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纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-06-13 10:16:16  浏览次数:45
核心提示:氧化铝陶瓷,又称刚玉瓷,是一种以 a-Al2O3 为主晶相的结构陶瓷材料,由于其本身具有高熔点尧高硬度,耐热,耐腐蚀,电绝缘性好等特性。因此,可以在较苛刻的条


 

氧化铝陶瓷,又称刚玉瓷,是一种以 a-Al2O3 为主晶相的结构陶瓷材料,由于其本身具有高熔点尧高硬度,耐热,耐腐蚀,电绝缘性好等特性。因此,可以在较苛刻的条件下使用。 氧化铝陶瓷的价格低廉,是目前生产量较大,应用面广的陶瓷材料之一,主要应用于刀具,耐磨部件及生物陶瓷领域。此外,它还广泛应用于宇航,能源,航空,航天,化学化工电子等方面。近年来,由于对材料性能的要求高,人们提出各种提高氧化铝陶瓷性能的方法,其中,主要有:热压烧结,放电等离子烧结,微波烧结和加入添加剂等。结果表明:采取一些新的措施后,使得氧化铝陶瓷在抗弯强度和硬度等方面的性能大大地提高。

 

1.实验样品

本实验1μm氧化铝粉为基体材料,分别加入0%,0.5%,1%,5%,10%和20%的30nm的纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30);采用常规方法烧结得到一系列的氧化铝陶瓷,然后对氧化铝陶瓷的硬度,抗弯强度和弹性模量等方面的性能进行了测试。

 

2.实验过程

本实验采用常规烧结方法来烧结氧化铝陶瓷,其具体过程如下:首先30nm的Al2O3粉(晶瑞VK-L30)成形前需用超声波分散;然后,按照配方的要求准确称取所需的量加入到1μ的Al2O3粉中;其次,再将质量分数为5%的PVA(聚乙烯醇)作为粘结剂加入到Al2O3粉中,最后,研磨均匀,在250MPa的压力下压成尺寸约为 3mm×4mm×36mm 的坯体。样品在常规烧结中袁其烧成制度为:升温速率为 3℃/min,烧结温度为 1600℃,保温时间为2h曰达到保温时间后随炉冷却,样品经过粗磨尧细磨尧抛光:然后采用万能材料试验机测试其三点抗弯强度,要求试件跨距为30mm,加载速度为0.5mm/min。试样硬度由洛氏硬度计测得。

 

3.实验分析

加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化铝陶瓷的力学性能。随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)含量的增加,样品的洛氏硬度(HRA)一直增加。当含量从0%增加到1%时,其洛氏硬度从82.2迅速增加到84.6。当添加量在 5%~20%之间时,增加速度较慢,其最大值为86.4。由图 2 可知,断裂强度的变化曲线与硬度变化不同,随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)的加入,断裂强度值的整体变化趋势为先降低后增加,当添加量为0 %时,其断裂强度值为 199.5MPa;随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)的加入量为0.5%时,其断裂强度降低到190.1MPa;当纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)的加入量为20%时,断裂强度值增加到209.1 MPa。由图3可知,当纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)的加入量为0% 时,其弹性模量为4337.7 MPa;当纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时,弹性模量增加到11298.2MPa;当纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)的加入量为10%时,弹性模量达到最大,其值为64785.1 MPa。

 

从上面的分析可知,总体趋势是随着30nm的氧化铝(晶瑞VK-L30)加入,氧化铝陶瓷的硬度,抗弯强度和弹性模量都增加。但其影响的趋势和程度不同,一般认为,加入纳米材料后样品力学性能的提高,其主要是因为纳米材料占据基体空隙位置和细化晶界所导致的。

 

4.实验结论

1μm的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化铝粉(晶瑞VK-L30)后,其氧化铝陶瓷的性能发生了改变。

1) 随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)含量的增加,样品的洛氏硬度(HRA)一直增加;当添加含量为20%时,洛氏硬度达到最大,其值为86.4。

2)随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)含量的增加,断裂强度值的整体变化趋势为先降低,后增加。

3)随着纳米氧化铝粉(晶瑞VK-L30)含量的增加,弹性模量呈增加趋势,当添加量为10%时,其值达到最大为64785.1 MPa。

4) 加入纳米材料后样品力学性能在不同程度上得到了提高,其主要是因为纳米材料占据了基体空隙位置和细化晶界所导致的。

 

 
 
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