导　　师： 王志

学科专业： H0502

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 济南大学

摘　　要： al2o3陶瓷具有高硬度、高强度、优良的热稳定性和化学稳定性，是优异的工程陶瓷材料之一，但al2o3陶瓷的脆性限制了其应用范围。mf(mullitefiber)是当今国内外最新型的超轻质高温耐火材料，具有高模量、耐高温、耐化学腐蚀等一系列优点，且与氧化铝陶瓷具有良好的物理化学相容性和相近的热膨胀系数。因此，选用mf为增强体，以al2o3陶瓷为基体，制备莫来石纤维增强氧化铝陶瓷复合材料，在纤维增韧的基础上加入mno2、纳米tio2改善纤维和基体的结合强度，进一步提高复合材料的韧性，改善al2o3陶瓷的脆性，拓宽al2o3陶瓷在航天航空、化学化工、日常生活等领域的应用。 选取合理的制备工艺，利用传统的无压烧结技术，研究了添加剂对氧化铝陶瓷基体烧结性能的影响，通过研究纤维含量、烧结温度、保温时间对复合材料力学性能的影响规律，确定了最佳纤维含量以及最佳烧结工艺，制备出性能优异的莫来石纤维增强氧化铝陶瓷复合材料，并讨论了复合材料的增韧机理。 纤维增韧氧化铝陶瓷复合材料要获得较好的效果，关键之一要在较低的温度下烧结，减少高温对纤维的损坏。利用sem、能谱分析、dta等分析手段研究了温度变化对莫来石纤维的影响，结果表明：当温度高于1500℃时，纤维表面变的粗糙开始晶化，纤维的力学性能开始下降，所以复合材料的烧结温度不易太高。研究了mno2和纳米tio2对氧化铝陶瓷烧结性能的影响，结果表明降低烧结温度效果比较明显，通过实验发现在相同的质量百分含量、相同的烧结温度和保温时间下，纳米tio2比mno2对氧化铝的致密化效果较为显著，但二者同时添加时效果最佳，当mno2和纳米tio2含量分别为3％和1.5％，烧结温度1330℃，保温60min时，氧化铝陶瓷基体烧结致密，相对密度达到98.7％，是mno2和纳米tio2的固溶和纳米效应协同作用的结果，通过sem照片发现al2o3晶粒细小，微观组织结构均匀。对此组成的氧化铝陶瓷基体通过线收缩进行烧结动力学计算，发现氧化铝陶瓷基体的烧结激活能为22.18kj/mol，mno2和纳米tio2的加入可以降低烧结温度，改善复合材料显微结构，提高材料的烧结性能。 探讨不同纤维含量对复合材料力学性能影响规律，通过三点弯曲法测得材料的抗弯强度和断裂韧性，研究了纤维含量对复合材料力学性能的影响。结果表明复合材料的力学性能随莫来石纤维含量的增加呈先增大后减小的趋势，当纤维含量为10％时，复合材料的力学性能达到最佳。 研究烧结温度、保温时间对复合材料相对密度、弯曲强度和断裂韧性的影响规律，实验结果表明复合材料的弯曲强度和断裂韧性随mno2和tio2含量、烧结温度和纤维含量的增加先增大后减小。当烧结温度为1300℃，保温时间为60min，mno2和tio2含量分别为3％和1.8％，复合材料弯曲强度、断裂韧性为最高分别达到578mpa、6.8mpa·m1/2，其弯曲强度和断裂韧性比纯氧化铝陶瓷分别提高65.1％和94.3％。 分析了mno2、tio2改性mf/al2o3陶瓷复合材料增强氧化铝陶瓷复合材料al2o3的增韧机理，掺入mno2和tio2后，mn4+、ti4+固溶扩散到纤维与基体的界面处和微弱的界面反应层锰铝尖晶石和锰铝石榴石改善了纤维和基体的结合，使纤维与基体的结合适中，纤维的拔出与脱粘、裂纹的弯曲与偏转、纤维的桥联消耗大量断裂能是复合材料强度和韧性提高的主要原因。

关 键 词： 氧化铝陶瓷材料 纤维增韧 纳米 无压烧结 添加剂 力学性能

分 类 号： [TF125.42 TF124.5]

领　　域： [冶金工程] [冶金工程] [冶金工程] [冶金工程]