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氧化铝是一种成本较低且用途广泛的陶瓷材料,但其脆性大,韧性和抗热震性差,大大限制了它的应用范围和使用寿命。氧化锆纤维是一种性能优良的特种无机纤维,耐高温、耐腐蚀、抗氧化、弹性模量大、强度高,且与氧化铝陶瓷具有良好的物理化学相容性和相近的热膨胀系数。因此本文将氧化锆纤维引入氧化铝陶瓷基体制备复合材料,在提高其抗弯强度和断裂韧性以及控制相对密度和气孔率的条件下,提高氧化铝陶瓷的抗热震性,从而扩大氧化铝陶瓷的应用范围,延长使用寿命,降低成本,减少资源浪费。选用氧化铝粉和氧化锆纤维为原料,以聚乙烯醇为粘结剂,经混合、干燥、造粒及干压成型后,采用传统的烧结技术,在1560℃、1590℃、1620℃和1650℃下烧结制得氧化锆纤维/氧化铝陶瓷复合材料,并进行性能测试,系统地研究了复合材料的抗热震性及相关机理。实验研究了烧结温度、纤维含量和长度对复合材料的气孔率、相对密度、抗弯强度、断裂韧性和抗热震性能的影响。结果表明,复合材料的抗弯强度、断裂韧性随纤维含量的增加先增大后减小,当烧结温度为1650℃、纤维含量为15wt%时,复合材料的抗弯强度和断裂韧性最高,分别为545MPa和3.57MPa·m1/2；而复合材料的气孔率则随着烧结温度的升高而降低,并逐渐趋于平缓,随着纤维含量的增加而升高；相对密度随着纤维含量的增加先降低后升高,纤维含量为15wt%时,复合材料的相对密度最小探讨了不同混料时间对纤维含量为15wt%,烧结温度为1650℃的复合材料力学性能的影响规律,实验结果表明,复合材料的力学性能随混料时间的延长先增大后减小,当混料时间为3h时,试样的力学性能达到最佳,抗弯强度和断裂韧性分别提高62%和28%。利用水冷和空冷两种测试方法研究复合材料的抗热震性能。研究表明,水冷温差为200℃、300℃、400℃、500℃、600℃,一次热震后不同纤维含量试样的剩余强度随热震温差的增大而降低,当纤维含量为20wt%、热震温差为600℃时,复合材料的剩余强度为34.58%。随着纤维含量的增加,试样的临界热震温差逐渐提高。当纤维含量为20wt%时,试样的抗热震性能最好,其临界热震温差为500℃左右,高于纯氧化铝陶瓷的200℃。空冷热震温差为1400℃时,试样空冷次数随纤维含量的增加先增大后减小,当纤维含量为15wt%时,试样的抗热震性能最好,热震循环30次后开始出现裂纹,比纯氧化铝陶瓷增加20次。坩埚的热震次数达到16次,而纯氧化铝坩埚只有3次。通过对复合材料抗热震性能的机理分析发现,氧化锆纤维的高弹性模量和高强度提高了复合材料的抗弯强度,裂纹的偏转,纤维的桥联、脱粘和拔出消耗了大量能量,提高了复合材料的抗热震性能。纤维的引入提高了复合材料的气孔率,热震产生的裂纹在遇到气孔时容易发生偏转、分叉或者钉扎,使得材料内部裂纹长度变短,数量增加,裂纹相互交错形成网状的程度增加,因此,试样断裂时所需要的断裂能增加,有效提高试样的抗热震性能。