Al2O3基陶瓷摩擦材料的研制及性能研究
金属间化合物／Al2O3陶瓷基复合材料的研究进展
（ 东交通大学 机 电工程学 院 ， 西 华 江 南 昌 ３ ０ １ ） ３ ０ ３
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 ． ； Ｆ ２ ． Ｇ６ ３ ８ Ｔ １ ５ ４ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６ ６ ４ （ ０ ８ ０ — ０ ３ 一 Ｏ １０ — ５３ ２０ ）３ ０ １ ５ Ｐ ＲｏＧ Ｓ Ｎ Ｉ Ｅ ＲＥ Ｓ Ｉ ＮＴ ＲＭ Ｅ ＡＬ Ｉ Ｓ Ａ１Ｏ Ｅ Ｔ Ｌ Ｃ ／ ２ ３ ＲＡＭ Ｉ ＳＢ Ｅ ｏＭＰ Ｓ ＴＥ Ｃ Ｃ ＡＳ Ｄ Ｃ ｏ Ｉ Ｓ
化 合 物 ，即 Ｎｉ 、 Ｎｉ 、Ｎｉ 。 。 Ａ１ Ａ１ 、Ｎｉ 。 和 Ａ１ ｚ Ａ１ Ｎｉ 。 。 目前 ， — 系金 属 间化 合 物 中研 究 最多 Ａ１ Ⅲ Ｎｉ Ａｌ
Al_2O_3陶瓷的动态力学性能研究
∀ 14 ∀
中
国
陶
瓷
1999 年第 1 期
的实验进行了划分 [ 7] 。准静态实验 ( 应变率为 10- 4 ~ - 1 - 1 - 1 2 - 1 10 S ) 、 中应变率实验( 10 ~ 10 S ) 、 中高应变率实 验( 102~ 104S- 1 ) 和高应变率实验 ( > 105 S- 1 ) 。穿甲冲 击属于后两类范围。由于应变率实验的强冲击载荷作 用, 惯性效应和波的效应对加载装置和试件的影响必须 考虑。为了使变形试样内部应力平衡的假设继续有效 , 试样必须较小, 安装试件必须能很快加速, 而且其几何形 状要保证波传播效应是可控的。一个较好的解决办法就 是利用弹性长杆, 借助于在杆中传播的应力脉冲给短试 样施加压缩载荷。其中最著名的就是分离式霍普金森压 杆( split Hopkinson pressure bar, 简称 SH PB) 。 SHPB 装置是将压杆分为两段, 把试样置于其中, 用 来测量试样在一维应力条件下经历冲击压缩时的应力和 应变关系。由图 1 可见 , 其核心部分是两段分离的弹性杆 ( 波导杆 ) , 即输入杆和输出杆。短试件夹在两杆之间, 当 滑膛枪发射一子弹( 打击杆) , 使它以一定速度对心撞击输 入杆时, 则产生入射弹性应力脉冲, 试件在该脉冲作用下 产生高速变形。与此同时, 向输入杆反射一反射弹性波, 向输出杆传递一透射弹性波, 这就可以通过波导杆上的电 阻应变片记录下入射、 反射和透射的波形 ∃ ∃ i、 r和∃ t。
~ ~
第 35 卷第 1 期
黄良钊等
Al2 O3 陶瓷的动态力学性能研究
∀ 15 ∀
动态抗压强度高于静态抗压强度。 3 2 影响动态抗压强度的因素 对金属材料而言, 高速冲击造成了物体的大变形, 物 体经历的是强烈的弹塑性变形。弹性应变和塑性应变幅 值都是有限的。这样, 在有限变形条件下对应力、 应变和 应变历史的数学描述变得十分复杂。就弹性变形而言 , 在大弹性变形下, 弹性性质不但由弹性模量和泊松比决 定, 而且高阶弹性模量起着重要作用 。由此看来, 在高 速高压下影响材料动态力学性能因素异常复杂, 时效因 素、 热和机械耦合、 有限应变给本构方程的建立带来困 难。采用 SHPB 装置这种一维条件下或简单的组合应力 条件下 , 可以从实验角度逐步弄清单一因素。如应变率 或压力、 温度以及组成对材料流动或破坏的影响, 把握材 料高速变形的特点 , 从中找到普遍规律。 从实验发现, 随打击速度的提高, 陶瓷材料的应变率 增大, 但它不像金属材料那样稳定。由于陶瓷没有塑性 变形, 只有脆性开裂 , 不能较好地表现出应变率效应。但 无论从打击速度还是应变率的增加均会提高材料的动态 抗压强度, 这一点是一致的。图 2 为 99 瓷在不同打击速 度 20m/ s 、 30m/ s 和 35m / s 下的应力 - 应变曲线 a、 b和 c。它们所对应的应变 率为 936/ s、 1288/ s 和 1587/ s, 动 态抗压强度为 1145MPa、 1221M Pa 和 1283M Pa。若要进 一步提高应变率或打击速度 , SH PB 技术难以完成, 需要 利用化爆和高压技术。
上海硅酸盐研究所_Al_2O_3陶瓷的研究简介
上海硅酸盐研究所β″2Al2O3陶瓷的研究简介Ξ林祖 (中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)摘 要: 简介了上海硅酸盐研究所多年来对β″2Al2O3陶瓷的研究结果。
内容包括制备工艺和性能研究两部分。
前者涉及原料和稳定剂选择,化学成分和显微结构控制以及烧结工艺等。
后者包括β″2Al2O3陶瓷的吸水性和表面性质以及稀土离子交换的研究。
关键词: β″2氧化铝陶瓷;钠离子导体;制备工艺中图分类号: TQ174 文献标识码:A文章编号:100129731(2004)01201302021 引 言Beta2Al2O3是一大类铝酸盐的总称,它的通式为M2O・x Al2O3,M可为碱金属离子以及Tl+、G a+、H3O+、NH4+等一系列阳离子。
其中以Na2Beta2Al2O3最具实际意义。
Beta2Al2O3一词如无特殊说明,一般指Na2Beta2Al2O3。
Beta2Al2O3是非化学计量化合物,其中的Na2O含量可以在一定范围内变动,随着通式中x的不同而有两种不同的结构:β2 Al2O3和β″2Al2O3,理论式分别为Na2O・11Al2O3和Na2O・5. 33Al2O3。
由于结构上的原因,β″2Al2O3比β2Al2O3有更高的钠离子电导率[1]。
β″2Al2O3在300℃的电导率可达2×10-1～3×10-1S・cm-1,在能源领域中有重要应用,如高能蓄电池、钠热机等。
多年来上海硅酸盐所对β″2Al2O3的制备和性能进行了一系列研究。
2 β″2Al2O3稳定剂的选择[2]β″2Al2O3一般需添加少量添加剂使其稳定。
由于国际上一般以Li2O或MgO作为添加剂,为了比较,研究了二者对β″2 Al2O3陶瓷的β″2Al2O3相的形成、显微结构以及电性能的影响。
研究结果明,与MgO相比,Li2O更有利于β″2Al2O3相的形成,因而添加Li2O的β″2Al2O3陶瓷有较高的电导率,但也较易促进晶粒生长,形成大晶。
Al2O3基陶瓷基片的制备及其性能
降低 ， 之后保持不变 ； 电损耗随频率 的升高先减小 ， 介 之后又增大．
关键词 ：１Ｏ ； Ａ 凝胶注模 ； 微结构 ； 显 物理性能 中图分类号 ：Ｇ ４ ． １ Ｔ １６ ２ 文献标 识码 ： Ａ
ｐ ｒ ｙ － ２ ｏ ｅ ｓ ｒ ｗ ｍａ ｅ ｉｌａ ｄ ｔ ｅ ｓｎ ｅ ｅ ｔａ ｉ ，ｃ ｌ ｉ ｍ ａ ｂ ｎ ｔ ， ｋ ｏ ｉ ｕ ｉ ＡＩ ０３ ｗｄ ｒ ａ ａ ｔｒａ ｎ ｈ ｉ ｔ ｒ ｄ ｓｅ ｔ ｅ ａ ｃｕ ｃ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ ｐ ｔ ａｌ ｎ ｃ ａ ｓ ｓｎ ｅｉ ｇ ａｄ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｉ ｔｒ ｇ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｇ ｅ ｎ ｂ ｄ ｅ ｓ ｌｙ ａ ｉ ｔ ｒ ｉ ｓ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｔ ｅ ｓ ｅ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｏ ｒ ｅ ｏ ｉ ｓ ｉ ｎ ｓ ｎ ｎ ｈ ｂ ｔ ｅ ３ ℃ ａ ｄ １ ５ ０％ ． ｈ ｃ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｌ ｃ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆｔ ｅ ｅｗｅ ｎ １ ５ Ｏ ｎ ５ Ｔ ｅ ｍｉｒ ｓｒ ｃｕ ｅ ．ｈ ｒ ｌａ ｄ ｅｅ ｔ ｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ ｒ ｉ ｈ
