氧化铝基复相陶瓷的制备【字数：9721】
氧化铝陶瓷是工业上使用最为广泛的陶瓷产品之一，其良好耐高温、耐腐蚀以及耐磨的优点在很多领域被大量使用。但氧化铝陶瓷的力学性能仍有待提高，引入增强相是有效途径之一。因此本论文拟通过在氧化铝中加入其他氧化物，制氧化铝基复合相陶瓷。本论文以复相结构陶瓷理论为基础，在氧化铝基中引入定量氧化钛以及氧化锆，制备氧化铝基的复合陶瓷。通过改变其排胶时间、降温速率以及烧结温度为变量，研究材料力学性能的影响规律。结果表明在1400℃烧结条件下，材料均较为致密。通过力学性能测试发现在1400℃时力学性能均优于其他温度，通过其他横向对比得出，相对降低温速率来说越慢材料强度越高。因此降低烧结温度以及降温速率对氧化铝复相陶瓷的性能有着重要的影响。
目录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2复相陶瓷概述 1
1.2.1结构陶瓷的简介 1
1.2.2复相陶瓷的研究现状 3
1.3氧化铝陶瓷力学性能简介 3
1.3.1氧化铝陶瓷力学性能 4
1.4陶瓷的成型技术 6
1.4.1干法压制成型 6
1.4.2浆料成型 6
1.4.3塑性成型 7
1.4.4固体无模成型 7
1.5本课题选题意义 7
第二章 实验过程 8
2.1主要实验仪器和原料 8
2.1.1实验仪器表 8
2.1.2实验原料表 8
2.2 材料制备过程 8
2.2.1 配料 8
2.2.2 球磨 9
2.2.3 烧结 9
2.2.4 加工 9
2.3 表征与性能测试 10
2.3.1 显气孔率及体积密度的测试 10
2.3.2 材料表征 10
2.3.3 SEM分析 11
第三章 结果与讨论 12
3.1 材料物相组成 12
3.2 材料烧结性能 13
3.3 材料力学性能 17
3.4材料显微结构 18
第四章 结论 21
参考文献 22
致谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
24
第一章 绪 论
1.1引言
氧化铝陶瓷是一种成本低、发展迅速、应用最为广泛的一种陶瓷材料，它具有硬度高、耐高温、耐腐蚀性好以及耐磨的优点[1]。然而，氧化铝陶瓷材料的最大缺点是该材料的强度和韧性过低，而陶瓷领域最核心的研究方向即陶瓷强度问题。有关氧化铝陶瓷材料强的研究度具有重要的实际生产意义和应用价值。在提高氧化铝陶瓷的强度的诸多方法中，最有效的增强方法是添加其它氧化物材料，以提高氧化铝陶瓷材料的强度。因此如何有效的在氧化铝中增加其他物质以达到增加氧化铝陶瓷的强度与韧性，对其实际生产有着重要的意义[2]。
1.2复相陶瓷概述
在文明发展的漫长历史中，陶瓷材料一直占有着很大的地位[3]。陶瓷不但是生活必需品也是，工业上必不可少的材料。在工业文明的发展历程上，对于陶瓷的研究不在少数，但结构陶瓷一直是陶瓷领域的重点研究对象。研究出性能优良的结构陶瓷对于陶瓷领域来说是十分重要的。本文主要以氧化铝结构陶瓷为主要研究方向。
1.2.1结构陶瓷的简介
结构材料在工业上有着广泛的应用，其各种物理性能是目前材料科学界主要的研究对象。金属被广泛用作结构材料使用。然而，由于金属易受腐蚀，它是在高温下不抗氧化并且不适合于在高湿度下使用。高温结构陶瓷材料的研究对金属材料的不足起到了很好的填补。这种陶瓷材料具有能够承受高温，不怕氧化，以及酸碱的腐蚀，硬度高、耐磨损、低密度等优点，非常适合作为高温结构材料。相对功能陶瓷是具有一系列电，磁，光，声，和化学的特性的陶瓷，并具有相互转换的功能。在高级陶瓷产业中70%为功能陶瓷，其余为结构陶瓷[4]。
以下是对几种常见的结构陶瓷的介绍：
（1)氧化铝基陶瓷
