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微波烧结Al_2O_3-TiC复合材料的研究

发布日期:2017-07-26 来源: 中国金沙网址_金沙网站_澳门金沙网址-js191.com网 查看次数: 2 作者:admin
核心提示:  微波烧结AI2O3―TiC复合材料的研究胡晓力刘阳尹虹张伟南曾令可x郑乃章陈楷(华南理工大学材料科学与工程学院,广州:510640,"景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,333001)法对制备试样的

  微波烧结AI2O3―TiC复合材料的研究胡晓力刘阳尹虹张伟南曾令可x郑乃章陈楷(华南理工大学材料科学与工程学院,广州:510640,"景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,333001)法对制备试样的力学性能的影响,并探讨了添加剂对AW)3―TiC复合材料烧结性能的影响。微波烧结,AW)「TiC,力学性能,添加剂1前言AW)3―TiC复合材料具有高电导率。高硬度。高强度和高断裂韧性等性质,这些优良的性能使之具有广泛的用途,特别是用作陶瓷刀具〔卜2〕AW)3―TiC复合材料以硬质相TiC颗粒弥散强化Al23陶瓷,使复合材料的性能得以提高M.本实验的目的是探讨用微波烧结来制备AW)3―TiC复合材料。所用原料为纳米级粉体,成型后用微波烧结形成细晶结构,这样当基体中的裂纹受力扩展时,必然会遇到TiC硬质相颗粒的阻碍,产生偏折拐弯,延长裂纹所走的路径,多消耗一部分能量,显然颗粒愈细,所消耗的这部分能量愈多,从而不仅提高材料的硬度而且提高其断裂韧性和强度,以制备力学性能较单相或普通粒晶尺寸和常规烧结更加优异的陶瓷复合材料。

  实验2.1原料15.954m2/g添加剂CaOMg(OY2O3均为分析纯。配方中Al23:TiC固定为70:30,添加剂的用量按Lt(23)设计W.见表1 2.2工艺流程配料一球磨混料(料:锆球子:无水乙醇=1筛(80目)一>烘干造粒一>冷等静压(200MPa)―>素坯切割基金项目:国防科技预研基金资助(编号:9812.1.9.W1603)表1正交实验设计试验验号微波烧结条件:使用中科院沈阳金属所制造的MFM―863111型微波烧结炉,烧结温度1800°C,保温15分钟,氩气作保护气体。光学测温计测温。

  常规烧结条件:使用多功能热压炉在1800°C―个温度点,氩气气氛中常压烧结,保温1小时,用HBW-B红外辐射测温仪测温。

  3测试根据有关国家试验标准,先用平面磨床把烧结试样加工成3X 40mm大小,然后经350 600水砂纸研磨,再用抛光膏逐级抛光至镜面,最后倒角。

  ―1000B)观察试样断面的显微结构。

  根据工程陶瓷抗弯强度测试国家标准(GB6569―86),使用电子万能材料试验机(日本岛津AG―1:10kg)用三点抗弯法测试常温抗弯强度。抗弯强度计算公式为b:宽度,mimh为试样高度,mm. 120维氏硬度计测定烧结试样的维氏硬度。试样表面要求高度水平,高度光滑。测量时要求在压痕四角无明显裂纹的前提下,选尽可能大的荷载,每组样取3― 4根试条,每个样至少应压三个点,测量每个压痕相互垂直两方面的对角线长度d按下式计算本实验采用压痕一强度法测量试样的断裂韧性,试样压痕表面用光膏到镜面。用维氏硬度计,压痕载荷为20kg断裂韧性按下列公式计算:弹性模量,H为维氏硬度,a为压痕试样的弯曲强度,P为压痕载荷。复合材料的弹性模量按加和法估算,Al23的弹性模量E为380GPaTiC的弹性模量E为462GPa―18利用阿基米德定律,测得干燥试样重量mP试样吸水饱和重量m2和试样在水中的重量m3代入下面公式得烧结试样的体积密度p:关表即可查得对应的P值。

  AI2O3―TiC复合材料的理论密度fP=4.232g/cm3.将P与Ph之比,得各试样的相对密度。

  3结果与讨论3.1Ak「TiC;复合材料的烧结性能表2为用两种烧结方法制备的试样的相对密度。由表2可知,用微波烧结制备的试样,其相对密度均大于用常规烧结制备试样的相对密度,可见在相同的烧结温度条件下,微波烧结有利于试样致密化程度的提高,但两种烧结方法制备试样的相对密度都比较低。造成Ak3―TiC复合材料相对密度较低的原因是由于AW)3与TiC在高温下的化学反应,产生气体物使之结构不易致密所致。由实验结果分析可知,由于纳米AW)3.TiC活性大,使两者之间容易反应,所以用纳米原料制备的试样的密度低于用微米原料制备试样的密度。添加剂的引入能抑制Al23与TiC之间高温下的反应,使其密度有所提高,添加剂以Y2O3的作用最为有效,其次为Mg,但CaO的作用不明显。

  表2试样的相对密度试验号1800微波烧结18001:常规烧结表3实验结果分析(微波烧结)验号试验指标综合评分表4实验结果分析(常规烧结)验号试验指标综合评分的添加与否对结果无影响。,(3)选用合适的添加剂,并以不同的用量和添加方式对烧1为试1验号为a的v配方用两种烧结方法(备试样的扫lishingHouse.Allrights 3.2AI2Q3―TiC复合材料的力学性能表3为微波烧结试样的试验结果分析表,表中最后一栏的综合评分是把三个力学性能指标等同看待而得出的分值。由于AW)3.TiC两者在高温下的反应使材料的烧结性能较差,所以力学性能指标也不高。从表3中的分析可见,添加剂对力学性能指标的影响以Y23的效果最好,其次为Mgf),而CaO的作用最小。在本实验范围内,添加剂使用的最佳水平应为C2B2Ai.表4为常规烧结试样的试验结果分析表,表4中的综合评分方法同表3从表4中的试验指标可以看出,常规烧结试样的力学性能指标均低于微波烧结试样的力学性能指标。

  在常规烧结试验中,添加剂使用的最佳水平为C2BiA 3.3AI2O3―TiC复合材料的显微结构描电镜照片。由可知,两者的致密程度均比较差;微波烧结试样的晶粒尺寸相对较小且均匀,而常规烧结试样的晶粒尺寸相对偏大且不均匀;微波烧结试样的致密性比常规烧结试样的要好。

  4结论微波烧结能提高人1203―TiC复合材料的致密性,优化显微结构,使晶粒细小。均匀。

  ―TiC复合材料的烧结性能。添加剂Y2O3对改善Al23―TiC复合材料的烧结性能效果最好,其次为MgO而添加剂CaO的作用最小,从分析结果看,CaO结Al23―TiC复合材料有着十分重要的意义,而改善微波烧结工艺条件对制备该材料也必将有着重要的意义,特别是对于用纳米级原料来制备性能优异的Al23―TiC复合材料,有待进一步的实验研宄。

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