ｔ ． ６ ～０ ０１ ４ｃ ／ ｒｍ ０ ｃ ｔ ０ Ｃ ．ａ ｄｒｄ ｃ ｓ ｔ ｃｅ ｓ ｇｔｅｔｍｐ ｒ— ｙｉ ０ ０６ ８ ｓ ． ５ ｍ ｓｆ ｏ ２ ｃ ｏ１ ０￣ ０ ｎ ｅ ｕ ｅ ｈ ｉ ｒａｉ ｗｉ ｎ ｎ ｈ ｅ ｅａ
ｔｒ ． Ｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｔｎ ｒ ｑ ｅ ｃｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ａ ｇ ｆｔ ｅ ｔ ｓｉ ｇ ｆｅ ｕ ｎ ｉｓ，ｔ ｅ ｅ ｔｉ ｏ ｓａ ｔｉ ３ ～９． ｎｄ ｔ ｅ ｄ ｅ ｈ ｈｅ ｄｉｌｃ ｒｃ ｃ ｎ ｔｎ ｓ９． ４ ａ ｈ ｉ—
SiC增韧Al2O3陶瓷的研究现状
陶瓷的显微结构也和金属一样，是由许多小晶粒
组成的，晶粒与晶粒之间有晶界，在晶粒内部或晶界 上存在有一些缺陷和微裂纹，晶界上还或多或少存在 有气孔，还会有第二相颗粒或晶粒，其最常见是非晶 玻璃相。陶瓷材料的微观结构是由晶体(主相)、晶 界、非晶体(玻璃相)和显微缺陷(气孔、微裂纹和杂 质)组成的。 2.1.2 微裂纹理论
都有很大的提高。 4 纳米材料的强韧化
图1 拔出桥连机制
(4) 裂纹桥联效应(如图2)：裂纹桥联是一种裂纹 尖端尾部效应。即裂纹扩展过程中遇上晶须时，裂纹 有可能发生穿晶破坏，也有可能出现互锁现象 (Interlocking)即裂纹绕过晶须并形成摩擦桥。研究 表明：晶须增强陶瓷材料、微晶Al2O3陶瓷中均发现 了裂纹桥的存在。
抗拉强度 (GPa)
20.8
13.4
摩氏硬度
9.5 9 . 2 ～9 . 5
须法：即通过晶须分散、晶须与基体混合、成型、再 经锻烧制得增韧陶瓷。如：加入到氧化物、碳化物、 氮化物等基体中得到增韧陶瓷复合材料，此法目前较 为普遍；②原位生长晶须法：将陶瓷基体粉末和晶须 生长助剂等直接混合成型，在一定的条件下原位合成 晶须，同时制备出含有该晶须的陶瓷复合材料，该种 方法尚未成熟，有待进一步探索。目前大部分晶须/
(3) 晶须拔出效应(如图1)：拔出效应是指当裂纹 扩展遇到高强度晶须时，在裂纹尖端附近晶须与基体 界面上存在较大的剪切应力，该应力极易造成晶须与 界面的分离开裂，晶须可以从基体中拔出，因界面摩 擦而消耗外界载荷的能量而达到增韧的目的。同时晶 须从基体中拔出会产生微裂纹来吸收更多的能量。
河南科技大学研制成功自生纳米Al2O3陶瓷颗粒增强高温抗磨钼合金
动 ，也就是说对驱 动光 源的并无特殊要 求，因此可 以广泛应 用。这是迄今为止 科学 界第一次用光推动一 个宏 观物体并实
据 了解 ， 合 金 室 温 显 微 硬 度 达 到 Ｈｖ ４ ０ ０ ，其 硬 质 相 氧化铝的颗粒尺寸为 ５ ０ ０ ｎ ｍ 左 右 ，与钼 基 体 界 面 结 合 良
或者 ｉ Ｐ ｈ ｏ ｎ ｅ就采用这种导热材料 。
经过 ３年 的研究 ，获 得 了一种特 殊 的石 墨烯 材料 ，这种 材 料可 在包 括太 阳光在 内的各种 光源 照射 下驱 动飞 行 ，其获
得 的驱 动力是 传统光压 的 １ ０ ０ ０倍 以上 ， “ 光 动”飞行 或将
河 南科技大学研 制成功 自生纳米 Ａ ｌ ２ ０ ３ 成为可 能。 南开大学功能 高分 子材料教育部重点 实验 室研 究人员将 陶瓷颗粒增强高温抗磨钼合金
■ Ｉ 中 国 粉 体 工 业２ ０ １ ５ Ｎ ｏ ． ４
Ｔ Ｚ Ｍ 合金 和稀 土钼 合 金 。
本项 目研究 的新一代 高温耐磨钼合 金可打破国外封锁 ，
有 效降低高性能钼合 金产品的进 口依赖 性 ，满足航空航天 、
冶 金 、 化 工 、 电子 等 行 业 发 展 的 需 要 ，相 关 产 品 已在 多 家 企
Ｊ Ｉ Ｉ ： ｔ ： 成功制备石墨烯橡胶纳米复合材料
于橡胶复合材料 的应用潜力 。
该技术制备 的石 墨烯橡胶复合 材料力学性能优异 ，且具
“ 光 压 ”是射 在 物体 上 的光所 产生 的压 强 。然而 ，来 自光 有高 的电导 率和气体 阻隔性 ，可广泛应用于高 品质 轮胎、特
压 的驱 动力微乎 其微 ， 远不能 满足航空和航 天的负 载要 求 。 殊密封圈 、高性能减震器 和橡塑复合材料等 。
Al2O3陶瓷复合材料的研究进展
（ 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 ５ ０ ４ ） １ ６ ０
ＣＨ ＥＮ ｅ — ｎ Ｈ Ａ Ｎ ｅ — ｎ， Ａ Ｎ Ｇ Ｗ ｉｐｉ ｇ， Ｍ ｎｇ ｙａ Ｙ Ｓｈａ — ｅ ｇ ｏｆ ｎ
（ ａ ｇ ｏ ｇ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｏ ｄ ａ ｃ ｄ Ｍ ｅ ａ ｌ ａ ｅ ｉ ｌ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ， Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ ｆ ｒＡ ｖ ｎ ｅ ｔ ｌ ｃ Ｍ ｔ ｒａ ｓ Ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｉ Ｓ ｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ Ｃｈ ｎ ） ｏ ｔ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０， ｉ ａ
Ａ１ Ｏ。陶瓷作 为 常 见 陶瓷 材 料 ， 具 有 普 通 陶 瓷 既
耐高 温 、 耐磨 损 、 耐腐蚀 、 高硬度 等 特点 ， 具备 优 良的 又 抗 氧 化性 、 学稳 定性 、 密度 等 特性 ， 化 低 且来 源广 泛 ， 价 格便 宜 。因此 ， 航 空 航 天 、 在 国防 军 工 、 械 、 机 电子 、 医
ｔ ｕ ｈ ｎｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｏ ２ ｅａ ｃｉ ｈ ｕ ｕ ｅ Ａ１０３ｃｒｍｉ／ ｔｌ ｏ ｏ ｉ ｓｗｉ ｅｗｏ ｋｓｒ ｃｕ ｅ ｏ ｇ ｅ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆ ｃｒｍｉ ｎ ｔ ｅｆ ｔｒ ； ２ ｅａ ｃ ｍｅａ ｍｐ ｓ ｅ ｔ ｎ ｔ ｒ ｔｕ ｔｒ Ａ１Ｏ３ ｃ ｔ ｈ
韧 方式 之一 。与传统 的微 米 级 颗粒 相 比 ， 纳米 颗 粒 具 有 比表 面积 大 、 表面 能高 等优点 ， 助于 降低烧 结温 度 有
及 加速 致密 化过 程 。根 据 纳 米 颗粒 材 料 性 质 ， 分 为 可
Al_2O_3基陶瓷刀具材料摩擦磨损特性及其有限元分析
A l2O3 /T i( C, N ) 陶瓷的磨损机理主要为磨 粒磨损. 由图 3( c) 可见, A l2 O3 /S iCw 陶瓷的磨损表面几乎看 不到大量的晶粒脱落现象, 只有少量刮擦痕迹. 由于 S iCw 晶须能够有效阻止微裂纹的进一步扩展, 提高 A l2 O3 /S iCw 的韧性, 从而降低磨损率. 其磨损机理主 要以磨粒磨损为主. 2. 2 有限元计算结果与分析
2 结果与讨论
2. 1 摩擦磨损性能 图 1所示为在载荷 150 N 下, 3种 A l2 O3 基陶瓷
F ig 1 F r iction coeffic ient o f three ce ram ic com pos ites as func tion o f rotation speed
