press)制备了SiC-Al2O3复合陶瓷材料;采用维氏硬度计法(Vicker’s indenter)在3×4×36mm标准试样的拉伸面中间位置引入一个菱形压痕并产生裂纹;在不同温度、不同时间条件下对预制裂纹的试样进行热处理使裂纹愈合,然后通过扫描电镜(SEM)、X射线(XRD)和三点弯曲(three-point bending)等分析测试手段对上述各种试样进行了测定和分析,研究发现:随着烧结温度的升高,SiC-Al2O3复合陶瓷的弹性模量呈单调增加趋势,而烧结温度高于1800℃后,致密度随SiC含量的增加开始降低;随着SiC含量的增加,致密度呈单调降低趋势,而弹性模量呈先增加后降低趋势,当SiC质量分数超过20%后,弹性模量开始降低。SiC-Al2O3复合陶瓷的抗弯强度和断裂韧性随烧结温度的变化趋势相同,烧结温度高于1800℃后,抗弯强度和断裂韧性均开始降低;抗弯强度和断裂韧性随SiC含量的变化趋势相同,当SiC质量分数超过20%后,抗弯强度和断裂韧性均开始降低;本实验条件下1800℃、SiC质量分数为20%时,抗弯强度和断裂韧性值最高,分别为770MPa和6.9MPa·m1/2。显微组织分析表明,SiC-Al2O3复合陶瓷断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂模式。愈合试验发现,分别保持2h、4h和6h小时,愈合温度从1000℃提高到1400℃,抗弯强度随愈合温度的升高而增加;在8h愈合时,愈合温度超过1200℃后,抗弯强度开始降低;愈合温度从1000℃升高到1200℃时,随着愈合时间从2h延长到8h,抗弯强度一直呈明显上升趋势;愈合温度继续升高从1300℃到1400℃时,愈合抗弯强度呈先增加后降低的趋势。SiC-Al2O3复合陶瓷愈合后的力学性能测定结果表明,1400℃、4h愈合后试样的抗弯强度最高可达583.61MPa,比未经愈合处理的试样提高了近2倍,非常接近完好试样的600.6MPa的水平。XRD分析确定,在空气气氛条件下试样愈合过程中发生了化学反应:SiC+O2→SiO2+CO2(CO) , SiO2+Al2O3→3Al2O3·2SiO2 ;生成的SiO2和3Al2O3·2SiO2填充裂纹使其愈合,从而提高SiC-Al2O3复合陶瓷抗弯强度。
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