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六大增韧方式,哪个是氧化铝陶瓷增韧最好的
作者: 发布日期:2020-07-29

  氧化铝陶瓷因其不可比拟的耐高温、高硬度、耐磨、耐腐蚀等优点,已广泛应用于汽车发动机、航空航天、国防军工、冶金、医疗、光学、机械电子、化工等领域。然而,像大多数陶瓷材料一样,它也有一些缺点,如抗热震性差,断裂韧性低,严重限制了它的应用。因此,提高氧化铝陶瓷材料的韧性非常重要。

氧化铝陶瓷

  氧化铝陶瓷的增韧方法包括自增韧、粒子增韧、纤维增韧、相变增韧、层状增韧和协同增韧。

  1、自增韧

  自增韧是微结构设计的有效增韧方法。通过引入添加剂或晶种,在烧结过程中形成有利于氧化铝晶粒异生长成板状、棒状和长柱状陶瓷的晶粒动力学条件,从而达到增韧氧化铝陶瓷的效果。自增韧是以原位复合技术为指导,根据材料物理化学原理原位合成自增强陶瓷基复合材料。这种增韧技术不仅使增韧相颗粒与基体的相容性更好,而且简化了工艺,降低了制备成本,提高了陶瓷材料的高温性能。自增韧也有其缺点,如增韧效果差,难以找到诱导剂或种子等。

  2、粒子分散和增韧

  颗粒弥散增韧的机理主要包括剪切应力阻碍微裂纹扩展增韧、热应力诱发微裂纹增韧、弱化应力集中增韧、微裂纹偏转和分支以及基体晶粒细化。坚韧的金属颗粒,如铝、镍、铬等。在氧化铝陶瓷材料中,被选为增韧相,外部载荷主要由金属的塑性变形吸收。主要的增韧机理是当裂纹遇到增韧相时,裂纹在颗粒处发生位移或偏转,消耗了裂纹尖端的能量,达到增韧的目的。由于与温度无关,粒子分散增韧可以作为一种高温增韧方法。

  金属颗粒增韧:添加金属颗粒相可以提高陶瓷材料的力学性能,颗粒弥散相可以引入延性金属相。延性金属相也是一种很有前途的增韧方法,如铝、镍、银、铜、铁等。将金属颗粒引入陶瓷基体不仅改善了陶瓷的烧结性能,而且还阻止了裂纹的扩展。

  非金属颗粒增韧:虽然金属颗粒可以提高陶瓷材料的韧性,但由于金属本身较软,陶瓷材料的整体硬度和强度会降低。为了克服金属颗粒对陶瓷材料的不利影响,研究者开始使用非金属颗粒如碳化硅、碳化钛、碳化钨、二氧化钛、二氧化锆增韧氧化铝陶瓷

  3、晶须(纤维)的增韧

  通过添加晶须(纤维)法和原位生长晶须(纤维)法在al2o 3 陶瓷基体中添加晶须(纤维)可获得增韧陶瓷。晶须(纤维)不仅可以分担外部载荷,还可以结合陶瓷基体的弱界面吸收系统的外部能量,从而改善陶瓷材料的脆性。

  晶须: 晶须增韧Al2O3基陶瓷是一种陶瓷基复合材料,研究较早。晶须的宏观形貌与粉末颗粒相同,因此晶须可以直接分散并与基体粉末均匀混合,通过热压烧结法或常压烧结法可以制备致密的陶瓷刀具材料。由于晶须,的结构,晶须具有良好的力学性能,并成为陶瓷基复合材料的增强相。常用的晶须包括碳化硅,氧化铝,氧化锆,二氧化硅,氮化硅和莫来石。

  纤维增韧:为了达到纤维复合增韧的目的,纤维与基体材料之间必须满足两个条件:增强纤维的弹性系数必须高于氧化铝陶瓷基体;的弹性系数,纤维必须与基体相容。常用的增强纤维包括碳纤维、SiC纤维等。Al2O3基体和各种纤维之间的结合不是简单的混合物,而是有机复合材料,通过非常薄的界面有机地结合在一起。

  4、相变增韧

  在1170和2370时,氧化锆分别从单斜相(M)转变为四方相(T)和从四方相(T)转变为单斜相(M),并且t-m相转变为体积膨胀5%的马氏体相。四方氧化锆相可以通过向氧化锆中加入适量的稳定剂如氧化镁和氧化钙并加热和冷却来稳定。T-m相变会产生体积膨胀,使材料具有较高的强度和韧性,可以增韧氧化铝陶瓷。

氧化铝陶瓷

  5、分层增韧

  受自然界贝壳微结构的启发,人们提出了层状增韧氧化铝陶瓷的结构设计思想。目前,Al2O3基层状增韧陶瓷基体主要由不同弹性模量和线膨胀系数的多层材料组成。这样,可以在基体中形成许多垂直于应力方向的弱界面。在外部载荷的作用下,裂纹在层间弱界面扩展过程中会反复桥接和断裂,从而提高材料的整体韧性和缺陷敏感性。

  6、协同增韧

  随着纳米复合陶瓷材料增韧技术的发展,结合各种增韧方法进一步提高陶瓷断裂韧性的技术手段逐渐成为近年来的研究热点。协同增韧是通过两种或两种以上的增韧方法来达到增韧陶瓷材料的目的。目前,相变/粒子协同增韧、晶须/particle协同增韧和原位/纤维协同增韧被广泛应用。

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