Al2O3_Al2O3-ZrO2(3Y)层状纳米复合材料的制备与性能优化
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４ ６ Ｐ ａ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ，ｗｈ ｃ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｈ ｏ ｏ ｉｅ ｔ ｅ ｔ ｒ ｂ ｎ ｉ ｇ ｓ ｒ ｎ ｔ ． ３ Ｍ ａ ｃ ｎ ｂ ｃ ｉｖ ｄ ｉ ｈ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｔ ｅ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓ ｗｉ ｂ ｔｅ ｏ ｄ ｎ ｔ ｅ ｇ ｈ ｈ
ｐ ｗ ｄｅ ｓ ｔ ｔｍ ｉｅ ｔ ｅ ｒ ｔｏｎ ｐ ｏｃ ｓ ｎｄ ｍ ｅ ｈａ ｉａｌｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ Ｔｈｅ ｉ ｌ ｎ ｅ ｏ ａ ｅ ｓ ｒ — ｏ ｒ ｏ ｏｐ ｉ ｚ ｈｅ ｐｒ ｐａ ａ ｉ ｒ ｅ ｓａ ｃ ｎ ｃ ｏ ｅ ｔｅ ． ｎｆｕｅ ｃ ｆｐｈ ｓ ｔ ｕｃ
７ ０ Ｐａａ ｄ ３ ９ Ｊ ・ｍ ， ｅ ｐ ｃｉ ｅｙ Ｉ ｄ ｉｉｎ，ｔ ｅｂ ｎ ｉｇ ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｔ ｅｐ ｒ ｌ ｌｄｒ ｃｉｎ ｏ ４ Ｍ ｎ ８ ２ ｒ ｓ ｅ ｔ ｌ ． ｎ ａ ｄｔｏ ｖ ｈ ｅ ｄｎ ｔｅ ｇ ｈ ｉ ｈ ａ ａｌ ｉｅ ｔｏ ｆ ｅ
Ｐｈｙ ｉｓ， ｓ ｃ Ｃｈｉ ｓ ａ ｍ ｙ ｏ ｉ ｎｃ ｓ Ｌａ ｚ ｏｕ ７ ０ ００， ｎｅ ｅ Ａｃ ｄｅ ｆＳｃｅ ｅ ， ｎ ｈ ０ ３ Ｃｈｉ ａ ｎ）
摘 要 ： 优 化 Ａｌ 。层 状 复 合 材 料 的制 备 工 艺 及 力 学 性 能 ， 用 不 同 初 始 粉 体 为 原 料 制 备 了 系 列 Ａｌ 。 Ａｌ 。ＺＯ。 为 ｚ Ｏ 选 。 ／ 一ｒ Ｏ Ｏ （ Ｙ 层 状 复 合 材 料 。借 助 ｘ 射 线 衍 射 、 场 发 射 扫 描 电 镜 和 万 能 试 验 机 等 手 段 ， 统 考 察 了粉 体 结 构 和 形 貌 对 层 状 ３） 冷 系
采 用化 学 沉淀 法 及 共 沉 淀 法 制 备 Ａ１ 。纳 米 粉 Ｏ 体 及 Ａｌ ／ ０ （ 量 分 数 ， 同） ｒ ３ 纳 米 复 １ 质 ０。 下 Ｚ Ｏ （ Ｙ） 合 粉 体 ， 在 不 同 温 度 下 煅 烧 ， 别 用 Ａｌ 。 ｎ 并 分 。 （ ｍ ０
ｔ ａ ｅ ｉ ｒ ｙｄｆｒ ｃｉｎ （ ｉ ｔ ｄ ｖ ａ Ｘ— ａ ｉｆ ａ ｔｏ ＸＲＤ），ｆ ｌ ｍｉ ｓｏ ｃ ｎ ｉ ｇ ｅ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｃ ｐ Ｆ ＥＭ ） ａ ｄ ｍ ａ ｅ ｇ ｉ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｓ ａ ｎ ｎ ｌ ｃ ｒ ｎ ｍｉ ｒ ｓ ｏ ｅ（ ＥＳ ｅ ｎ ｔ— ｒａ ｅ ｔ ｓ ｓ ｅ （ ｉ ｌ ｓ ｙ ｔ ｍ ＤＹ一 ） Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｔ ｅ ｐ ｒ ｉ ｌ ｓｚ ｎ ｈ ｉｅ ｄ ｓ ｒｂ ｔｏ ｆｓ ａ ｔｎ ｔ ３ ． ５ ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ａ ｔｃ ｅ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓｚ ｉ ｔｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ｉ ｇ ｐ ｗｄ ｒ ｉ ｎ ｆｃ ｎ ｌ ｆ ｅ ｔｔ ｅ ｍｉ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｉ ｓｏ ｈ ａ ｉ ａ ｅ ｏ ｐ ｓ ｔ ｓ ｏ ｅ ｓ ｓｇ ｉｉａ ｔｙ ａ ｆ ｃ ｈ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅ ｔｅ ｆｔ ｅｌ ｍ ｎ ｔ ｄ ｃ ｍ ｏ ｉ ． ｐ ｅ
