氧化鋁基復(fù)相陶瓷的制備工藝及性能研究

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1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文氧化鋁基復(fù)相陶瓷的制備工藝及性能研究摘要氧化鋁陶瓷是應(yīng)用最廣泛的一種結(jié)構(gòu)陶瓷材料,在電子、機(jī)械、宇航工業(yè)等高科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,然而其低的斷裂強(qiáng)度、相對(duì)較差的抗熱震和抗蠕變能力大大限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。近年來研究者們?cè)噲D通過多相復(fù)合材料來改善氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能,納米級(jí)可相變四方相氧化鋯與金屬相作為彌散相、延性相增韌氧化鋁陶瓷是當(dāng)前陶瓷材料研究的熱點(diǎn)之一。本論文的主要工作是:通過共沉淀一水熱法制備了Ni/Zr02/A1203復(fù)相粉體,比較~203、N't/A1

2、203、和Zr02/AlzOs以及在外加磁場(chǎng)條件下制備的復(fù)相粉體的差異,通過對(duì)粉體和燒結(jié)體FESEM、TEM和XRD的研究,探討粉體的形成和增韌機(jī)理。通過共沉淀法制備~203和Zr02的前驅(qū)體,利用化學(xué)還原法制備Ni的前驅(qū)體,洗滌干凈后混合加入高壓釜中在1。4。丁二醇介質(zhì)中300。C水熱條件下反應(yīng)12h成功制備了12v01.%Ni/12v01.%Zr02/A1203復(fù)合陶瓷粉體,獲得了分散良好的三相復(fù)合粉體。通過FESEM、TEM和XRD分析表明氧化鋁以勃姆礦狀態(tài)存在,t-Zr02顆粒和Ni顆粒尺

3、寸均一且均勻分布在復(fù)合組織中,其中t-Zr02顆粒粒徑為5-10nm,Ni顆粒粒徑為80.100nm。對(duì)經(jīng)無壓燒結(jié)的上述材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和增韌機(jī)理研究,分析了燒結(jié)體的力學(xué)性能、燒結(jié)工藝和顯微形貌的關(guān)系。測(cè)得I太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文12v01.%NUi2v01.%Zr02/A1203復(fù)相陶瓷體積密度為4.6719/cm3,相對(duì)密度為97%。燒結(jié)體中t-z的2顆粒小于臨界尺寸O.1pm,Ni顆粒的尺寸小于臨界尺寸O.5-1肛m。通過顯微硬度計(jì)測(cè)得Ni/Zr02/A1203復(fù)合陶瓷硬度平均為

4、11.6GPa,計(jì)算斷裂韌性KIc為9.56MPa·m0~。利用FESEM對(duì)斷口分析發(fā)現(xiàn)鎳顆粒在陶瓷斷裂過程中有塑性變形。第二部分主要是利用含鋁工業(yè)污泥作原料制備無水氧化鋁。通過EDS分析有大約十幾種元素,其中以鋁元素最多,為低結(jié)晶的氧化鋁水合物及一部分無定性體。通過對(duì)幾種方案的比較分析認(rèn)為從含鋁工業(yè)污泥中提取氫氧化鋁再進(jìn)行煅燒得到無水氧化鋁,是一種可行方案。根據(jù)污泥中元素的性質(zhì)提出兩種方法:通入二氧化碳?xì)怏w的方法和雙水解方法。將工業(yè)污泥原料用2mol/L的鹽酸溶液溶解得到鹽溶液,然后用2mol/

5、L的NaOH溶液滴定,嚴(yán)格控制溶液pH值首先制得較純凈的鋁酸鈉溶液。然后分別用雙水解法和二氧化碳?xì)怏w通入法分別制備AI(OH)3膠體,反復(fù)清洗、干燥得到氫氧化鋁粉體。經(jīng)過11000C,2h煅燒處理得到無水氧化鋁。利用XRD、EDS和SEM對(duì)氫氧化鋁和氧化鋁進(jìn)行分析研究,結(jié)果表明雙水解法制備的氫氧化鋁膠體比較純凈;而二氧化碳通入法制備的氫氧化鋁膠體含有少量原雜質(zhì)和新帶入的碳元素雜質(zhì);煅燒前者得到平均純度為98%的a.A1203。通過比較發(fā)現(xiàn)雙水解法工藝簡(jiǎn)單而且轉(zhuǎn)化率較高,更適宜用作工業(yè)污泥中氧化鋁的

6、提取。關(guān)鍵詞:NUZr02/A1203復(fù)合材料,水熱法,磁場(chǎng),斷裂韌性,工業(yè)污泥,a.AI,03Ⅱ太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文PREPARATl0NPROCESSAND~旺!CHANlCALPROPERTIESOFAL203一BASEDCON口OSITECERANⅡCSABSTRACTTheA1203-basedceramicsareessentialstructuralmaterials,whichhavebeenwidelyusedaselectronics,machine,aerospac

7、eindustry,etc.Butlowerfracturetoughness,thermalshockresistanceandcreepresistancelimitstheirapplicationsanddevelopment.Recently,manyresearchershavetriedtopromatethemechanicalperformancesofaluminaceramicsthoughdopingpolyphasematerials.Thetougheningalumi

8、naceramicsdispersedwitllt-Zr02andductilemetalhasbeenpaidmoreattentioninthefieldsofcompositeceramicsmaterialstoday.ThispaperfocusesonfabricatingofNi/Zr02/A1203compositepowdersbycoprecipitation—hydrothermalprocessing,comparingwiththeA1203,Ni]A12

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