图 1 三种 A l2O3 基陶瓷刀具材料的摩擦系数 随转速变化的关系曲线
406 401 385
大值以及合应力的最大值. 可见, 在相同载荷下, A l2O 3 /T iC所受到的剪切应力最小, 主应力最大, 在 法向载荷作用下与接触表面产生了相对滑动, 发生 了粘结磨损, 磨损最严重. A l2 O3 /T i( C, N ) 和 A l2 O3 / S iCw 所受到的剪切应力稍大, 剪应力使硬质点与表 面之间产生较大的相对位移, 从而使被磨损表面产 生犁削而形成磨料磨损, 但是二者受到的主应力远 小于 A l2O 3 /T iC, 尤其是 A l2 O3 / S iCw, 故在合向应力 作用下磨损较轻. 在相同条件下, A l2O 3 /T i( C, N ) 陶 瓷受到的切向应力较大, 因此容易使陶瓷表面产生 裂纹.
随转速变化的关系曲线
可见, 随着转速增加, 3种 A l2O3 基陶瓷的磨损率降 低. 说明 3种 A l2 O3 基陶瓷在高速下的耐磨性优于
高耐磨AL2O3陶瓷材料的研制.
高耐磨AL2O3陶瓷材料的研制现代机械设备的高速化、高压化、大型化和自动化，而且从高温到低温的使用温度范围越来越大，加之某此零部件长期在酸碱等腐蚀性极强的介质中工作，磨损失效是常风的主要形式，因此要求耐磨机械零件高性能是必要的，AL2O3陶瓷材料的化学键大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，与金属材料相比，它具有高强度、硬度、弹性模量，同时耐磨性、耐蚀性、耐热性比金融材料优越；随着增韧手段的不断进步，其韧性也有了大幅度的提高。
热压烧结可以制备几乎无气孔的致密的陶瓷材料，是目前广泛采用的烧结技术，然而该方法存在产品生产批量小、成本高、耗能大、设备及消耗材料耗损大，不适合大工业化生产；常压烧结不象热压或热等静压那样在加热的同时施加足够的压力使压坯致密化，而是压坯在大气压状态下绕结致密化，因此产品生产批量大、成本低、耗能小、设备及消耗材料耗损也较小，特别适合大工业化生产，并且可以大批量制取复杂结构的零件。
本试验以AL2O3为基体、WC为添加剂，采用常压烧结方法制备AL2O3陶瓷材料，其性能指标如下：1、1600℃烧结时，AL2O3－WC陶瓷具有较优良的机械性能，其抗弯强度为520Mpa；断裂韧性为6.2Mpa.m1/2；2、AL2O3＋WC陶瓷材料各相结合致密，分布均匀且晶粒微细，其断裂形式为沿晶断裂。
3、第二相WC的加入细化了基体晶粒，该复合陶瓷材料的韧化机制主要为裂纹弯曲偏转韧化。
4、本试验条件下AL2O3－WC陶瓷的耐磨性与抗弯强度和断裂韧性的变化趋势比较一致，当应力增大和介质粗糙时，材料的耐磨性随之下降。
AL2O3陶瓷材料具有强度、高硬度、高耐磨性等诸多优点，广泛应用于宇航、机电、冶金、汽车工业、化工、船舶、生物工程等领域，就AL2O3陶瓷材料应用的广泛性而言，目前任何一种陶瓷材料都无法与之相比，这不仅是因为此类材料价格比较便宜且性能优良，更主要的是由于其研究开发的成熟程度所决定的。
以透辉石为烧结助剂的Al_2O_3陶瓷的力学性能和显微结构
第39卷第6期人 工 晶 体 学 报 V o.l 39 N o .6 2010年12月 J OU RNAL OF SYNTHET IC CRY S TAL S D ece m be r ,2010以透辉石为烧结助剂的A l 2O 3陶瓷的力学性能和显微结构刘长霞,孙军龙,冯宝富(鲁东大学先进制造与自动化技术重点实验室,烟台264025)摘要:利用无压烧结方法制备了添加透辉石的A l 2O 3基陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对A l 2O 3基陶瓷的相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性的影响,探讨了烧结工艺参数对A l 2O 3陶瓷力学性能和微观结构的影响。
结果表明,A l 2O 3陶瓷的力学性能随烧结温度和保温时间变化趋势与材料密度的变化趋势一致;添加透辉石的A l 2O 3陶瓷在1520 烧结140m i n 时,具有最佳的综合力学性能;显微结构分析表明,A l 2O 3陶瓷的力学性能受到其气孔率、晶粒发育情况和断裂模式的影响。
关键词:氧化铝;烧结工艺;透辉石中图分类号:TM 26 文献标识码:A 文章编号:1000 985X (2010)06 1549 06M echanical Properties and M icrostructures of A l 2O 3C era m ics U si ngD iopside as AdditivesLIU Chang x ia,SU N Jun long,FE NG Bao fu(K ey Lab oratory ofA dvanced M anufacturi ng and Au to m ati on T echnology ,Ludong Un i versity ,Yan tai 264025,Ch i n a)(R eceive d 16M ay 2010,acce p t ed 28S e p te m ber 2010)Abst ract :A l 2O 3cera m ics w ith d i o pside add itives w ere fabricated by pressureless sinteri n g .The re lati v edensity ,hardness ,bend i n g streng th and fracture toughness of A l 2O 3cera m ics w ere tested .The si n teringte mperature and soak i n g ti m e w as opti m ized by analyzi n g these para m eters .The effect of si n teringpara m eters on m echan ica l properti e s and m icr ostruct u res for A l 2O 3cera m ics w as researched.The resultssho w that the effect o f si n teri n g te m pera t u re and soak i n g ti m e on m echan i c al properti e s is si m ilarw ith tha ton density .The opti m um properties of A l 2O 3cera m ics w ith diopsi d e additi v es are obta i n ed w hen A l 2O 3cera m ics are si n tered at te m perat u re o f 1520 and soak i n g ti m e of 140m i n .The ana l y sis o fm icrostr ucture sho w s the porosity ,bond i n g force a m ong grai n s and fracture m echan is m affect m echan ica lproperties ofA l 2O 3cera m ics .K ey w ords :A l 2O 3;si n teri n g techno l o gy ;d i o psi d e收稿日期:2010 05 16;修订日期:2010 09 28基金项目:鲁东大学人才引进基金(L Y20074303,LY20074302)作者简介:刘长霞(1978 ),女,山东省人,博士,副教授。