增 韧 和 ＺＯ ｒ 。相 变 增 韧 的 协 同 增 韧 机 制 ， 到 了 很 达 好 的增 韧效 果 ｌ ］ 】 。此 外 ， 状 材 料 克 服 了 弱 界 面 层 结 合 的 层状 陶 瓷 强 度 有 较 大 降 低 和 各 向异 性 的 问
题 。
１ 实 验 方 法
１ １ 初始 粉体 ．
ｄ ｉ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ ３ １ ２ １ ． ２ ０ ４ ｏ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １４ ８ ． ０ ３ ０ ． ０
中图分类号 ： ＴＱｌ４ ７
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１０ —３ １ ２ １ ） ２０ １－ ５ ０ １４ ８ （０ ３ ０ —０ ７０
ＡｌＯ３Ａ１Ｏ３Ｚ Ｏ２ ３ ２ ／ ２ 一 ｒ （ Ｙ）Ｌ ｍｉａｅ ｎ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ａ ｎ ｔｄＮａ ｏ ｏ ｏ ｉ ｅ
齐 亚娥 ， 张永胜 ， 丽天 胡
（ 中国科 学 院 兰 州化 学物 理研 究所 固体润 滑 国家重 点实 验室 ， 兰州 ７ ０ ０ ） ３ ０ ０
高 强 度 、 氧 化 等 多 种 优 异 的性 能 ， 制 造 高 温 润 滑 抗 是 耐 磨 元 件 的 理 想 材 料 。从 未 来 的发 展 来 看 ， 温 结 高 构 陶 瓷是 可在 １ ０ ℃ 以 上 长 时 间 工 作 ， ００ 同时 具 有 高
能， 且具 有 不 同 于 一 般 陶瓷 的 摩 擦 学 规 律 和 磨 损 机
ＱＩＹａ ｅ Ｚ ＡＮＧ Ｙｏ ｇ ｓ ｅ ｇ ＨＵ —ｉｎ —， Ｈ ｎ —ｈ ｎ ， Ｌｉ ａ ｔ
（ ｔ ｔ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ｏ ｉ ｂ ｉ ａ ｉ ｎ， ｎ ｈ ｕ Ｉ ｓ ｉｕ ｅ ｏ ｅ ｃ ｌ Ｓ ａ ｅ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｆＳ ｌ Ｌｕ ｒｃ ｔ ｄ ｏ Ｌａ ｚ ｏ ｎ ｔ ｔ ｆＣｈ ｍｉａ ｔ
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Ａ 。 Ａ ｚ Ｚ Ｏ （Ｙ） 状 纳 米 复 合材 料 的 制 备 与 性 能 优 化 ｌ０ ／ １Ｏ 一ｒ ｚ ３ 层
Ａｌ ／ ２ － ｒ （ Ｙ） 状 纳 米 ２ Ａｌ Ｚ Ｏ２３ 层 ｏ３ Ｏ３ 复 合 材 料 的 制 备 与 性 能 优 化
Ｐｒ ｐ ｒ ｔｏ ｎ ｏ ｅ ｔｅ ｐ ｉ ｉａ ｉ ｆ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓＯ ｔｍ ｚ ｔｏｎ ｏ
温度 带来 的氧化 铝 晶粒 的 快速 长 大 ， 得 大体 积 纳 米 使 结构 Ａｌ 。 Ａｌ 。Ｚ Ｏ （ Ｙ） 状 复合 材 料 的 制 备存 ／ 一ｒ ３ 层 Ｏ ０
在很 大 困难 。本研究 拟通 过系统 考察 初始 粉体 特性对 Ａｌ ／ 。Ｚ Ｏ （Ｙ） 状 复合 材料 显 微 结 构 和 力 。 Ａｌ０ － ｒ ３ 层 Ｏ。
韧 的先 进 结 构 陶瓷 ］ Ｌ ＧＧ Ｗ 等 ＿ 首 次 在 Ｎａ 。Ｃ Ｅ Ｊ ８ — ｔｒ 上 发 表 了关 于 ＳＣ基 仿生 层 状 复 合 材 料 的报 道 ， ｕｅ ｉ
料 中基 体 相 或 复 合 相 晶 粒 尺 寸 降 到 纳 米 级 时 ， 形 所
成 的 纳米 陶 瓷 或具 有 特 殊 内 部 结 构 的 纳 米 复相 陶 瓷 将具有优 异 的强度 、 性 、 蚀性 和超塑性 。同 时， 韧 耐 纳 米 陶 瓷还 表 现 出 比传 统微 米 陶 瓷更 优 异 的 耐磨 性
