纳米SiC增韧Al_2O_3陶瓷_省略_合材料的制备_表征及力学性能研究_高朋召

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Al2O3基纳米复合陶瓷的研究最新进展

理，如颗粒弥散增韧、变增韧、裂纹增韧、同增相微协韧等；出了多种材料设计方法＿４，过在陶瓷基提３通－Ｊ体中添加稀土元素、碱土金属氧化物、化物、碳纳米金
属颗粒等添加剂来获得第二相纳米弥散粒子来强化晶界、制晶粒长大、控降低烧结温度、提高致密化程度等以改善氧化铝陶瓷材料的力学性能和使用性能。
主要包括：２３Ｃ【、ｌ３ＮｉＡｌ３Ｗ、Ａｌ／ｕ０Ａ２／【０、２／ｏ
Ａ１０３ＭｏＬ、Ａｌ０３Ｎｉ — Ｆｅ、Ａ１０３Ｎｉ … 、２／，／Ｌ２／ＡＩＬ
多种高强度、耐磨损、高温等高性能陶瓷部件的基耐
进展，述了有关增韧强化机制的研究进展，指出了今后氧化铝纳米复合陶瓷材料的应用前景及发展方向。综并关键词：化铝陶瓷；氧纳米复合材料；备方法；学性能；韧机制制力增
ＲｅｅｔｄｅｅｏｍｅｆＡ１０３ｂｓｄｃｍｐｏｉｅｎｎｃｒｍｉｓｃｎｖｌｐｎｔｏ２ａｅｏｓｔａｏｅａｃ
维普资讯
第２５卷第６期２０年ｌ０７２月
粉末冶金技术
ＰｏｗｄｅｅａｌｒｙＴｅｈｎｏｙｒＭｔｌｕｇｃｏｌｇ
Ｖｏ．５，Ｎｏ６１２．
Ｄｅ２７ｅ．００
Ａ１基纳米复合陶瓷的２Ｏ３研究最新进展＊

石墨烯纳米片增韧Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料

石墨烯纳米片增韧Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料孟祥龙;衣明东;肖光春;陈照强;许崇海【摘要】以石墨烯纳米片作为增强相,采用热压烧结工艺制备石墨烯纳米片增韧Al2O3基纳米复合陶瓷刀具材料.进行石墨烯纳米片分散实验,研究石墨烯纳米片添加量对刀具材料断裂韧度、抗弯强度和硬度的影响,观察其微观结构和形貌.结果表明:聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为石墨烯纳米片的优选分散剂,当PVP添加量为石墨烯纳米片质量的60％时,分散效果最佳;当石墨烯纳米片添加量为0.75％(体积分数)时,刀具材料的断裂韧度和抗弯强度分别达到7.1MPa·m1/2和663MPa,与未添加石墨烯纳米片的组分相比分别提高了31％和15％;石墨烯纳米片呈卷曲状结构弥散分布于基体材料中,其增韧机理为石墨烯纳米片拉断、拔出和裂纹偏转.与未添加石墨烯的刀具相比,添加石墨烯纳米片的刀具的主切削力、切削温度和前刀面摩擦因数明显降低,表现出良好的减摩、耐磨性.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2019(047)001【总页数】7页(P25-31)【关键词】石墨烯纳米片;增韧补强;陶瓷刀具;力学性能;切削性能【作者】孟祥龙;衣明东;肖光春;陈照强;许崇海【作者单位】齐鲁工业大学机械与汽车工程学院,济南250353;齐鲁工业大学山东省高校轻工装备先进制造与测控技术重点实验室,济南250353;齐鲁工业大学机械与汽车工程学院,济南250353;齐鲁工业大学山东省高校轻工装备先进制造与测控技术重点实验室,济南250353;齐鲁工业大学机械与汽车工程学院,济南250353;齐鲁工业大学山东省高校轻工装备先进制造与测控技术重点实验室,济南250353;齐鲁工业大学机械与汽车工程学院,济南250353;齐鲁工业大学山东省高校轻工装备先进制造与测控技术重点实验室,济南250353;齐鲁工业大学机械与汽车工程学院,济南250353;齐鲁工业大学山东省高校轻工装备先进制造与测控技术重点实验室,济南250353;山东大学机械工程学院,济南250061【正文语种】中文【中图分类】TG171;TQ174.75切削加工技术是装备制造业中的一项基础性技术，对零部件加工效率、降低加工成本起着举足轻重的作用。