氧化铝陶瓷在陶瓷行列中被分为精密、特种陶瓷，基于氧化铝陶瓷精确的虎穴组成以及特种性能的前提下，氧化铝陶瓷在工业上使用颇多。
在陶瓷制备的工艺中，氧化铝陶瓷与普通陶瓷有着天差地别的制备工艺，普通陶瓷相对制备简单只要通过原料配置、压模或者注浆成型、窑炉烧制即可完成，但氧化铝陶瓷使用较为麻烦的粉末烧结法制造[5,6]。
通常，有两大类氧化铝陶瓷，一是高铝瓷，另一类是刚玉陶瓷。A12O3含量在45％以上的氧化铝陶瓷为高铝瓷。随着Al2O3含量的增加，高铝瓷的性能指标已得到显著改善;根据不同的晶相，它被划分成刚玉，刚玉，莫来石等。高铝瓷是用处十分广泛的陶瓷，除了其作为电真空装置和陶瓷器件的使用以外，它也是在电子工业，汽车工业，晶须和纤维状，研磨剂，研磨剂和陶瓷工具，高温制造中等使用的结构材料[7]。
（2）Si3N4基陶瓷材料
氮化硅（Si3N4）是一种强共价键的化合物，因此具有高硬度，熔点高，稳定的结构和良好的绝缘性。因此用它制成的氮化硅基复相陶瓷具有良好的导热性和膨胀系数小，并能在低温和高温条件下正常工作，可快速冷却和无需反复损伤快速加热，所以它是一个理想的高温结构材料。作为高温结构陶瓷，氮化硅具有一系列卓越的性能和高的耐热性，耐腐蚀性，耐磨性，耐腐蚀性和抗氧化性[8]。它可以承受恶劣工作环境，这是金属材料和有机高分子材料不能承受的，而且往往成为关键的实现许多新出现的技术。目前，Si3N4的应用局限于其高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性来制备机械零件、轴承、密封件、刀具等，作为一种高温结构陶瓷，它还应能够在1400℃高温下短使用在高温环境下（几秒钟到几十分钟）或高温环境下在1200℃以上（几百到上千个小时），成为当前高温领域的应用又一个增长点[9]。
(3)碳化硅基陶瓷
所述碳化硅陶瓷是一种主要由SiC为主要原料构成的陶瓷。它具有较高的高温强度，它的抗弯强度仍然维持在500600兆帕在1400℃的温度下。其工作温度可以达到1700℃，并且它具有良好的热稳定性，抗蠕变性，抗磨损性，耐腐蚀性，良好的导热性和耐受性辐射。碳化硅陶瓷经常被用来使火箭喷嘴尾，金属铸造滑动，轴承，衬套，密封盘，滚动导向轮，内燃机部件，热电偶保护套筒，炉管，核燃料包装材料等[10,11]。
目录
第一章 绪 论 1
1.1引言 1
1.2复相陶瓷概述 1
1.2.1结构陶瓷的简介 1
1.2.2复相陶瓷的研究现状 3
1.3氧化铝陶瓷力学性能简介 3
1.3.1氧化铝陶瓷力学性能 4
1.4陶瓷的成型技术 6
1.4.1干法压制成型 6
1.4.2浆料成型 6
1.4.3塑性成型 7
1.4.4固体无模成型 7
1.5本课题选题意义 7
第二章 实验过程 8
2.1主要实验仪器和原料 8
2.1.1实验仪器表 8
2.1.2实验原料表 8
2.2 材料制备过程 8
2.2.1 配料 8
2.2.2 球磨 9
2.2.3 烧结 9
2.2.4 加工 9
2.3 表征与性能测试 10
2.3.1 显气孔率及体积密度的测试 10
2.3.2 材料表征 10
2.3.3 SEM分析 11
第三章 结果与讨论 12
3.1 材料物相组成 12
3.2 材料烧结性能 13
3.3 材料力学性能 17
3.4材料显微结构 18
第四章 结论 21
参考文献 22
致谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
24
第一章 绪 论
1.1引言
氧化铝陶瓷是一种成本低、发展迅速、应用最为广泛的一种陶瓷材料，它具有硬度高、耐高温、耐腐蚀性好以及耐磨的优点[1]。然而，氧化铝陶瓷材料的最大缺点是该材料的强度和韧性过低，而陶瓷领域最核心的研究方向即陶瓷强度问题。有关氧化铝陶瓷材料强的研究度具有重要的实际生产意义和应用价值。在提高氧化铝陶瓷的强度的诸多方法中，最有效的增强方法是添加其它氧化物材料，以提高氧化铝陶瓷材料的强度。因此如何有效的在氧化铝中增加其他物质以达到增加氧化铝陶瓷的强度与韧性，对其实际生产有着重要的意义[2]。
