离心-SHS法制备Al2O3复合陶瓷及耐磨性研究

作     者：田加明 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭英奎;门铁夫

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：离心-SHS Al2O3复合陶瓷材料 显微组织 耐磨性 

摘      要：分别采用分析纯FeO和王业氧化铁红,添加分析纯SiO与工业Al 粉,经离心.SHS 方法制备出钢管内衬AlO 复合陶瓷。通过XRD、SEM 等分析手段研究了AlO 陶瓷复合材料的显微组织;利用失重法测试AlO 陶瓷复合材料的相对耐磨性,并对其磨损机理进行了探索,结果表明: 采用铝热.离心法可以制备出钢管内衬AlO 复合陶瓷材料,反应过程中熔体在离心力作用下发生相分离,密度较小的AlO 陶瓷在熔体外层形成内衬层;密度较大的FeAlO 及Fe 在靠近钢管的内层形成中间过渡层;AlO 熔点高首先凝固,铁层凝固后,因其附着在钢管内壁不能自由收缩,对陶瓷层和过渡层产生轴向拉应力,导致陶瓷层形成轴向裂纹。 显微组织结构分析表明,陶瓷层中AlO分布取决于原料FeO纯度,FeO纯度高,陶瓷层呈现枝晶结构,FeO 纯度低,陶瓷层呈现网状结构;AlO陶瓷熔点高首先结晶,沿径向呈枝晶状生长形成骨架,FeAlO 及Fe 熔点相对较低,填充到枝晶状AlO之间;陶瓷层主要由枝晶状A 和分布于其间的FeAlO尖晶石组成.,添加剂SiO及杂质存在于a 枝晶的晶界处。 磨损试验表明,以分析纯FeO为原料制备的AlO3 陶瓷内衬层试样相对磨损率为1.2%,以氧化铁红为原料制备的AlO陶瓷内衬层试样相对磨损率为1.4%:表层AlO 陶瓷的磨损形式为微断裂和磨粒磨损,陶瓷层存在的缺陷、微裂纹和气孔使其周围材料的强度降低,导致材料耐磨性降低;制备AlO 复合陶瓷的原料纯度越高,则耐磨性能越好;反之则越差。AlO3 陶瓷层存在的缺陷、微裂纹和气孔使其周围材料的强度降低,导致材料耐磨性降低。 磨粒与AlO 复合陶瓷材料弹性接触、滑动,并在AlO 复合陶瓷材料的接触点处产生压痕,同时导致材料表面产生微裂纹,这些微裂纹以磨粒的压痕边缘为中心向材料的内部扩展,相互交叉合并导致局部微区AlO3 复合陶瓷材料的脆性断裂,离开整体形成“微崩落区,导致AlO 复合陶瓷材料磨损。