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ２ ／ ２ 一 ｒ （ ｌｍｉａ ｅ ｏ ｏ ｉｅ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ｗｉｈ ｄｆｅｅ ｔｓ ａｔｎ ｅ Ａ１Ｏ３ ＡＩＯ３Ｚ Ｏ２ ３ Ｙ） ａ ｎ ｔ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔ ｓ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｔ ｉ ｒ ｎ ｔｒｉ ｇ ｆ
发 展 迅 速 ， 究 表 明 ， 以 通 过 调 节 层 中 Ａｌ 及 研 可 。 Ｏ。
学 性能 的影 响 ， 而优化 材料 的制备 工艺 及性 能 ， 其 进 为
实际应 用奠定 基础 。
ＺＯ ｒ 的 相 对 含 量 来 得 到 所 需 的残 余 应 力 ， 而 达 到 从 增 强 增 韧 的 目的 ， 且 在 该 类 材 料 中存 在 层 状 结 构 而
理 ｌ 。但 由 于 陶瓷 材 料 的 本 征 脆 性 以及 由摩 擦 学 ＿ ３ ］
设 计 所带 来 的材 料 力 学 性 能 的 下 降 ］ 在 很 大 程 度 ，
上 限 制 了它 在 高 温润 滑 领 域更 为 广 泛 的应 用 。 仿 生结 构 陶 瓷 的 出现 ， 陶 瓷 材 料 的 强 韧 化 及 为 摩 擦学 设 计 提 供 了一 种 崭 新 的 研 究 和 设 计 思 路 。进
层 状 材 料 的 断 裂 韧 性 和 断 裂 功 分 别 高 达 １ ＭＰ ５ ａ・
ｍ 和 ４ ２ Ｊ・ｍ一 。黄 勇 等ｌ 对 ｓ。 ／ Ｎ 层 状 结 。 ６５ ＿ ７ ｉ Ｎ Ｂ
１ ８
材 料 工 程 ／２ １ 年 ２ ０３ 期
构 陶瓷 的研 究 表 明 ， 断裂 韧性 和 断裂 功 较 常规 ｓ。 ｉ Ｎ
材料分 别 提 高 了数倍 和数 十倍 ， 且详 细研 究 了 并
ＳＣ晶须 增 强 Ｉ 及 烧 结 助 剂 对 其 力 学 性 能 的 影 ｉ ９ 响 。 Ａ１Ｏ ／ ＴＡ （ 化 锆 增 韧 氧 化 铝 ，ｚ ｃ ｎ 。Ｚ 氧 ｉｏｉ ｒ ａ ｔ ｕ ｈ ｎ ｄａｕ ｎ ） 系 强 界 面 层 状 陶 瓷 复 合 材 料 ｏ ｇ ｅ ｅ ｌｅ ｓｏ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎｄ ｐｒ ｐｅ ｔｅ ａ ｎａ ｅ ｏ ｐ ｓ ｔ ｓｗｅ ｅ ｉ ｖｅ — ｕ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｐ ｌ ｙ ｏｆｐｏ ｒ ｎ ｍｉ ｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｏ ｒ ｉ ｓｏｆｌ ｍｉ ｔ ｄ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｒ ｎ ｓ
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高性 能 结 构 陶 瓷 具 有 耐 高 温 、 磨 损 、 腐 蚀 、 耐 耐
强 度 和 耐腐 蚀 性 能 的低 密度 结 构 材 料 。特 别 是 近 年 来对 纳米 陶 瓷 逐 步 深 入 的 研 究 ， 陶 瓷 材 料 的 发 展 给 与 应 用带 来 了新 的 希望 。有 研 究 表 明Ｅ ］ 当 陶 瓷 材 １ ，
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摘 要 ： 优 化 Ａｌ 。层 状 复 合 材 料 的制 备 工 艺 及 力 学 性 能 ， 用 不 同 初 始 粉 体 为 原 料 制 备 了 系 列 Ａｌ 。 Ａｌ 。ＺＯ。 为 ｚ Ｏ 选 。 ／ 一ｒ Ｏ Ｏ （ Ｙ 层 状 复 合 材 料 。借 助 ｘ 射 线 衍 射 、 场 发 射 扫 描 电 镜 和 万 能 试 验 机 等 手 段 ， 统 考 察 了粉 体 结 构 和 形 貌 对 层 状 ３） 冷 系
采 用化 学 沉淀 法 及 共 沉 淀 法 制 备 Ａ１ 。纳 米 粉 Ｏ 体 及 Ａｌ ／ ０ （ 量 分 数 ， 同） ｒ ３ 纳 米 复 １ 质 ０。 下 Ｚ Ｏ （ Ｙ） 合 粉 体 ， 在 不 同 温 度 下 煅 烧 ， 别 用 Ａｌ 。 ｎ 并 分 。 （ ｍ ０
