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文檔簡介
1、自潤滑復(fù)合陶瓷具有良好的高溫摩擦學(xué)性能,應(yīng)用前景廣闊,但加入的片狀固潤組元在摩擦基體中彌散,會使材料的機械性能降低,包括斷裂韌性、表面硬度和強度。層狀復(fù)合陶瓷是模擬自然界的貝殼發(fā)展起來的強韌化陶瓷,本課題從多層陶瓷的設(shè)計思路和自潤滑復(fù)合陶瓷的研究現(xiàn)狀出發(fā),將固體潤滑劑hBN引入Al2O3陶瓷中制得Al2O3/hBN自潤滑復(fù)合陶瓷基體,然后,用hBN來模擬貝殼的軟層結(jié)構(gòu),通過干壓成型制得層狀復(fù)合陶瓷。 由于層與層間的不同燒結(jié)行為及
2、殘余應(yīng)力存在,導(dǎo)致層狀材料較單層陶瓷難以致密,又因為引入的hBN固相擴散系數(shù)低,是一種很難燒結(jié)的材料。因此,本研究的關(guān)鍵即是選擇合適的助熔劑和燒成制度以確保材料的整體燒結(jié)致密。通過測試力學(xué)性能,并借助XRD、SEM、EDS等先進手段,從物相組成和顯微結(jié)構(gòu)主要分析討論了配方組成、助熔劑的優(yōu)化設(shè)計和燒成工藝等影響因素,以及材料的韌化機制和磨損機理。 助熔劑的優(yōu)化結(jié)果表明,在基體層中引入CaO和MgO,并外加少量的稀土氧化物Y2O3和
3、La2O3作復(fù)合助熔劑,不但能降低材料的燒成溫度,而且還能生成鎂鋁尖晶石,可釘扎晶界移動,細化晶粒,起到了良好的助熔效果;Y2O3和La2O3還可提高層間結(jié)合性,促進材料整體燒結(jié)致密,其中Y2O3的助熔效果最好,其加入量越多,生成的液相也越多,從而大大降低了燒成溫度。 燒成工藝的優(yōu)化表明,熱壓燒成具有常壓燒成不可比擬的優(yōu)點,熱壓時壓力和溫度的交互作用可使難燒結(jié)的層狀材料最大限度的致密,降低燒結(jié)溫度和時間,細化了晶粒,改善了材料的
4、顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。同時熱壓下施加的壓力和液相出現(xiàn),可以破壞hBN的卡片房式結(jié)構(gòu),使片狀hBN定向排列,促進材料燒結(jié);常壓燒結(jié)時則不能破壞hBN的卡片房式結(jié)構(gòu),孔隙較多,材料很不致密。1700℃熱壓燒結(jié)的試樣沒有完全致密,而1800℃則嚴(yán)重熔融流失,可以預(yù)測此復(fù)合材料的最佳熱壓燒結(jié)溫度范圍為1700~1800℃。 層狀材料斷口SEM的顯示,整個斷裂面凹凸不平、起伏較大,裂紋擴展路徑十分曲折,沿界面兩端表現(xiàn)出明顯的不一致性:沿界面
5、的外表面,以穿晶斷裂為主,斷口的起伏較大;沿界面以內(nèi),表現(xiàn)出沿晶和穿晶混合型斷裂的特征。這種與傳統(tǒng)陶瓷斷裂形貌是不同的。層狀復(fù)合材料的韌化機理主要為弱界面裂紋偏轉(zhuǎn)增韌和界面殘余應(yīng)力增韌。 層狀材料磨損表面出現(xiàn)了犁溝狀塑變磨痕,這在脆性材料中是較為少見的,證明層狀陶瓷的韌性好于單層陶瓷;固潤組元hBN與Al2O3具有良好的物理匹配關(guān)系和較好的結(jié)合狀態(tài),摩擦過程中其轉(zhuǎn)移方式是逐步進行的,且易拖敷成膜而獲得潤滑作用,由于摩擦?xí)r間短,載
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