1.2复相陶瓷概述
在文明发展的漫长历史中，陶瓷材料一直占有着很大的地位[3]。陶瓷不但是生活必需品也是，工业上必不可少的材料。在工业文明的发展历程上，对于陶瓷的研究不在少数，但结构陶瓷一直是陶瓷领域的重点研究对象。研究出性能优良的结构陶瓷对于陶瓷领域来说是十分重要的。本文主要以氧化铝结构陶瓷为主要研究方向。
1.2.1结构陶瓷的简介
结构材料在工业上有着广泛的应用，其各种物理性能是目前材料科学界主要的研究对象。金属被广泛用作结构材料使用。然而，由于金属易受腐蚀，它是在高温下不抗氧化并且不适合于在高湿度下使用。高温结构陶瓷材料的研究对金属材料的不足起到了很好的填补。这种陶瓷材料具有能够承受高温，不怕氧化，以及酸碱的腐蚀，硬度高、耐磨损、低密度等优点，非常适合作为高温结构材料。相对功能陶瓷是具有一系列电，磁，光，声，和化学的特性的陶瓷，并具有相互转换的功能。在高级陶瓷产业中70%为功能陶瓷，其余为结构陶瓷[4]。
以下是对几种常见的结构陶瓷的介绍：
（1)氧化铝基陶瓷
氧化铝陶瓷在陶瓷行列中被分为精密、特种陶瓷，基于氧化铝陶瓷精确的虎穴组成以及特种性能的前提下，氧化铝陶瓷在工业上使用颇多。
在陶瓷制备的工艺中，氧化铝陶瓷与普通陶瓷有着天差地别的制备工艺，普通陶瓷相对制备简单只要通过原料配置、压模或者注浆成型、窑炉烧制即可完成，但氧化铝陶瓷使用较为麻烦的粉末烧结法制造[5,6]。
通常，有两大类氧化铝陶瓷，一是高铝瓷，另一类是刚玉陶瓷。A12O3含量在45％以上的氧化铝陶瓷为高铝瓷。随着Al2O3含量的增加，高铝瓷的性能指标已得到显著改善;根据不同的晶相，它被划分成刚玉，刚玉，莫来石等。高铝瓷是用处十分广泛的陶瓷，除了其作为电真空装置和陶瓷器件的使用以外，它也是在电子工业，汽车工业，晶须和纤维状，研磨剂，研磨剂和陶瓷工具，高温制造中等使用的结构材料[7]。
（2）Si3N4基陶瓷材料
氮化硅（Si3N4）是一种强共价键的化合物，因此具有高硬度，熔点高，稳定的结构和良好的绝缘性。因此用它制成的氮化硅基复相陶瓷具有良好的导热性和膨胀系数小，并能在低温和高温条件下正常工作，可快速冷却和无需反复损伤快速加热，所以它是一个理想的高温结构材料。作为高温结构陶瓷，氮化硅具有一系列卓越的性能和高的耐热性，耐腐蚀性，耐磨性，耐腐蚀性和抗氧化性[8]。它可以承受恶劣工作环境，这是金属材料和有机高分子材料不能承受的，而且往往成为关键的实现许多新出现的技术。目前，Si3N4的应用局限于其高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性来制备机械零件、轴承、密封件、刀具等，作为一种高温结构陶瓷，它还应能够在1400℃高温下短使用在高温环境下（几秒钟到几十分钟）或高温环境下在1200℃以上（几百到上千个小时），成为当前高温领域的应用又一个增长点[9]。
(3)碳化硅基陶瓷
所述碳化硅陶瓷是一种主要由SiC为主要原料构成的陶瓷。它具有较高的高温强度，它的抗弯强度仍然维持在500600兆帕在1400℃的温度下。其工作温度可以达到1700℃，并且它具有良好的热稳定性，抗蠕变性，抗磨损性，耐腐蚀性，良好的导热性和耐受性辐射。碳化硅陶瓷经常被用来使火箭喷嘴尾，金属铸造滑动，轴承，衬套，密封盘，滚动导向轮，内燃机部件，热电偶保护套筒，炉管，核燃料包装材料等[10,11]。
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