金属间化合物／Al2O3陶瓷基复合材料的研究进展

何柏林，光耀，燕平熊缪
（东交通大学机电工程学院，西华江南昌３０１）３０３
摘要：ｚ。陶瓷的脆性本质极大的限制了其使用范围。在提高氧化铝陶瓷韧性的研究中，Ａｌｏ
利用金属间化舍物作为第二相来增韧氧化铝陶瓷已成为研究热点之一。本文从金属间化合物
ห้องสมุดไป่ตู้
化等一系列的优异性能，目前已广泛用于许多高新
技术领域，是其陶瓷材料的脆性本质在很大程度但上限制了它的发展和应用。因此，善氧化铝陶瓷改的韧性成为其得到进一步应用的核心问题。近年来，提高氧化铝陶瓷韧性的研究中，用在利金属间化合物作为第二相来增韧氧化铝陶瓷已成为研究热点之一，取得了重要的研究成果。本文从并
中图分类号：３．；Ｆ２．Ｇ６３８Ｔ１５４文献标识码：Ａ文章编号：０６６４（０８０ — ０３一Ｏ１０ — ５３２０）３０１５ＰＲｏＧＳＮＩＥＲＥＳＩＮＴＲＭＥＡＬＩＳＡ１ＯＥＴＬＣ／２３ＲＡＭＩＳＢＥｏＭＰＳＴＥＣＣＡＳＤＣｏＩＳ
化合物，即Ｎｉ、Ｎｉ、Ｎｉ。。Ａ１Ａ１、Ｎｉ。和Ａ１ｚＡ１Ｎｉ。。目前， — 系金属间化合物中研究最多Ａ１ Ⅲ ＮｉＡｌ

Y_2O_3添加剂对SiC复相多孔陶瓷烧结性能和力学性能的影响

【摘要】利用添加造孔剂法制备SiC 复相多孔陶瓷。

研究了Y 2O 3添加剂对SiC 复相多孔陶瓷的烧结温度及烧结体力学性能的影响机理。

结果表明：Y 2O 3的加入大大降低了SiC 复相多孔陶瓷烧结温度，样品的力学性能有所提高，抗弯强度提高18.46%，稀土氧化物占总质量3%时能提高SiC 复相多孔陶瓷的抗氧化性，氧化速率降低了66.7%。

YAG 相在SiC 晶界均匀分布，细晶，裂纹偏转及晶界桥联是SiC 复相多孔陶瓷的增韧的机理。

【关键词】稀土氧化物，多孔陶瓷，碳化硅中图分类号:TQ174.4+7 文献标识码:A0 引言SiC 是共价键性极强的化合物，在高温状态下仍能保持高的键合强度，且热膨胀系数小、较强的抗酸碱能力、具有较高的热传导性，故SiC 多孔陶瓷是高温过滤器件、高级保温材料、污水净化分离、生物催化剂载体等应用最有希望的生态环保材料之一。

SiC 多孔陶瓷又存在着烧结困难，高温氧化的缺点。

为了提高SiC 多孔陶瓷的应用范围必须要克服这些缺陷。

目前有关SiC 多孔陶瓷烧结的报道多采用添加粘土来降低烧结温度，但其中引入的杂质不可避免的会影响SiC 多孔陶瓷的优良性能，所以粘土的添加量是有限的[1]。

由于稀土元素具有4fx5d16s2 电子层结构，电价高、半径大、极化力强、化学性质活泼及能水解等性质，故在特种陶瓷及功能材料方面具有广阔的发展前景[2]。

采用高岭土和Al 2O 3、Y 2O 3为烧结助剂，采用添加造孔剂法常压烧结得到SiC 多孔陶瓷，并分析了物相组成和微观结构。

1 实验实验采用纯度为99.9%的碳化硅，粒径为75μm，造孔剂为石墨（粒径为165μm）占5～10%，烧结助剂为高岭土、氧化铝及稀土氧化物，PVA 为瞬时粘结剂。

