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氧化铝陶瓷的增韧方法,你知道几种

June 24, 2019 氧化铝陶瓷 252

    氧化铝陶瓷具有很多优点,例如优异的机械性能,电性能,耐磨性,氧化铝陶瓷耐高温性,耐腐蚀性等。但是,它存在许多领域,即韧性的缺点。氧化铝陶瓷的韧性特别差。为了弥补这一不足,国内外学者进行了大量的研究,研究表明氧化铝陶瓷的微观结构可以得到控制,尤其是晶粒,形状和尺寸,以提高其断裂韧性。该研究取得了重要成果,并提出了一些有效的增韧方法。以下是五种常见的增韧方法,与您分享:

  1、纤维和晶须增韧

  以某种方式将纤维(或晶须)添加到陶瓷基质中。一方面,可以使用高强度纤维(晶须)来分担施加的载荷,另一方面,可以使用纤维(或晶须)和陶瓷。基质的弱界面结合起来形成外部能量的吸收系统,从而达到改善陶瓷材料脆性的目的。其机理主要是裂纹偏转或分叉,弹性填料拉出效应和桥接效应。

  2、自增韧

  在过去十年中,引入添加剂或晶种以诱导等轴A12O3晶粒各向同性生长成晶粒,如板状和长柱状形态,已经形成了对自增韧A12O3陶瓷的广泛研究。自增韧氧化铝陶瓷材料是通过向原料中加入可产生第二相的原料,控制形成条件和反应过程,直接通过高温化学反应或诱导氧化铝的各向异性生长而获得的。晶粒,制作主晶相陶瓷陶瓷复合材料是通过生长具有均匀分布的晶须,晶粒的大纵横比或晶片的增强材料而形成的。这避免了两相的不相容性和不均匀分布,使得强度和韧性高于与外部第二相增韧的相同材料,从而进一步改善了材料的机械性能。

  3、相变增韧

  当将纯ZrO2(不稳定ZrO2)颗粒加入到Al2O3中形成ZrO2增韧Al2O3陶瓷时,亚稳四方晶系T-ZrO2经应力诱导转化为单斜晶系m-ZrO2,产生3%~5%的体积变化和8剪切。约%的应变效应可以抵消所施加的应力和吸收能量,从而减轻主裂纹尖端的应力集中,并且可以显着提高Al2O3陶瓷的韧性。研究表明,ZrO2的增韧机制包括应力诱导相变增韧,微裂纹增韧,基体晶粒细化,裂纹转向和分叉以及表面增韧。其中,相变增韧是主要的增韧机理。影响相变和增韧的因素很多,如ZrO2含量和粒径,粒度,其他添加剂类型和数量以及晶粒取向。缺点是增韧效果随着温度的升高而急剧下降,因此仅依靠相变韧性来提高韧性的材料仅适用于低温应用。通常将ZrO 2引入Al 2 O 3基质中的颗粒大约为微米或亚微米级,因此制造的多相陶瓷中的ZrO 2晶粒尺寸趋于超过临界尺寸,大大降低了强化和增韧的效果。将纳米相陶瓷作为分散相引入微米级陶瓷基体中,得到纳米复合陶瓷,取得了良好的效果,引起了人们的关注。

      4、颗粒分散相增韧

  颗粒分散和增韧的机理主要包括热应力诱导的微裂纹增韧,剪切应力阻碍微裂纹扩展和增韧,微裂纹偏转和分支,弱化应力集中增韧和基体晶粒细化。颗粒分散和增韧与温度无关,可用作高温增韧的机理。在颗粒增韧氧化铝陶瓷的研究中,碳化物,氮化物,硼化物第二相颗粒和具有高熔点,高强度和高弹性模量的韧性金属颗粒主要是增韧相。影响第二相粒子复合增韧效果的主要因素是:基体和第二相粒子的弹性模量E,热膨胀系数α;和两相的化学相容性。两相的化学相容性是重组的先决条件,即两相之间不必存在过量的化学反应。当Ep和Em相等时,第二相粒子的&α; p是否大于或小于基质的α,m可以实现增韧增强。目前,颗粒分散和增韧的研究主要从两个方面入手:一是利用分散颗粒和基体材料的膨胀系数以及弹性模量的匹配,在材料内部形成残余应力,达到目的。增韧;另一种是通过自身的粒径效应,可以提高其韧性,达到增韧的目的。

  5、复合增韧

  复合增韧氧化铝陶瓷的各种增韧机理近年来也受到广泛关注,包括晶须相变复合增韧,晶须复合增韧,多相粒子复合增韧等。两种增韧ZrO2相变增韧和晶须增韧同时应用于Al2O3陶瓷,产生非常明显的增韧效果。复合材料的增韧机制包括裂纹偏转和旁路,晶须桥接和提取,相变增韧和微裂纹增韧。


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