铁基Al2O3陶瓷涂层的研究进展
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ａｉ（３ ｃ ａ ｉ ｇ ； ｒ ｙ Ｓ ｌ ｇ ｌ ｙ ｒｓ ） ｏ ｔ ｓ Ｓｐ ａ ； ｏ — ｅ ｎ
１ 制 备 工 艺
目前 在铁基 底上 喷涂 ， 。） Ａｌ 陶瓷 涂 层 ， 要 有 热 （ 主 喷涂法 、 溶胶 一凝胶 法和 自蔓延 高温 合成 法 。
制备 的 Ａ１ 涂层 广 泛用 于 耐 磨 涂 层 。利 用 等 离 子 。 ０
等 离子 喷涂采 用 的等离 子 弧焰 心温 度高 达 ３ ０ ００ ０ ℃ 以上 ， 嘴 出 口处 温度 可 长 时 间 保 持 几 千到 ｌ万 多 喷
摄 氏度 ， 以熔 化 几 乎所 有 的材 料 。利用 等离 子喷 涂 可
可 以得 到塑料 、 金属 、 瓷 等 多种 涂 层 ， 陶 而且 涂 层 结合 力强、 气孔 率较 低 。 目前 等离 子 喷涂涂 层 已经在 耐磨 、 减磨 、 耐蚀 、 高温 氧 化 、 障 涂 层 等各 个 方 面 得 以应 抗 热 用 。文献 Ｉ ］ － 指出 ， ２ 利用 等离 子喷涂 在 各种 金属基 体上
摘 要 综 述 了 铁 基 Ａ１ ） 。 陶瓷 涂层 的研 究现 状 ． 点 阐 述 了 Ａ ） 瓷 涂 层 的ห้องสมุดไป่ตู้ 备 方 法 和研 究 热 点 ． 望 了 ＡＩ 陶 （ 重 １ 陶 （ 展 （
瓷涂 层 的 研 究 趋 势 ． 提 出 了今 后 的 主 要 研 究 任 务 。 并
关键 词 Ａ１ ） 陶瓷 涂 层 热 喷 涂 法 溶 胶 一凝 胶 （ ｏ —ｇ １法 （ Ｓｌ ｅ ）
Al_2O_3基复相陶瓷及其韧化机理的研究进展
& ’/ )
制备的 ;+< ,
综述与述评
!))* 年第 + 期 , 总第 +++ 期 热压烧结工艺 # $% & 制备高强晶须 ’ ()* +! 基复相 陶瓷的过程中，存在晶须和基体原料混合时分散 的均匀性不好影响陶瓷力学性能的问题。 !" ! #$%! 颗粒增韧 &’! %( 基复相陶瓷 将 ,-+* 颗粒引入到 ()* +! 陶瓷中不仅可以
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数为 $@0 /. 时可以达到最佳力学性能； 李景国等
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发现 ;+* , "#$ %! 基复相陶瓷中 ;+* 的体积分数为 抗弯强度分别从原来 ’@. 时， "#$ %! 的断裂韧性、 ’ ,$ 的 !0 1 234 ・ 5 和 !C- 234 提 高 到 @0 ’ 234 ・ 5
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高强颗粒 , "#$ %! 基复相陶瓷主要通过粉体 的工艺制备。目前， 对 混合成型， 热压烧结 （ ?3） ;+<，;+* 复合的 "#$%! 基复相陶瓷研究大多停留 在微米和亚微米级别，对纳米级别的 ;+< , "#$ %! ， 。AB9 ;+* , "#$ %! 基复相陶瓷的研究还比较少 & ’6 ) 等 认为 ;+< , "#$ %! 基复相陶瓷中 ;+< 的体积分
. * 江东亮 : 精细陶瓷材料 : 北京：中国物资出版社， *000: // 师瑞霞 J 李 /7 3 /H ! =LM-N O P: QR>)L>2SB 4>2S-@>) T-NTS-2@SU VN- > U@M2S-SB >)TW> 3 >)L4@M>: .H.H 3 .H*0 " / 郭景坤 : 中国先进陶瓷研究及其展望 : 材料研究学 报，.HH<J .. # 7 & K /H" 3 /HH 李海林 J 葛晓陵， 金政武， 等 : 韧性颗粒增韧脆性材料 的桥接变形计算模型 : 无机材料学报，.HH"J H # . & K << I ;* 7 < 王零森 : 特种陶瓷 : 长沙：中南工业大学出版社， *00!: "H* [)>UUSM 9J ONDS-2 PJ \@Z]>L ?J S2 >): %-NZSUU@MG >MB ZW>->Z2S-@^>2@NM NV MNRS) @M2S-MS2L)@Z ’ ZS->4@Z ZN4TNU_ @2SU: =>2S-@>)U CZ@SMZS ‘N-L4 aN)U， .HH; # *7H 3 *<* & K !< 3 "7 ; 李海林 J 邬 !.! 3 !.; H [NMNT [ [J +^@SD)N (: =@Z-NU2-LZ2L-S >MB 2WS V->Z2L-S 2NLGWMSUU NV 2WS ()* +! 3 ‘S ZN4TNU@2SU: =>2S-@>)U YW>-_ >Z2S-@^>2@NM，*00.J "7 # H & K .*/ 3 .*H .0 周 正J 张 力 J 丁培道 : () ’ ()* +! 陶瓷基复合材 料的研究进展 : 材料导报，*000J ." # 7 & K 7" 3 77 .. YWNL b ?J 9L>M b $J YW>MG C 9: %-ST>->2@NM NV A@() 2NLGWSMSB ()* +! Dc WN2 3 T-SUU@MG : ?-@2 YS->4 9->MU， .HH7J H/ # . & K <. 3 <" .* 申玉芳 J 芦令超 J 邹正光 : A@() 弥散增韧 ()* +! 复相 陶瓷 : 桂林工学院学报， *00/J */ # * & K .;! 3 .;7 柱 J 王正东，等 : 铬粒弥散增韧氧化铝 复 合 材 料 的 研 究 : 无 机 材 料 学 报 ，.HH/J .0 # ! & K X (4 YS->4 CNZ， .HH<J ;0 # ; & K 嘉， 陶文宏， 等 : ()* +! 基陶瓷材料的强 韧 化 研 究 进 展 : 兵 器 材 料 科 学 与 工 程 ，*00/ # / & K
石墨烯／Al2O3复相陶瓷材料的制备研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｈｕ ｍｍ ｅ ｒ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ。 ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｉ ｓ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｕ — ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ．Ａ１ ２ Ｏ３ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｖ ａ ｃ ｕ ｕ ｍ ｈ ｏ ｔ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｂｙ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｆ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｗｅ ａ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ －ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ －Ｓ ＥＭ ，ＸＲＤ ，Ｒａ ｍａ ｎ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ
Al2O3_陶瓷发汗结构抗烧蚀性能研究
弯曲强度与弯曲模量。
度和质量变化,从而 计 算 出 试 样 的 线 烧 蚀 率 和 质 量 烧
蚀率。
2 实验结果与分析
2.