碳化硅占65～75%，高岭土与氧化铝占15～20%（Al 2O 3 ∶SiO 2≈3∶1）。

1#、2#、3#、4#配方中分别放0%、1%、3%、5% 的Y 2O 3。

La2O3-Y2O3复掺制备高强韧Al2O3陶瓷基板

第42卷第6期Vol.42No.62021年12月Journal of Ceramics Dec. 2021收稿日期：2021‒07‒12。

修订日期：2021‒09‒14。

Received date: 2021‒07‒12. Revised date: 2021‒09‒14.基金项目：广东省“珠江人才计划”本土创新科研团队项目 Correspondent author: NIE Guanglin (1990-), Male, Ph.D.; (2017BT01C169)；广东省基础与应用基础研究基金项目(2020 WU Shanghua (1963-), Male, Ph.D., Professor.A1515010004)；绿色建筑材料国家重点实验室开放基金(2019 E-mail: **************************;************.cn GBM03)。

通信联系人：聂光临(1990-)，男，博士；伍尚华(1963-)，男，博士，教授。

DOI: 10.13957/ki.tcxb.2021.06.016La 2O 3-Y 2O 3复掺制备高强韧Al 2O 3陶瓷基板刘磊仁1，聂光临1，黄丹武1，赵振华1，包亦望2，伍尚华1(1. 广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006；2. 中国建筑材料科学研究总院有限公司绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024)摘要：Al 2O 3作为应用最广的陶瓷基板，优异的力学强度、韧性与导热性能是确保其安全可靠服役的前提。

稀土金属氧化物(La 2O 3、Y 2O 3)掺杂是提升Al 2O 3陶瓷力学性能的有效方法，然而，单一掺杂的强化效果有限，因此，采用La 2O 3-Y 2O 3复掺的方法以望进一步提升Al 2O 3陶瓷基板的抗弯强度与断裂韧性，并在此基础上探讨了La 2O 3-Y 2O 3复掺对Al 2O 3陶瓷热导率的影响规律。

三氧化二铝在陶瓷领域上的发展

纳米三氧化二铝在陶瓷领域上的发展纳米三氧化二铝在陶瓷领域上的发展摘要：为了探索纳米三氧化二铝在陶瓷领域上的应用。

查阅大量的期刊和文献，得出了纳米三氧化二铝在陶瓷领域发挥了巨大的作用，具有非常大的发展前景。

纳米三氧化二铝，陶瓷粉粒径分布均匀，电阻率高，具有良好的绝缘性能，广泛用于塑料，橡胶，陶瓷，涂料等绝缘性能要求高的领域。

主要综述了纳米三氧化二铝的主要制备方法，包括：化学沉淀法、无压烧结法、溶胶一凝胶法。

同时，也介绍了纳米三氧化二铝的特殊结构性能，在陶瓷领域发挥的作用，其性能包括：Al203／TiC纳米陶瓷刀具材料的抗热震性能、纳米Ni-Al2O3金属陶瓷粉末热压致密化、Al2O3系纳米陶瓷抗拉强度、Al2O3系纳米陶瓷韧性。

通过以上资料的查询，得出纳米三氧化二铝在陶瓷领域具有非常好的发展前景的结论。

关键字:纳米；三氧化二铝；陶瓷；应用Abstract: in order to explore the nano 3 oxidation 2 aluminium in ceramic field application. Access to a lot of periodicals and literature, it is concluded that the nano 3 oxidation 2 aluminium in ceramic field played a huge role, has the very big prospects for development. Nano 3 oxidation 2 aluminium, ceramic powder with uniform paricle size distribution, resistance rate is high, has the good insulation performance, is widely used in plastic, rubber, ceramics, paint the insulation performance of the high demand on the field. The paper mainly describes the main preparation methods of nanometer 3 oxidation 2 aluminium, including chemical precipitation, pressureless sintering process, sol a gel method. At the same time, also introduces the nano 3 oxidation 2 aluminium special structure performance, in ceramic field play a role, its performance include: Al203 / TiC nanostructured ceramic cutting tool material thermal shock performance, nano Ni - Al2O3 metal ceramic powder extrusion densification, Al2O3 system nanostructured ceramic tensile strength, Al2O3 system nanostructured ceramic toughness. Through the above information query, it is concluded that nano 3 oxidation 2 aluminium in ceramic field has very good prospects for development of the conclusion.Key words: nano; 3 oxidation 2 aluminium; Ceramic; application陶瓷是人类最早使用的材料之一，在人类发展史上起着重要的作用。

