企業介紹
氧化鋁陶瓷增韌方法有哪些?
       氧化鋁陶瓷材料的結構屬于剛玉型,其本身具有離子鍵的特性,使得滑移系統遠沒有金屬那么多,這導致其缺乏一定的韌性、塑性。所以表現出的斷裂韌性較低,這大 大地限制了氧化鋁瓷的廣泛應用。

氧化鋁陶瓷的常用增韌方法

1
層狀結構增韌

天然材料如竹子、貝殼等,綜合性能很好,是因其結構呈層狀分布。人們從這些天然結構得到啟示,采用仿生結構來改善陶瓷材料的脆性,提高其韌性。

層狀復合陶瓷材料是由多層材料組成。各層的彈性模量、線脹系數不同,進而導致層間產生宏觀應力,在表面產生壓應力。受到外力作用時,能最大限度地吸收應變能,并且使裂紋沿界面產生反復偏轉、拐折。以此達到提高表面性能和整體韌性的目的。

例如:Al2O3/Ni層狀陶瓷,利用鎳的線脹系數約為氧化鋁的)倍,在Al2O3層產生應壓力,裂紋偏轉能力大,所以該材料有較好的韌性。

層狀陶瓷是一新型材料,前景廣闊,但其缺點主要是弱夾層會降低材料強度,平行和垂直于夾層方向的性質差別較大,呈各向異性。所以業內專家提出了采用強夾層的思路,制備出了ZTA/ Al2O3強夾層,沖擊韌性達10 Mpa.m1/2以上,是ZTA材料的2.8倍,Al2O3陶瓷的5.6倍。一些科學家通過計算機對層狀復合陶瓷進行了模擬,發現如果軟層材料的強度太高、太低都會降低整體韌性,而提高硬、軟層層厚和彈性模量之比,硬層均勻性均可提高陶瓷韌性。這為層狀增韌陶瓷提供了一定的研究思路和優化途徑。

2
纖維復合增韌

研究表明,連續纖維對陶瓷的增韌效率較其他增韌方法大,是迄今為止陶瓷系列所能達到的最高韌性,可以達20Mpa.m1/2左右,因此是改善陶瓷材料脆性非常有效的途徑。

該方法把強度、彈性模量較高的纖維分散在陶瓷基體中。復合材料在外力作用下,一部分載荷由纖維承擔,以此來減輕基體本身的負荷。而且,基體中的纖維在承受力大于其強度發生斷裂時,纖維產生拔出機制。此外,這些纖維在基體中也存在裂紋橋聯、偏轉來阻止裂紋的擴展。這3種增韌機制共同作用使陶瓷材料的韌性提高很多。

目前,用于Al2O3陶瓷的纖維主要有碳纖維、碳化硅纖維、硅酸鋁纖維等多種。研究發現,提高纖維的長徑比可提高增韌效果。在纖維的使用形式上,采用纖維,的三維編織物增韌效果較好。與纖維類似,目前采用晶須增韌Al2O3瓷的也較多,效果也很好。因晶須是以單晶結構生長、直徑極?。ㄍǔP∮? um)的短纖維。其晶體缺陷少,原子排列高度有序,強度接近相鄰原子間成鍵力的理論值。理論和實踐證明,把它應用于陶瓷的增韌,對提高韌性有一定作用。如把碳化硅晶須(體積分數可達20%~30%)引入Al2O3基陶瓷中,段韌性可達8~8.5 Mpa.m1/2。

晶須增韌的機制除了拔出、裂紋偏轉、裂紋橋聯、釘扎等機制外,自身強度高也是一個原因。因此在理論上,提高晶須強度、降低其彈性模量,提高長徑比能提高增韌效果。纖維、晶須增韌Al2O3瓷的缺點就是混合均勻性很難保證。

3
自增韌

所謂自增韌,就是在一定的工藝條件下,生長出增韌、增強相。它在一定程度上消除了基體相與增韌相在物理或化學上的不相容性,而保證了基體相與增韌相的熱力學穩定性。

對于Al2O3陶瓷而言,異向生長晶粒增韌Al2O3成為克服氧化鋁瓷脆性的研究熱點。其主要機理是通過工藝措施,控制Al2O3晶粒的生長方向,使其沿某些晶面優勢生長成棒狀、長柱狀,起到類似晶須的增韌作用。在受到外來載荷時,裂紋尾部產生橋聯方式;而且這些異向生長的Al2O3也會產生拔出、裂紋偏轉等增韌機制,而使整個氧化鋁陶瓷的韌性得到提高。

4
相變增韌

這是研究比較早而且普遍的一種增韌方。它是人為地在材料中造成大量的極細裂紋,以吸收能量、阻止裂紋擴展。其中主要集中在ZrO2的的馬氏體相變研究上,比較成功的有ZTA,ZTM等陶瓷材料。ZrO2彌散在Al2O3基體中,由于二者的線脹系數不同,冷卻時,ZrO2顆粒受到壓應力,相變受阻。而后,在材料受到外力作用時,ZrO2顆粒上的壓力得到松弛,四方相轉變為單斜相,體積膨脹后在基體中產生微裂紋,而吸收主裂紋的能量,達到增韌效果。這就是應力誘導相變增韌機制。

在增韌機理中,除了ZrO2的誘導相變機制外,相變產生體積膨脹,在裂紋區域向不發生相變區擠壓現象,使裂紋呈閉合趨勢,擴展困難,也可以提高韌性。部分研究人員用體積分數為10%~30%的ZrO2制備ZTA陶瓷時發現,ZrO2用量在體積分數為20%時增韌效果最好。

 
北京網站設計信達互聯
飘花电影网最新电影