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材料导报 2020年第24期34卷 24001-24004,24009页

作者：贾碧李晓博潘复生王如转袁玉娇罗春希朱钊刘汉蕾重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331

石墨烯/氧化铝复合材料的制备工艺及力学性能已成为目前先进陶瓷材料的研究热点。通过热压烧结技术,在烧结压力40 MPa下成功制备了石墨烯/氧化铝复合材料,并系统地研究了热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料的结构和力学性能的影响规... 详细信息

石墨烯/氧化铝复合材料的制备工艺及力学性能已成为目前先进陶瓷材料的研究热点。通过热压烧结技术,在烧结压力40 MPa下成功制备了石墨烯/氧化铝复合材料,并系统地研究了热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料的结构和力学性能的影响规律。结果表明,热压烧结温度对石墨烯/氧化铝复合材料晶相的影响较小,均为Al 2O 3(刚玉)晶相。复合材料的抗弯强度、维氏硬度随着烧结温度的升高先增大后减小,但是烧结温度对断裂韧性的影响较小。当烧结温度为1550℃时复合材料的性能最优,材料的弯曲强度、维氏硬度与断裂韧性分别为673.84 MPa、20.4 GPa、5.98 MPa·m^1/2。同时,通过SEM分析了石墨烯增强氧化铝基复合材料的断面微观结构,揭示了晶粒尺寸变化是复合材料力学性能变化的主要原因。

关键词：氧化铝复合材料石墨烯热压烧结温度微观结构力学性能

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热压烧结SiC/SiCw-Y2O3复合陶瓷的制备及其性能研究

热压烧结SiC/SiCw-Y2O3复合陶瓷的制备及其性能研究

引用

作者：张绍桦浙江理工大学

学位级别：硕士

碳化硅(SiC)陶瓷具有高强度、高硬度和高耐磨性等优异性能,已被广泛应用于机械、石油化工等领域。由于SiC有极强的共价键性和极低的自扩散系数,因此SiC陶瓷难以烧结完全并得到致密的微观组织。此外,SiC陶瓷的高脆性和低断裂韧性导致其... 详细信息

碳化硅(SiC)陶瓷具有高强度、高硬度和高耐磨性等优异性能,已被广泛应用于机械、石油化工等领域。由于SiC有极强的共价键性和极低的自扩散系数,因此SiC陶瓷难以烧结完全并得到致密的微观组织。此外,SiC陶瓷的高脆性和低断裂韧性导致其使用可靠性较低。为解决SiC陶瓷的难烧结和低可靠性问题,本研究在热压烧结SiC复合陶瓷的制备中引入烧结助剂YO和增强体SiC,并分别研究了YO、SiC含量及烧结温度对SiC/SiC-YO复合陶瓷微观组织、物相组成、力学性能及摩擦磨损性能的影响。本文旨在优化SiC陶瓷的组分设计和烧结工艺以获得高强超韧的SiC/SiC-YO复合陶瓷。本研究的主要内容及结论如下:(1)在烧结温度为1800℃,SiC含量为10 vol.%时,探究烧结助剂YO含量(0、2.5、5、7.5和10 vol.%)对热压烧结SiC/SiC-YO复合陶瓷微观组织及各项性能的影响。结果表明,随YO含量的增大,复合陶瓷的微观组织逐渐致密,相对密度单调增大,证实YO的添加能促进SiC复合陶瓷的致密化。随YO含量的增大,复合陶瓷的力学性能和比磨损率均呈先增大后减小的趋势,磨痕形貌由严重的基体开裂、基体剥离转为微裂纹、碎屑脱落及其嵌入,证明适量YO的添加(7.5 vol.%)能改善SiC复合陶瓷的微观组织,提高其力学性能及耐磨性。当YO含量为10%时,微观组织中可见YO大量聚集于SiC、SiC的晶界处,导致SiC复合陶瓷的力学性能及耐磨性比YO含量为7.5%时有所下降,基体剥离程度有所增大。(2)在烧结温度为1800℃,YO含量为7.5 vol.%时,探究SiC增强体含量(0、5、10和15 vol.%)对热压烧结SiC/SiC-YO复合陶瓷微观组织及各项性能的影响。结果表明,随SiC含量的增大,断面形貌中观察到SiC的拔出现象逐渐增多,随SiC含量的增大(SiC≤10 vol.%),SiC复合陶瓷的力学性能略有提高,相对密度和比磨损率变化不显著,磨痕形貌表现为部分基体剥离,剥离现象随SiC的添加逐渐减少,证明SiC的适量添加(10 vol.%)能改善SiC复合陶瓷的微观组织、力学性能和磨损行为。当SiC为15 vol.%时,断面形貌上可观察到SiC拔出和架桥现象,表明过多SiC难以分散均匀、会造成聚集,断面上过多的SiC拔出会增大基体间的孔隙率和扩散路径,降低SiC复合陶瓷的致密化程度、综合力学性能及耐磨性指标,使磨损形貌呈明显剥离、开裂现象。(3)当YO含量为7.5 vol.%,SiC含量为10 vol.%时,研究烧结温度(1750、1800和1850℃)对热压烧结SiC/SiC-YO陶瓷的微观组织及各项性能的影响。结果表明,随烧结温度的升高,微观组织由松散逐渐致密,相对密度单调增大,表明提高烧结温度能促进SiC复合陶瓷的致密化。随烧结温度的升高,SiC复合陶瓷的力学性能与耐磨性指标先增大后减小,磨痕形貌由“犁沟”及基体剥离转为微裂纹扩展及嵌入式碎屑,烧结温度上升到1850℃时,微观组织中观察到晶粒长大现象,SiC复合陶瓷力学性能下降,磨损剥离程度有所加剧,表明晶粒长大及粗化会导致力学性能及耐磨性能的恶化。综上所述,当YO含量为7.5 vol.%,SiC含量为10 vol.%,烧结温度为1800℃时,采用热压烧结得到的SiC/SiC-YO复合陶瓷具有最佳的综合性能,其相对密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为97.0%、21.6 GPa、7.7 MPa·m和573.2MPa,比磨损率为1.6×10μm/(N·m)。

关键词： SiC/SiCw-Y2O3复合陶瓷 Y2O3添加剂 SiCw增强体热压烧结温度力学性能摩擦磨损行为

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