TiC／(Al2O3／Y-TZP)纳微米复合陶瓷材料的性能及显微结构研究

喷金处理后
断裂
FEI
非晶态相比较少等特点
适合于补强
Y
—
TZP
。
陶瓷本文
。
韧性采用显微压痕法进行测量
、
抗弯强度及硬度测试后
、
研究了纳米 T i C 对复合材料力学性能的影响
基金项目：国家自然科学基金资助项
将均匀混合悬浮液倒人球磨罐中利用硬质合金球 ( 料球质量比为 l ：1 0 ) 进行连续机械球磨 5 0 h 将球磨混合好的料浆迅速倒入不锈钢粉料盘中
(X
MTD
一
瓷但目前有关这方面的研究报导很少
，
强化氧化锆基复相陶瓷
，，
一一对上述粉末进行液相分散及超声分散
，，
所缱如一一示
，
一讧 l 一。
。
。
。
。
。
40
m
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，
然后
材料在室温和高温力学性能方面不能兼得于是有的研
究者开始尝试采用多元弥散相复合强化氧化锆基Байду номын сангаас复相陶
，
。
Mikio F
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，
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，
放人电热真空干燥箱
~
等 13 ’ 研究在
Y
Y A 1：O ，／
一
—
TZP

燃烧合成-热压制备Al_2O_3-TiC-ZrO_2纳米复合陶瓷的力学性能与显微结构

燃烧合成-热压制备Al_2O_3-TiC-ZrO_2纳米复合陶瓷的力学性能与显微结构董倩;唐清;李文超【期刊名称】《金属学报》【年(卷),期】2001(37)12【摘要】以ＴｉＯ２，Ａｌ；Ｃ，纳米ＺｒＯ２粒子为原料，利用燃烧合成－热压工艺制备了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－ＺｒＯ２纳米复合陶瓷．添加ＺｒＯ２可使Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂．ＺｒＯ２纳米粒子弥散于基体中，其周围产生的应力集中可引发位错，起到亚晶界的作甲，并可使位错钉扎、堆积，阻碍位错运动，从而使复合陶瓷的力学性能得到明显改善：抗弯强度为７０６ＭＰａ，提高幅度达１９．８％；断裂韧性为６．３ＭＰａ·ｍ１／２，提高幅度１８．９％；洛氏硬度为９４．４．【总页数】4页(P1285-1288)【关键词】燃烧合成-热压;纳米复合陶瓷;力学性能;显微结构;氧化铝-碳化钛-氧化硅【作者】董倩;唐清;李文超【作者单位】北京科技大学物理化学系;中国科学院过程区程研究所,北京100080;中国科学院过程区程研究所【正文语种】中文【中图分类】TQ174.758;TB332【相关文献】1.燃烧合成原位增韧氧化铝基复合陶瓷的显微结构与力学性能 [J], 吴江;赵忠民;张龙;叶明惠;张靖;潘传增2.热压法制备高含量B4C/铝基复合材料的显微结构与力学性能 [J], 张鹏;张哲维;李宇力;王文先;王保东3.晶内/晶间复合型Al2O3/Ni纳米金属陶瓷显微结构和力学性能的研究 [J], 李国军;黄校先;郭景坤4.热压添加复合助剂的Si3N4陶瓷的显微结构与力学性能 [J], 汪晓霞;施占华5.ZrO_2(Y_2O_3)对燃烧合成Al_2O_3/YSZ自生复合陶瓷显微结构与力学性能的影响 [J], 张靖;赵忠民;张龙;叶明惠;潘传增;宋亚林;朱浩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热压烧结Al2O3／Si3N4复相陶瓷的研究

