Al2O3基復(fù)合陶瓷的燃燒合成離心熔鑄機(jī)理研究.pdf

1、由于Al2O3成本較低且制備的陶瓷材料性能優(yōu)異，在陶瓷裝甲領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。向Al2O3中添加ZrO2、B4C或TiB2等可制備Al2O3基復(fù)合陶瓷，改善其抗彈性能。本文采用Al和Zr(NO3)4之間的燃燒放熱反應(yīng)來(lái)加熱并熔化實(shí)驗(yàn)體系，經(jīng)冷卻、凝固和結(jié)晶，制備了高共晶比例的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷，并研究了其增韌機(jī)制。為添加鎢纖維和碳纖維來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)和增韌，探索了鎢和石墨與Al2O3-ZrO2共晶的界面結(jié)合情況。為改善材料的抗彈

2、性能，研究了B4C和B4C-TiB2稀釋劑在Al-Zr(NO3)4及Al-Al(NO3)3放熱體系中的高溫反應(yīng)機(jī)理。
　　計(jì)算并測(cè)量了各反應(yīng)體系的理論絕熱溫度和壓力值，本文采用Al-Zr(NO3)4及Al-Al(NO3)3之間的燃燒放熱反應(yīng)，可使體系理論絕熱溫度輕易達(dá)到3000-4000K的高溫，使體系中所有物質(zhì)熔化，經(jīng)快速冷卻、凝固，可得到具有精細(xì)微觀組織的陶瓷材料。體系壓力小于7MPa，滿足低壓燃燒合成。
　　采用低壓燃

3、燒合成法制備了共晶組織比例接近100％的Al2O3/ZrO2共晶陶瓷，其硬度為16.391GPa，抗彎強(qiáng)度為1060MPa，斷裂韌性為11.2MPa·m1/2。采用SEM、XRD和X射線衍射應(yīng)力分析，研究了Al2O3/ZrO2共晶陶瓷的增韌機(jī)制，其主要包括棒狀ZrO2相的拔出、斷裂和對(duì)裂紋的偏轉(zhuǎn)而增韌，殘余壓應(yīng)力增韌和t-ZrO2的t-m相變?cè)鲰g。
　　經(jīng)SEM分析，研究了鎢和石墨與Al2O3/ZrO2共晶的界面結(jié)合情況，鎢與Al

4、2O3/ZrO2共晶之間存在較薄的界面反應(yīng)層，主要包括氧化鎢、氧化鋁、氧化鋯和W、Al、Zr組成的金屬間化合物，由于冷卻速率較快，其界面反應(yīng)層的厚度小于5μm，界面結(jié)合良好。石墨與Al2O3/ZrO2共晶之間會(huì)反應(yīng)生成氣體，導(dǎo)致界面結(jié)合差。
　　探索了B4C和B4C-TiB2稀釋劑在Al-Zr(NO3)4和Al-Al(NO3)3放熱體系中的高溫反應(yīng)機(jī)理，由XRD分析可知，B4C在Al-Zr(NO3)4放熱體系中會(huì)轉(zhuǎn)化為B13C2，