1 陶瓷基体力学性能
对增材制 造 成 形 的 Al2O3 陶 瓷 弯 曲 试 样 做 拉 伸
测试,表 3 为与陶瓷 发 汗 结 构 同 批 次 打 印、脱 脂、烧 结
533C
309C
2748C
646C
2454C
2726C
7685C
7692C
7683C
23 号
4-1
4号
16 号
21 号
80 号
86 号
88 号
康乾
景泰
明代
青花
6号
天顺
中期
7684C
2748C
654C
2726C
7585C
540C
2374C
2154C
青花
仿古
青花
青花
青花
青花
青花
青花
青花
仿古
青花
青花
288C B
体间存在界面反应,使得耗散剂致密地填充至陶 瓷 基 体 的 微 孔 中;烧 蚀 过 程 中 Al
S
i耗 散 剂 从 基 体 微 孔 中 溢 出 并 液 化、气
化,对于基体具有优异的保护作用,可以实现结构件 1800℃ 以上的烧蚀维形。
关键词
Al2O3 陶瓷
压力浸渗
发汗结构
中图分类号:
TQ174.
75 文献标识码:
Al元素,两者之 间 产 生 了 界 面 反 应,使 得 耗 散 剂 致 密
陶瓷
al2o3陶瓷粉末
al2o3陶瓷粉末AL2O3陶瓷粉末是一种常见的工业陶瓷材料，由于它具有良好的机械性能、电学性能、热学性能和化学性能等特点，因此被广泛应用于电子、化工、医药、冶金、航空航天等领域。
以下将从制备、性能和应用三个方面简要介绍AL2O3陶瓷粉末。
一、制备AL2O3陶瓷粉末是通过化学或物理方法制备而成。
其中，化学方法是将铝盐和氢氧化钠或氢氧化铵反应，得到氢氧化铝，再进行煅烧和磨碎。
物理方法主要有高温下直接合成法和溶胶-凝胶法。
溶胶-凝胶法具有反应速度快、下处理温度低、颗粒尺寸均匀等优点，因此常用于AL2O3陶瓷粉末的制备。
二、性能AL2O3陶瓷粉末具有良好的机械性能，它的抗压强度、耐磨性、硬度等均较高，能耐受高温、高压条件下的操作。
此外，AL2O3陶瓷粉末的电学性能非常优良，具有良好的绝缘性和电介质性能。
在化学性质方面，它具有很强的抗腐蚀性，能够耐受酸、碱、有机物等各种腐蚀介质的侵蚀。
三、应用由于AL2O3陶瓷粉末具有以上这些特点，因此它被广泛应用于各个领域。
在电子行业，在半导体、电容器、电阻器、电感器、热敏电阻器等器件中均有广泛的应用。
在医药行业，AL2O3陶瓷粉末能够制作成各种人工骨、人工关节等医疗器械，取代传统金属材料，具有更好的医疗效果。
在冶金、化工、航空航天等领域，AL2O3陶瓷粉末均有广泛的应用，如用于制造高温炉中的炉衬、管道、阀门，用于制造高强度、高抗腐蚀性的化工泵，用于制作各种高温、高压下的转轴轴承、密封环等机械零部件。
总之，AL2O3陶瓷粉末是一种优良的工业陶瓷材料，在各个领域中有着广泛的应用。
在今后的发展中，随着工业生产技术的不断进步和应用范围的不断扩大，相信这种陶瓷材料会越来越受到人们的关注和重视。
α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下摩擦学特性的评定
α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下摩擦学特性的评定摘要α-Al_2O_3陶瓷材料是一种在高温和高压环境下具有优异性能的材料。
本文通过实验分析了α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑滑动条件下的摩擦学特性，并对其进行评定。
实验结果显示，α-Al_2O_3陶瓷材料在无润滑条件下的摩擦系数低，且具有优异的抗磨损性能和耐高温性能。
因此，α-Al_2O_3陶瓷材料在一些特殊的高温和高压环境下具有广泛的应用前景。
关键词：α-Al_2O_3陶瓷材料；无润滑滑动；摩擦学特性；评定Introductionα-Al_2O_3 ceramic material is a kind of material with excellent performance under high-temperature and high-pressure environment. It is widely used in the field of high-temperature and high-pressure resistance due to its excellent mechanical properties, thermal stability and chemical stability. In this study, the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material under unlubricated sliding conditions were experimentally analyzed, and its performance was evaluated.Experimentalα-Al_2O_3 ceramic material was used as the experimental material.A friction and wear tester was used to measure the friction and wear properties of the material under different loads and sliding speeds. The morphology and elemental composition of the worn surface were analyzed using scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy.Results and DiscussionThe experimental results show that the friction coefficient of α-Al_2O_3 ceramic material is low under unlubricated sliding conditions, and its wear resistance is excellent. The friction coefficient decreases with the increase of the sliding speed, and the wear rate decreases with the increase of the load. The wear resistance of the material is mainly due to the formation of oxide films on the surface of the ceramic material during sliding. The formation and growth of the oxide films can effectively reduce the contact between the friction pairs, thus reducing the friction and wear of the material. In addition, the high-temperature resistance and chemical stability of the material also contribute to its excellent frictional properties.ConclusionIn conclusion, α-Al_2O_3 ceramic material has excellent frictional properties under unlubricated sliding conditions due to its low friction coefficient and excellent wear resistance. The material has a wide range of potential applications in high-temperature and high-pressure environments. The evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material under unlubricated sliding conditions can provide a theoretical basis for its further development and application.Furthermore, the α-Al_2O_3 ceramic material also possesses excellent mechanical properties, including high hardness, high strength, and high impact resistance. These properties make it an ideal material for use in harsh environments requiring resistance to intense mechanical stress. Additionally, α-Al_2O_3 ceramic material is also known for its superior thermal stability and chemical stability, which make it an ideal material foruse in high-temperature and chemical environments.The evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material is crucial for its practical application. The experimental results show that the wear rate of the material decreases with the increase of load, suggesting that the material has excellent load-carrying capacity in high-stress environments. The low friction coefficient and excellent wear resistance of the material imply that it can serve as an effective solid lubricant. This could reduce the need for additional lubricants, which can be advantageous for applications requiring high cleanliness and reducing environmental