ＭＡ — 型ｘ射线衍射仪上进行材料的ＸＤ测试，ＸＩＲ
选用Ｃｕ靶，ａ辐射，电流为１０ｍｈ；用ＪＭ一Ｋ管０采Ｓ
５１扫描电子显微镜观察材料的显微形貌。６０Ｌ
２结果与分析
２１Ｓ３４．ｉ对材料硬度的影响Ｎ
图１是所制备的０／ｉ４３ＳＮ陶瓷复相材料与３
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第３卷第５６期２００７年５月
化
工
技
术
与
开
发
Ｖ０．６Ｎｏ５１３．
Ｍａ２０ｙ．０７
Ｔｅｈｏｏｙ＆ＤｅｅｏｍｅｔｏｅｃｌＩｄｓｒｃｎｌｇｖｌｐｎｆＣｈｍｉｎｕｔｙａ
别为４０ｎ和３０ｌ，０ｍ０Ｔ生产单位分别为日本Ｓｍ— ｒｔｕｉｍ公司和德国Ｓａｋｔｏｏｔｃ公司。将适量的纳米氮化ｒ
硅粉按０２、．５１３６％的比例加入到纳米氧．５０７、，、ｗｔ
加入纳米或亚微米颗粒使材料力学性能大幅度提高以来，针对０／ｉ３ＳＣ纳米复合陶瓷的特性及其强韧机理，人们展开了一系列的研究【卜。Ａ２／ｉ】ＳＣ０３纳米复相陶瓷更因其力学性能相对Ａ２３Ｊ单相陶瓷ｏ成倍提高而成为研究的热点，但其重珊ｌ不好，生而且ＳｉＣ阻碍烧结。而ｓＮ致密性能好，ｉ４３并且它与氧化铝在烧结时可反应形成有利于提高高温性能的Ｓａｎ相。国际上关于Ａ２／ｉｉｏｌＪＳＣ的研究较多，对ｏ３而ｏ３３４的研究很少，０３Ｓ３４纳米复相陶Ｎ／ｉＮ瓷从理论上和应用上更有研究潜力和价值。热压烧结（ｔｒｓ，）在烧结过程中同时Ｈｏ— ｅｓＰ是施加一定的外力（一般压力在１～４ａ００ＭＰ之间，取决于模具材料所能承受的强度）使材料加速流动、，重排和致密化。通常热压烧结温度要比常压烧结温度低１００ ℃左右，而在较低的温度下烧结，抑制了晶粒的生长，所得到的烧结体晶粒较细，且有较高的强度［４。本实验用热压烧结的工艺制备ｏ／３】－３Ｎ纳米复相陶瓷，４以期提高氧化铝陶瓷的韧性，探讨０／ｉ４陶瓷材料的增韧机理，得出了３Ｓ３Ｎ并些有意义的结果。

Al_2O_3陶瓷复合材料的研究进展

Al2O3陶瓷复合材料的研究进展Research Progress of A l2O3Ceramic Composit es陈维平,韩孟岩,杨少锋(华南理工大学广东省金属新材料制备与成形重点实验室,广州510640)CH EN Wei ping,H AN M eng y an,YANG Shao feng(Guang dong Key Laborato ry fo r Advanced M etallic M aterials Pro cessing,South China University of T echnolo gy,Guang zhou510640,China)摘要:介绍了A l2O3陶瓷增韧技术和A l2O3陶瓷增强金属基复合材料的研究进展,指出复合增韧是未来A l2O3陶瓷增韧技术的发展方向;金属表面自生A l2O3防护层技术是提高金属耐蚀性,降低成本的有效方法;三维网络Al2O3陶瓷/金属复合材料具有更优良的力学性能;仿生设计和计算机模拟技术是开发新型网络A l2O3陶瓷骨架的重要手段。

关键词:A l2O3陶瓷;复合材料;增韧;增强中图分类号:T B331 文献标识码:A 文章编号:1001 4381(2011)03 0091 06Abstract:The toughening technology of Al2O3ceramic and strengthening of metal matrix composites w ith Al2O3ceramic are described.It is pointed out that compound toughening w ill be the better choice for the toughening technology of Al2O3ceramic in the future;Al2O3ceramic/metal composites w ith network structure have better mechanical properties;self forming Al2O3protective layer on the surface of metal is an effective method for improving resisting corrosion and reducing costs;bionic design and computer simulating are very useful for developing new netw ork Al2O3ceramic skeleton.Key words:A l2O3ceramic;co mpo site;toughening;strengtheningAl2O3陶瓷作为常见陶瓷材料,既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高硬度等特点,又具备优良的抗氧化性、化学稳定性、低密度等特性,且来源广泛,价格便宜。