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１ 实 验 方 法
１ １ 初始 粉体 ．
ｄ ｉ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ ３ １ ２ １ ． ２ ０ ４ ｏ ：１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １４ ８ ． ０ ３ ０ ． ０
中图分类号 ： ＴＱｌ４ ７
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１０ —３ １ ２ １ ） ２０ １－ ５ ０ １４ ８ （０ ３ ０ —０ ７０
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（ 中国科 学 院 兰 州化 学物 理研 究所 固体润 滑 国家重 点实 验室 ， 兰州 ７ ０ ０ ） ３ ０ ０
高 强 度 、 氧 化 等 多 种 优 异 的性 能 ， 制 造 高 温 润 滑 抗 是 耐 磨 元 件 的 理 想 材 料 。从 未 来 的发 展 来 看 ， 温 结 高 构 陶 瓷是 可在 １ ０ ℃ 以 上 长 时 间 工 作 ， ００ 同时 具 有 高
能， 且具 有 不 同 于 一 般 陶瓷 的 摩 擦 学 规 律 和 磨 损 机
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Ａ 。 Ａ ｚ Ｚ Ｏ （Ｙ） 状 纳 米 复 合材 料 的 制 备 与 性 能 优 化 ｌ０ ／ １Ｏ 一ｒ ｚ ３ 层
Ａｌ ／ ２ － ｒ （ Ｙ） 状 纳 米 ２ Ａｌ Ｚ Ｏ２３ 层 ｏ３ Ｏ３ 复 合 材 料 的 制 备 与 性 能 优 化
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料 中基 体 相 或 复 合 相 晶 粒 尺 寸 降 到 纳 米 级 时 ， 形 所
成 的 纳米 陶 瓷 或具 有 特 殊 内 部 结 构 的 纳 米 复相 陶 瓷 将具有优 异 的强度 、 性 、 蚀性 和超塑性 。同 时， 韧 耐 纳 米 陶 瓷还 表 现 出 比传 统微 米 陶 瓷更 优 异 的 耐磨 性
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发 展 迅 速 ， 究 表 明 ， 以 通 过 调 节 层 中 Ａｌ 及 研 可 。 Ｏ。
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实际应 用奠定 基础 。
ＺＯ ｒ 的 相 对 含 量 来 得 到 所 需 的残 余 应 力 ， 而 达 到 从 增 强 增 韧 的 目的 ， 且 在 该 类 材 料 中存 在 层 状 结 构 而
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设 计 所带 来 的材 料 力 学 性 能 的 下 降 ］ 在 很 大 程 度 ，
上 限 制 了它 在 高 温润 滑 领 域更 为 广 泛 的应 用 。 仿 生结 构 陶 瓷 的 出现 ， 陶 瓷 材 料 的 强 韧 化 及 为 摩 擦学 设 计 提 供 了一 种 崭 新 的 研 究 和 设 计 思 路 。进
层 状 材 料 的 断 裂 韧 性 和 断 裂 功 分 别 高 达 １ ＭＰ ５ ａ・
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材 料 工 程 ／２ １ 年 ２ ０３ 期
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材料分 别 提 高 了数倍 和数 十倍 ， 且详 细研 究 了 并
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高性 能 结 构 陶 瓷 具 有 耐 高 温 、 磨 损 、 腐 蚀 、 耐 耐
强 度 和 耐腐 蚀 性 能 的低 密度 结 构 材 料 。特 别 是 近 年 来对 纳米 陶 瓷 逐 步 深 入 的 研 究 ， 陶 瓷 材 料 的 发 展 给 与 应 用带 来 了新 的 希望 。有 研 究 表 明Ｅ ］ 当 陶 瓷 材 １ ，