pollution.Overall, the evaluation of the frictional properties of α-Al_2O_3 ceramic material suggests that it has broad potential applications in a range of high-temperature and high-pressure industrial and military environments. The material's exceptional mechanical and chemical properties, coupled with its resistance to wear under unlubricated sliding conditions, make it a robust material for applications where conventional lubricants would be ineffective or undesirable. Further research can be conducted to explore the mechanical capabilities of α-Al_2O_3 ceramic material, particularly in extreme environments.In addition to its mechanical and chemical properties, α-Al_2O_3 ceramic material also exhibits unique electrical and optical properties. This makes it an ideal material for use in electronic and photonic devices. The high dielectric constant and low dielectric loss of the material make it a good choice for insulation applications. It is also used in electronic circuit substrates due to its high thermal conductivity, which helps to dissipate heat generated by electronic components. Furthermore,the material can be used in optical fibers, lenses and laser components due to its transparency in the visible and infrared range.The excellent properties of α-Al_2O_3 ceramic material also make it a popular choice in the field of biomaterials. Its biocompatibility and bioactivity make it ideal for use in dental implants and bone replacements. The material has shown excellent bone integration and has been well tolerated by the body over long periods. Moreover, the high strength and wear resistance of α-Al_2O_3 ceramic material make it an ideal choice for use in joint replacements.In summary, the exceptional properties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a versatile material that has applications in a wide range of industrial, military and biomedical fields. Its unique combination of mechanical, chemical, electrical and optical properties make it an ideal material for use in harsh environments where conventional materials would perform poorly. Further research and development can explore new applications for this material and improve its properties for specific applications.In the industrial sector, α-Al_2O_3 ceramic material is widely used in cutting, grinding, and polishing applications due to its high hardness, wear resistance, and toughness. It is commonly used in the production of cutting tools, grinding wheels, and abrasive discs. Additionally, the material is also used in the production of high-temperature furnace components as it can withstand extreme temperatures up to 1600°C.In the military sector, α-Al_2O_3 ceramic material is used in theproduction of vehicle armor and body armor due to its exceptional mechanical properties. It can resist high-velocity impacts and has a high fracture resistance, making it an ideal choice for use in protective gear. Furthermore, the material's transparency to radar and microwave frequencies has made it a popular choice in the development of stealth technology.The biocompatibility and bioactivity of α-Al_2O_3 ceramic material have also made it an ideal material for use in the medical field. It is used in the production of dental implants, bone replacements, and various surgical implants. α-Al_2O_3 ceramic material has shown superior biocompatibility and resistance to wear, ensuring the longevity and stability of implantable devices. In conclusion, the unique prope rties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a valuable material in a wide range of industries. It offers superior mechanical, chemical, electrical, and optical properties, making it an ideal choice for various applications. The continued research and development of this material can lead to further advancements in industries where conventional materials may be inadequate.I agree, with the remarkable properties of α-Al_2O_3 ceramic material there is great potential for further advancements and application in different industries. Scientists and engineers will continue to explore and improve the characteristics of this ceramic material, such as increasing its strength, toughness, and durability, to meet the evolving needs of modern technology and industry. Add itionally, the combination of α-Al_2O_3 ceramic material with other materials may lead to a new class of materials with enhanced properties and performance. Overall, the unique properties of α-Al_2O_3 ceramic material make it a valuablematerial that will continue to play a critical role in shaping the future of various industries.。
Al2O3陶瓷材料的摩擦学研究进展
Al2O3陶瓷材料的摩擦学研究进展
黄伟九;吴桂森
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2012(037)001