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第21卷第5期
高朋召等：纳米SiC增韧Al2O3陶瓷复合材料的制备、表征及力学性能研究
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材料的断裂强度只能通过提高其断裂韧性或减小临界裂纹尺寸来提高[4]。通过在陶瓷的微观结构中加入不同的能量分散元素可提高其断裂韧性，这些元素包括纤维[5]、晶须[6]或晶片以及微粒等[7]，这种增强是通过偏移裂纹或提供连接成分以预防裂纹进一步扩展来实现的[8]。另一种方法是在陶瓷基体中加入金属成分来形成裂纹连接元素以便在塑性变形时吸收能量[9]。陶瓷材料硬度的提高主要通过在基体中加入硬颗粒[10]。但上述方法或者导致制备工艺复杂、成本增加，如添加纤维、晶须等[4, ； 11] 或者导致材料的烧结温度升高，需要在非氧化性气氛下烧结[10]。自从二十世纪80年代末，Niihara等报道了一系列材料中添加亚微米级或纳米级分散相粒子后具有极高的性能以来，纳米复合材料的研究已成为材料科学领域的一个新热点[1, 12 -16]。研究表明，采用无压烧结制备的纳米SiC颗粒增强的Al2O3复合材料的弯曲强度为 489.0 MPa，断裂韧性为6.17 MPa·m 。 1/2 而采用热压烧结后，所得复合材料的弯曲强度为 655±90 MPa，断裂韧性为7.6 MPa·m 1/2，维氏硬度值为 20.5 GPa，相比单相Al2O3陶瓷，所得数值均大幅提高。由此可见，纳米SiC的添加能全面且显著提高Al2O3陶瓷材料的力学性能，在防弹材料方面的应用具有无法估量的潜力，是今后发展的主要方向。 [2] 但由于SiC在高温下易于氧化，故而上述烧结过程均在惰性气氛下进行，或采取局部保护措施[7, ，这 15-17] 些在实际生产中都是较难解决的问题。本研究尝试采用微米SiC和Si粉共添加来制备纳米SiC颗粒增韧的Al2O3复合材料。Si粉主要用于在复合材料的烧结过程中熔融并包覆在SiC颗粒的表面，阻止其氧化，最终实现该类复合材料空气气氛下的烧结。论文探讨了SiC含量、烧结气氛和烧结温度对复合材料的烧成收缩率、微观形貌、抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性的影响，最后探讨了复合材料的强韧化机理。
Serial number Content of SiC (wt.%) Content of Si (wt.%) Theoretic density (g/cm3)
S-0 S-1 S-2 S-3 S-4
0
2
4
6
8
0 0.5 1 1.5 2
3.90 3.88 3.86 3.85 3.83
平均粒径为1.0 μm，北京泰欣隆金属材料加工厂。表1为实验原料的配方表。 1.2 复合材料的制备工艺 SiC和Si粉按照表1的比例称量后进行混合，加入一定量的5%PVA粘结剂，转移进入球磨罐中，加入一定量的去离子水，采用刚玉球作为研磨介质进行湿磨。球磨工艺参数为400转/分钟，60分钟。完成湿磨工艺后，将浆料从球磨罐转移到瓷质容器中。在鼓风干燥箱中80 ℃烘干至恒重，将粉料再次装入球磨罐中进行干磨，干磨参数与湿磨相同。干磨后的粉料加入一定量的水进行陈腐、造粒等。将造粒后的SiC-Si微球与Al2O3造粒粉通过过筛混合均匀，然后按照力学性能测试的尺寸要求，在80 MPa压制试样，试样在80 ℃烘干24 h后进行烧结。烧结工艺为0-400 ℃，2 ℃/min；400-500 ℃， 1 ℃/min；500-1000 ℃为2 ℃/min，100 ℃保温 1 h，1000 ℃到目标温度为5 ℃/min，目标温度保温1 h。 1.3 复合材料的表征利用试样烧结前后的长度变化测试其烧结收缩率，评定复合材料的烧结程度。利用阿基米德排水法测试复合材料的体积密度。采用Instron3382万能电子实验机测试复合材料的三点抗弯强度，样品尺寸为 3 mm×4 mm×36 mm。测试时两点间的跨距为27 mm，加载速率为5 mm/ min，每种试样测试4次，取平均值。三点抗弯强度的计算公式为：
Abstract: Nano-SiC toughened Al2O3 matrix composites were prepared using pressureless sintering method, in which SiC and Si micron powders were used as additives. Influence of SiC content, sintering atmosphere and sintering temperature on the shrinkage rate, microstructure, flexural strength, hardness and fracture toughness of the Al2O3 matrix composites was studied. Results showed that addition of SiC resulted in a reduction of shrinkage rate for composites, and the shrinkage rate of composites obtained in an inert atmosphere was higher than that of the composites obtained in both oxidized and reduced atmospheres. When the SiC