Al2O3-TiN基復(fù)合陶瓷材料的制備及性能.pdf

1、本文采用熱壓燒結(jié)工藝制備了不同粒徑的α-Al2O3基體、不同助燒劑SiO2含量和納米TiNp含量的Al2O3-TiN基復(fù)合陶瓷材料。利用XRD、SEM、TEM分析了復(fù)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)；采用維氏壓痕法、三點彎曲法和單邊缺口梁法評定了復(fù)合材料的力學(xué)性能；通過電學(xué)性能試驗系統(tǒng)地研究了TiN含量和α-Al2O3粒徑對復(fù)合陶瓷電阻率、耐高壓性能的影響，并探討了導(dǎo)電機(jī)理。
　　研究發(fā)現(xiàn)，以SiO2為助燒劑的Al2O3-TiN基復(fù)合陶瓷材料

2、的致密度都達(dá)到了98％以上，說明添助燒SiO2能有效地促進(jìn)材料的致密化，同時控制其加入量，可使材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，例如維氏硬度最高達(dá)到22.3GPa，斷裂韌性在4~5MPa·m1/2之間，三點彎曲強(qiáng)度最高達(dá)到561MPa。
　　基體α-Al2O3采用7.5μm和20nm兩種粒徑，復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能試驗表明，微米基體復(fù)合陶瓷的維氏硬度在20GPa以上，最大達(dá)到25.5GPa；斷裂韌性在4~6MPa·m1/2之間，三點彎曲強(qiáng)度最高

3、達(dá)到578MPa。納米基體復(fù)合陶瓷的維氏硬度在10GPa以上，最大值為16.0GPa，斷裂韌性在4~6MPa·m1/2之間，三點彎曲強(qiáng)度最高達(dá)到566MPa。與Micro-Al2O3基復(fù)合陶瓷材料相比，Nano-Al2O3基復(fù)合陶瓷材料的硬度小，強(qiáng)度和斷裂韌性相近，而兩種復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能都是由于納米顆粒TiN的加入而增強(qiáng)。
　　Al2O3-TiN基復(fù)合陶瓷材料具有高強(qiáng)度和高斷裂韌性的主要原因在于，高熔點和高硬度的TiNp均勻分散

4、在基體中，可以對基體的位錯運(yùn)動產(chǎn)生釘扎作用，同時TiN與Al2O3基體膨脹系數(shù)存在差別而造成熱膨脹失配導(dǎo)致殘余應(yīng)力增韌。斷裂類型主要是沿晶斷裂。
　　電學(xué)性能試驗發(fā)現(xiàn)，Micro/Nano-Al2O3基復(fù)合陶瓷的電阻率隨TiNp含量的增加而降低，在TiNp含量為10vol.%時，電阻率都滿足設(shè)計的要求。與Nano-Al2O3基復(fù)合陶瓷的電學(xué)性能相比，Micro-Al2O3基復(fù)合陶瓷的電阻率要高，而且耐壓可達(dá)7000V/cm，耐高壓