【摘要】氧化铝陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性好、高温性能优良、抗黏结和抗扩散能力强、化学稳定性好等特点,广泛应用于高速切削和切削难加工材料领域.从陶瓷材料晶粒尺寸与摩擦学性能相关性、复相氧化铝陶瓷材料的摩擦学性能和氧化铝陶瓷的磨损机制3个方面,综述氧化铝陶瓷材料摩擦学研究进展,以期为新型高品质氧化铝陶瓷刀具材料的开发提供帮助.细化晶粒和组分复合化是提高陶瓷材料的强度和断裂韧性,进而提升其摩擦学性能的有效途径,但目前氧化铝陶瓷摩擦学研究主要是基于晶粒尺寸为600 nm以上的单相陶瓷和基体晶粒尺寸为lμm左右的复相陶瓷材料,对纳米、超细晶(500 nm以下)氧化铝陶瓷材料的研究是未来的研究方向.
【总页数】6页(P93-98)
【作者】黄伟九;吴桂森
【作者单位】重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054;重庆市模具技术重点实验室,重庆400054;重庆理工大学材料科学与工程学院,重庆400054
【正文语种】中文
【中图分类】TH117
【相关文献】
1.层状陶瓷材料MAX相的摩擦学性能研究进展 [J], 朱元元;周爱国;昝青峰;王李波
2.不同条件下Al2O3基陶瓷材料的摩擦磨损性能研究 [J], 庞佑霞;郭源君;赵运才
3.Al2O3基复相陶瓷材料摩擦学研究进展 [J], 赵玥n;王铀
4.表面粗糙度对Al2O3增强Y-TZP陶瓷材料生物摩擦学特性的影响 [J], 梁小平;Anne Neville
5.润滑条件对Al2O3基陶瓷材料摩擦磨损性能的影响 [J], 庞佑霞;郭源君;刘厚才因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
金属间化合物_Al_2O_3陶瓷基复合材料的研究进展
第18卷第3期2008年6月 粉末冶金工业POWDER METALL URG Y IN D USTR Y Vol.18No.3J une 2008收稿日期:2007-10-17基金项目:江西省自然科学基金资助项目(550015)作者简介:何柏林(1962-),男(汉),河南安阳人,教授,硕士生导师,研究方向:结构可靠性,表面强化,复合材料的研究。
金属间化合物/Al 2O 3陶瓷基复合材料的研究进展何柏林,熊光耀,缪燕平(华东交通大学机电工程学院,江西 南昌 330013)摘 要:Al 2O 3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,利用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。
本文从金属间化合物的基本性质出发,综述了金属间化合物/Al 2O 3陶瓷基复合材料的最新进展,在此基础上总结了增韧机理,并提出了今后的发展方向。
关键词:金属间化合物;Al 2O 3陶瓷;复合材料;增韧机理中图分类号:G63318;TF12514 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2008)03-0031-05PRO GRESS IN IN TERM ETALL ICS/Al 2O 3CERAM ICS BASED COM POSITESHE Bo 2lin ,XIONG G u ang 2yao ,MIAO Yan 2ping(School of Mechanical &Electrical Engineering ,East China Jiaotong University ,Nanchang 330013,China )Abstract :The brittleness of alumina ceramic material limit s t he application of t he material re 2markably 1U sing intermetallics as t he secondary p hase is o ne of t he hot topics in t he field of toughening Al 2O 3ceramics 1Progress in Intermetallics/Al 2O 3ceramics based compo sites is re 2viewed 1Toughening mechanisms are summarized ,and t he develop ment tendency is also pres 2ented 1K ey w ords :intermetallics ;Al 2O 3Ceramics ;Composites ;toughening mechanism 氧化铝陶瓷具有耐高温、高耐磨、耐腐蚀、抗氧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,但是其陶瓷材料的脆性本质在很大程度上限制了它的发展和应用。
Al2O3特种陶瓷的研制
Al2O3特种陶瓷的研制Al2O3特种陶瓷的研制摘要氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。
氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。
需要注意的是需用超声波进行洗涤。
氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。
氧化铝陶瓷分为高纯型与普通型两种。
高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚；利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。
普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。
其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。
关键词：氧化铝陶瓷硬度应用性能ABSTRACTAlumina ceramic is a kind of ceramic material with Al2O3as the main body, which is used in thick film integrated circuit. Alumina ceramics have good conductivity, mechanical strength and high temperature resistance. Need to pay attention to the use of ultrasonic washing. Alumina ceramics is a widely used ceramic, because of its superior performance, in the modern society has become more and more widely used to meet the needs of daily use and special properties.Alumina ceramic is divided into two types of high purity and ordinary type.High purity alumina ceramics Al2O3 content in more than 99.9% of the ceramic materials, due to the sintering temperature as high as 1650 - 1990 DEG C, the transmission wavelength is 1 ~ 6 m, usually made of molten glass to replace platinum crucible; and utilization of the transmittance of can be alkali metal corrosion as sodium lamp; in electric industry sub available for integrated circuitsubstrates with high frequency insulating materials.Ordinary alumina ceramic system according to the Al2O3 content is divided into 99 different porcelain, 95 China, 90 China, 85 porcelain and other varieties, and sometimes Al2O3content in 80% or 75% are also zoned for ordinary alumina ceramic series. Which 99% alumina ceramics material for making high temperature crucible, refractory furnace tube and special wear-resistant materials, such as ceramic bearings, ceramic sealingparts and valve piece and so on; 95 alumina ceramics is mainly used for the corrosion resistance, wear parts; 85 alumina ceramics since it is often mixed with some talcum and improve the electrical properties and mechanical strength, and molybdenum, niobium, tantalum metal sealing connection, and some used as electric vacuum device.Keywords: Alumina Ceramic Hardness Function Application前言氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。
陶瓷氧化铝磨料
陶瓷氧化铝磨料简介陶瓷氧化铝磨料是一种常用的磨削材料，广泛应用于金属、陶瓷、玻璃等材料的加工中。
它具有硬度高、耐磨性好、化学稳定性强等优点，被广泛认可为高效、高质量的磨削材料之一。
成分与制备陶瓷氧化铝磨料的主要成分是氧化铝（Al2O3），它通过特殊的制备工艺得到。
首先，将优质的氧化铝原料经过粉碎、混合等步骤制备成均匀的颗粒。
然后，在高温环境下进行煅烧，使其颗粒发生结晶和重排，形成具有一定晶体结构和硬度的陶瓷氧化铝颗粒。
特性与优势1. 高硬度陶瓷氧化铝具有很高的硬度，通常在Mohs硬度等级中达到9级，仅次于金刚石。
这使得它能够有效地对各种材料进行切割和磨削，特别适用于硬度较高的金属和陶瓷材料。
2. 耐磨性好陶瓷氧化铝具有优异的耐磨性，能够长时间保持其切削和磨削能力。
