MnO-,2-和TiO-,2-改性MF-Al-,2-O-,3-陶瓷復(fù)合材料的研究.pdf

1、Al2O3陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，是優(yōu)異的工程陶瓷材料之一，但Al2O3陶瓷的脆性限制了其應(yīng)用范圍。MF(MulliteFiber)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新型的超輕質(zhì)高溫耐火材料，具有高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，且與氧化鋁陶瓷具有良好的物理化學(xué)相容性和相近的熱膨脹系數(shù)。因此，選用MF為增強(qiáng)體，以Al2O3陶瓷為基體，制備莫來(lái)石纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料，在纖維增韌的基礎(chǔ)上加入MnO2、納米TiO2改善纖維

2、和基體的結(jié)合強(qiáng)度，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的韌性，改善Al2O3陶瓷的脆性，拓寬Al2O3陶瓷在航天航空、化學(xué)化工、日常生活等領(lǐng)域的應(yīng)用。 選取合理的制備工藝，利用傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)技術(shù)，研究了添加劑對(duì)氧化鋁陶瓷基體燒結(jié)性能的影響，通過研究纖維含量、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律，確定了最佳纖維含量以及最佳燒結(jié)工藝，制備出性能優(yōu)異的莫來(lái)石纖維增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料，并討論了復(fù)合材料的增韌機(jī)理。 纖維增韌氧化鋁陶瓷復(fù)

3、合材料要獲得較好的效果，關(guān)鍵之一要在較低的溫度下燒結(jié)，減少高溫對(duì)纖維的損壞。利用SEM、能譜分析、DTA等分析手段研究了溫度變化對(duì)莫來(lái)石纖維的影響，結(jié)果表明：當(dāng)溫度高于1500℃時(shí)，纖維表面變的粗糙開始晶化，纖維的力學(xué)性能開始下降，所以復(fù)合材料的燒結(jié)溫度不易太高。研究了MnO2和納米TiO2對(duì)氧化鋁陶瓷燒結(jié)性能的影響，結(jié)果表明降低燒結(jié)溫度效果比較明顯，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在相同的質(zhì)量百分含量、相同的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間下，納米TiO2比MnO2對(duì)

4、氧化鋁的致密化效果較為顯著，但二者同時(shí)添加時(shí)效果最佳，當(dāng)MnO2和納米TiO2含量分別為3％和1.5％，燒結(jié)溫度1330℃，保溫60min時(shí)，氧化鋁陶瓷基體燒結(jié)致密，相對(duì)密度達(dá)到98.7％，是MnO2和納米TiO2的固溶和納米效應(yīng)協(xié)同作用的結(jié)果，通過SEM照片發(fā)現(xiàn)Al2O3晶粒細(xì)小，微觀組織結(jié)構(gòu)均勻。對(duì)此組成的氧化鋁陶瓷基體通過線收縮進(jìn)行燒結(jié)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)氧化鋁陶瓷基體的燒結(jié)激活能為22.18KJ/mol，MnO2和納米TiO2的加入

5、可以降低燒結(jié)溫度，改善復(fù)合材料顯微結(jié)構(gòu)，提高材料的燒結(jié)性能。 探討不同纖維含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能影響規(guī)律，通過三點(diǎn)彎曲法測(cè)得材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性，研究了纖維含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明復(fù)合材料的力學(xué)性能隨莫來(lái)石纖維含量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)纖維含量為10％時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能達(dá)到最佳。 研究燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間對(duì)復(fù)合材料相對(duì)密度、彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性

6、隨MnO2和TiO2含量、燒結(jié)溫度和纖維含量的增加先增大后減小。當(dāng)燒結(jié)溫度為1300℃，保溫時(shí)間為60min，MnO2和TiO2含量分別為3％和1.8％，復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度、斷裂韌性為最高分別達(dá)到578MPa、6.8MPa·m1/2，其彎曲強(qiáng)度和斷裂韌性比純氧化鋁陶瓷分別提高65.1％和94.3％。 分析了MnO2、TiO2改性MF/Al2O3陶瓷復(fù)合材料增強(qiáng)氧化鋁陶瓷復(fù)合材料Al2O3的增韌機(jī)理，摻入MnO2和TiO2后，Mn4