content was equal to 4%, the volume density of the composites was 3.80 g∙cm-3, their flexural strength, Vickers hardness and fracture toughness reached the maximum, i.e., 480 MPa, 5.12 MPa∙m1/2, 16.2 GPa, respectively. Their particles were oval in shape with a size of about 2 μm and combined compactly with each other. A change of particle shape from plate to oval may have derived from the alternation of sintering mechanism. Nano SiC particles, which existed in Al2O3 crystals and formed Al2O3-SiC-Al2O3 bridges, resulted in a transcrystalline rupture of composites. Key words: nano SiC; Al2O3 matrix composites; mechanical properties; toughness
第 21 卷第 5 期 ·210014·年 10 月
中国陶瓷工业 CHIN中A C国ER陶AM瓷IC I工ND业USTRY
DOI:10.13958/ki.ztcg.2014.05.003
Vol.21, No.5 20O14ct.年201104月
纳米SiC增韧Al2O3陶瓷复合材料的制备、表征及力学性能研究
(1. Hunan Zhongtai Special Equipment Co., Ltd., Lilin, 415211, Hunan, China; 2. College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, Hunan, China)
Preparation, Characterization and Mechanical Properties of Nano-SiC Toughened Al2O3 Matrix Composites
GAO Pengzhao ,1,2 YAN Jin 1, LIN Mingqing 1, GAO Bo 1, WU Chuanqing 1, XIAO Hanning 2
= σb3
3FL 2bh2
（1）
式中，σb3为三点抗弯强度，MPa；F为试样断裂时的最大载荷，N；L为试样支座间距离，mm；b 为试样宽度，mm；H为试样厚度，mm。断裂韧性测试采用单边切口梁法，在Instron3382 万能电子实验机上进行, 样品尺寸为3 mm×5 mm×
1 实验
1.1 实验原料氧化铝造粒粉(Al2O3)：纯度99％，晶粒粒径 (D50): 1.0 μm，河南济源兄弟材料有限公司；碳化硅微粉(SiC): 纯度为98%，平均粒径为1 μm，昌乐鑫源碳化硅微粉有限公司；Si粉：纯度为99.5%，
表1 实验原料配方 Table 1 Composition of experiment materials
收稿日期：2014项目：国家自然科学基金(编号：51372078)；湖南省常德市科
技计划项目(编号：2014PT04)。
通信联系人：高朋召，男，博士，副教授。
防护效果，陶瓷厚度的增加直接导致制备工艺复杂，生产成本增加。由于Al2O3密度较高，厚度增加也导致防护装具的质量显著增加，影响穿着舒适度和灵活性，这是阻碍Al2O3防弹陶瓷进一步应用的瓶颈。研究表明，影响陶瓷材料防弹性能的主要因素包括硬度、断裂韧性及弯曲强度等[2, 3]。传统理论认为，改善陶瓷材料脆性同时提高其强度的方法比较有限。按照Griffith的理论，脆性
高朋召 1,2，颜进 1，林明清 1，高波 1，吴传清 1，肖汉宁 2
(1. 湖南中泰特种装备有限责任公司，湖南临澧 415211；2. 湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 410082)
摘要：以SiC和Si微米粉为添加剂，采用无压烧结工艺制备了纳米SiC增韧的Al2O3 陶瓷复合材料，探讨了SiC含量、烧结气氛和烧结温度对复合材料的烧成收缩率、微观形貌、抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性的影响。结果显示： SiC的添加使复合材料的烧成收缩率下降，惰性气氛下复合材料的收缩率要大于氧化气氛和还原气氛时的收缩率。在氧化性气氛下烧结时，当SiC添加量为4%时，复合陶瓷的体积密度为3.80 g·cm-3，抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均达到最大值，分别为 480 MPa、5.12 MPa·m1/2、16.2 GPa。添加SiC后所得复合材料的基体颗粒为椭圆状，粒径为2μm左右，颗粒与颗粒之间结合紧密，颗粒形状的改变可能是因为烧结机理发生变化所致。纳米SiC颗粒位于晶界处，形成了由Al2O3-SiC-Al2O3搭桥联结的晶界，提高了晶界强度，导致裂纹只能在晶内传播。关键词：纳米SiC；Al2O3 陶瓷复合材料；力学性能；强韧化中图分类号：TQ174.75 文献标志码：A 文章编号：1006-2874(2014)05-0010-06