这使得它在高强度、长时间使用的情况下依然能够保持稳定的加工效果，减少了停机更换磨料的频率，提高了生产效率。
3. 化学稳定性强陶瓷氧化铝具有良好的化学稳定性，不易受到酸、碱等腐蚀物质的侵蚀。
这使得它在各种环境下都能够保持稳定的工作性能，不会因为外界环境变化而影响加工质量。
4. 粒度均匀陶瓷氧化铝颗粒制备过程中通过控制工艺参数，可以得到粒度均匀、尺寸一致的颗粒。
这种均匀的颗粒分布有助于提高磨料与加工材料之间的接触面积，提高加工效果，并减少表面划伤和磨损。
应用领域陶瓷氧化铝磨料由于其优异的性能，在各个领域都有广泛的应用。
1. 金属加工陶瓷氧化铝磨料在金属加工中被广泛使用。
它可以用于精密机械零件的加工，如齿轮、轴承等，能够实现高精度、高表面质量的加工效果。
此外，在航空航天、汽车制造等行业中，陶瓷氧化铝磨料也被应用于切削、抛光等工艺中。
2. 陶瓷制品陶瓷氧化铝对于陶瓷制品的加工也起到重要作用。
它可以用于修整和抛光陶瓷制品表面，提高其光洁度和质感。
在制造陶瓷器皿、建筑装饰材料等方面，陶瓷氧化铝磨料也发挥着重要的作用。
3. 玻璃加工玻璃是一种硬度较低的材料，但其加工难度较大。
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ｉ ｇ ａ ｘｌａｙ ｍａｅｉｌ ｎ ｕ ｉｉｒ ｔｒａｓ．Ｔｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｏ ａｉ ｆｒ ｗ ｍａｅ ａｓｏ ｈ ｒ ｐ ｒｙ ｏ ２ ｅ ｉｆ ｅ ｃ ｆｒｔｏｏ ａ ｔｒ ｌ ｎ ｔｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆＡＩ ｌ ｉ ０３一 ｂａｅ ｅ ａ ｃｆｉｔ ｎ ｍａｅ ａｓｈａ ｅ ｂ ｅ ｔ － ｓ ｄ ｃ ｒｍｉ ｒｃｉ ｔｒ ｌ ｖ ｅ ｎ ｓｕｄ ｏ ｉ
笔 者 以氧化 铝为基 体 、 土为 助烧剂 ， 粘 再加 入其 他
添 加剂 研制 了 Ａ ，陶瓷 摩 擦 材 料 ， 研 究 了原 料 中 Ｉ ０ 并 氧化 铝与 粘土 的不同配 比对 氧化铝 陶瓷摩 擦材 料性 能
的影 响。
因此 ，０年代起许 多 国家 开始 禁 止 生 产 和使 用 石棉 纤 ７
Ａ ， Ｉ 陶瓷摩擦 材料 的摩 擦系数 逐渐 减小 。Ａ ，陶瓷 ０ Ｉ ０
图６ ４ 试 样 的 显 微 结 构 图 （×５０） ０
摩擦材 料 的相 组成 一般 是 由刚玉 、 璃相 和气孔 组成 ， 玻 若 Ａ ， Ｉ 加入 量大 ， 制 品 中 ａ Ｉ ，的含 量就 多 ， ０ 则 —Ａ ０ 玻
翱
降低 。粗颗 粒含 量 也不 易 过 多 ， 为粗 颗 粒 会 产 生 组 因 织不 均匀 ， 在应 力作用 下 容易萌 生 裂纹 ， 而使材 料 的 从 强度 下降 （ 图 ３所 示 ） 另外 ， 试 样 和 １ 样 相 如 。 ２ 试
图 Ｉ ４种 试 样 的 体 积 密 度
比 ， 度得 到提 高也 可能 是 由于 细 粉 有 效地 填 充 粗 粉 强
能 ， 目前 应 用 最 广 的 结 构 陶 瓷 及 功 能 陶 瓷 材 料 。 是
前 言
２ ０世纪 ７ ０年 代 中期 以前 ， 棉 摩 擦 材 料 在 世 界 石 摩 擦材 料领域 占据 主导地 位 。但 石棉 纤 维 在 ４ ０ｏ 以 ０ Ｃ 上时 ， 擦性能 大 幅 度 降低 。 另外 ， 棉 粉 尘 ， 别 是 摩 石 特 制动过程 中 所产 生 的磨 屑 颗 粒 ， 很 强 的致 癌 作 用 。 有
ｌｄ，ｉｃｕ ｉ ｇｖ ｌｍｅｄｅ ｓｔ ａ ｐ ｒｎ ｏｏ ｉ ｙ ｒｓ ｏ ｉ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ， ｃ ｎｃ ｌｐｏ ｒ ｅ ｆｉｔ ｎ ｂ ｈ ｖｏ ｎ ｃｏ ｔｕ ｔｒ ｅ ｎ ｌｄ ｎ ｏｕ ｎ ｉ ｙ， ｐ ａｅ ｔｐ ｒ ｓｔ ｈ ｇｏ ｃ ｐｃ ｃ ｅｆ ｉｎ ｍｅ ｈａ ｉａ ｒ ｐ ｔ ｓ，ｒｃｉ ｙ ｉ ｅ ｉ ｏ ｅ ａ ｉｒａ ｄ ｍｉｒｓｒ ｃｕ ｅ．Ｔｈｓ ｉ
陶瓷 摩 擦 材 料 的体 积 密 度 、 孑 率 、 水率 、 压 强 度 、 擦 性 能 以 及 显 微结 构 的 影 响 。 对 氧化 铝基 陶 瓷 摩 气 Ｌ 吸 抗 摩
的 原 料 对
擦 材 料 的 实 际 应 用有 重 要 的 指 导 意 义 。 关键词 陶瓷 摩擦材料 性 能
ｓｕ ｙＯｌ ａ ｕａ ｔｒ ｆ ２ — ｂ ｓｄ Ｃ ｒ ｍｉ ｒｃｉｎＭ ａｅｉｌａ ｄＩｓＰ ｏ ｅ ｔ ｓ ｔａ ｉ Ｍ ｎ ｆｃｕ ｅｏ Ａｌ ａｅ ｅ ａ ｃＦ ｉ ｏ ｔｒａ ｔ ｒ ｐ ｒｉ ｔ ｎ ｅ
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表 Ｉ Ａ， ， 瓷 摩 擦 材 料 的 配 比 （ 量 ％ ｌ ｔ 冉 Ｏ 质
陶 瓷
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１２ 实 验 过 程 ．
按 照表 ｌ 示配 方配料 ， 后进行 高速 搅拌 混 料 ， 所 然
每 ３ 取 点一次 。 ０ｓ
系， 在试样 冷 却时 颗 粒 相互 搭 桥 而 阻 碍整 体 试样 的 收 缩， 导致 气孔 率 与吸水 率未 呈 现一定 的规 律性 。
２ ２ 抗 压 强 度 ．
＾
用 ｉｓｏ５ ８ ｎｔ ｎ ８ ２材料试 验机 对材 料 的抗压 强 度进行 ｒ 测试 ， 样 为直径 １ ． ｍ×１ ｍ 试 ９ ６ｍ ８ｍ 的圆柱 体 。 用 ＪＭ一６０ Ｆ扫描 电镜 观 察 其 试样 的表 面 微 观 Ｓ ７０
ＳＯ ， 他 １％。 ｉ，其 ０ ４ 其 他添 加剂 ：ｉ（ ） ＳＣ 化学纯 ） Ｂ （ ； Ｎ 化学 纯 ） 。
Ａ ， 瓷价 格低 廉 ， 有 较 高 弹性模 量 、 好 的 Ｉ 陶 ０ 具 较
耐磨性 和化 学稳定 性 ， 以及 高 温稳 定 和力 学 稳 定 等性
Ａ ，陶瓷摩擦材 料 的配 比见 表 ｌ Ｉ Ｏ 。
维制 品 。之后 ， 属摩擦 材料 、 金 半金 属摩擦 材 料 的研 究
得 到 了重 视 ， 并先 后 取 得 了应 用 。但 由于 金 属 基摩 擦 材 料磨损 率高 、 擦传 载力 矩低 、 摩 高温 下性 能衰 退严 重 等 ， 以适 用在 重载 干 式 离合 器 中。半 金 属 摩 擦 材料 难 中钢纤维 容易 生锈 ， 锈蚀 后 易 出现 粘 着对 偶 或 者 损 伤 对偶， 使摩 擦 片强度 降 低 ， 损 加 剧 ， 擦 系数 稳 定性 磨 摩 变差 ； 当摩 擦温 度高 于 ３０ｏ 时 易 出现剥 落 现象 ， 封 ０ Ｃ 密 圈软化 和制动 液发 生气 化 易 造 成制 动失 灵 ， 而产 生低 速下 的低 频 噪音 。所 以 ， 究开 发 具 有 优 异 综合 性 能 研
Ａ２ ，陶瓷及其 复合材 料 所具有 的 良好 性能 ， ｌ ０ 使其 在众 多领 域 中得 到 了广泛 应 用 。Ａ２ ３ ｌｏ 陶瓷 材 料 一 般 具 有 较高 的摩 擦 系 数 ， 内外 已 有 学 者 开 始 注 意 到 Ａ ， 国 Ｉ ０ 陶瓷作 为摩擦 材料 的研究 与开 发 。
相 的生成 温度低 ， 因而 大大 地 降 低 了氧化 铝 瓷 的烧 结 温 度 。当粘 土所 占的 比例 较 大时 ， 结 温度相 对 较低 。 烧
凝
１
辕 鼍
Ｕ
ｌ
Ｚ
３
４
５
试 样 编 号 ∞
图 ４ ４种 试 样 与 摩 擦 系数 关 系
从 图 ４可 以 看 出 ， Ａ ，与 粘 土 配 比 的 增 大 ， 随 Ｉ ０
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Ａ２ ３ 陶 瓷摩 擦 材 料 的研 制 及 性 能研 究 ｌ 基 Ｏ
魏 明 坤 宋剑 敏 邓 强 谢
（ 武汉 理工大 学 理学 院
摘
峰
４０ ７ ） ３０ ０
要 以 Ａ１ 为 主要 原 料 ， 粘 土 作 烧 结 助 剂 ， 加人 其 他 辅 助 原 料 制 备 了 Ａ： ， 陶瓷 摩 擦 材 料 。研 究 了 不 同配 比 ｌ 用 再 Ｉ 基 ０
形貌。
足
Ｖ
聪 幽 辗
２ 结 果 与 讨 论
２ １ 体 积密 度 、 孔率 和吸 水率 ． 气
试样蝙号 ∞ 图 ３ ４种 试 样 的 抗 压 强 度
图 ３是 ４个 配方 试样 的抗 压强 度变 化 图。 由曲 线 上 可 见 ， Ａ２ 与 粘 土 配 比的 增 大 ， 压 强 度减 小 。 随 Ｉ ０ 抗
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烧 结 的 Ａ ， Ｉ 瓷料 配 方 中 ， ０ 以天 然 矿 物 形 态 加 入 的 一 种助烧 添 加剂 。由 于在 烧成 过 程 中形 成 低 共 熔 物 ， 液
的孔 隙 ， 材料 的表 面 比较光 滑 ， 触条 件优 越 。 接 ２ ３ 摩 擦性 能 ．
用 Ａｃ ｉｅｅ 法 测定 烧 结 体 的 体 积 密度 、 孔 率 ｒｈ ｄｓ ｍ 气 和 吸水 率 ， 用 分 析 天 平 为 Ｆ ／ 电子 天 平 ， 度 为 所 ＡＪ Ａ 精
０．０ 。 ｎ ＝ ｕ ０ ０ ｌｇ Ｍ ：
９ ８ ７ ６ ５ ４ ３
用 盘 一销 式 摩擦 试 验 机 以对 磨 方 式 进 行 摩擦 试 验 。试 样 为 直 径 １ ｍ Ｘ １ ｍ柱 体 ， 件 盘 试 样 为 ０ ｍ ８ｍ 偶 Ｇ ｒ５钢环 ， Ｃｌ 试验 温 度 为 常 温 ， 验 载 荷 为 ０ ７ ａ 试 ．６ＭＰ ， 转动 速 度 为 ４ ０ｒ ｉ（ ．４ｒ ｓ ， 验 时间 为 １ ｉ， ０ ｒｎ ０ ８ ，） 试 ／ 。
１ １ 试 样 制 备 ．
１ 实验
Ａ ， 瓷摩擦材 料 的主要原 料 如下 。 Ｉ 陶 ０ １ 基 体 ：０ ） １０～１０目板状 氧化 铝粉 。 ６
２ 增韧 剂 ： ） 氧化铝纤 维 。
３ 助 烧剂 ： ） 焦作粘 土微 粉 ； 成分 为 ３ ％Ａ ６ ％ ０ Ｉ ，０ Ｏ
０ ２ ３ ４ ５
将配 好 的原 料 装入模 具 中 ， 粉末 压片机 压制 成形 ， 用 在 可控 硅 高温 炉 中常压烧 结 ， 结温 度 为 １ ５ 烧 ０ｏ ２ Ｃ。保 温
试样 螅 号 ∞
图 ２ ４种 试 样 的 显 气 孔 罩 、 水 率 吸
时 间 ２ｈ后 自然 冷 却 ， 将 烧 结体 切 割 成 所需 尺寸 试 再
样 进行 物理 、 学 、 力 摩擦 性 能测试 。
１３ 性 能 测 试 ．
图 １ 图 ２是 ４个 配方 试 样 的体 积 密度 、 均 显 气 、 平 孔 率 和吸水 率 。从 体积 密度 曲线 上发 现 ， Ｉ 粘土 Ａ 与 ０
的配 比相差 不 大时 ， 积 密 度 随配 比 的增 大 呈微 微 增 体 大 的现象 ， 主要 是 由于 液相 烧结 促进材 料 的致 密化 ， 但 随配 比增 大 ， 体 呈下 降 趋 势 。这 种减 小 趋 势 主要 是 整 因为 ｓ（ ｉ２的 密度 比 Ａ 小 ， ） Ｉ ０ 可能 由于 膨胀 系 数 的关