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纳米氧化铝对氧化铝陶瓷抗弯强度和硬度的影响

发布日期:2016年9月23日

1前言  

氧化铝陶瓷秒速快3,又称刚玉瓷,是一种以a-氧化铝为主晶相的结构陶瓷材料,由于其本身具有高熔点、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,是目前生产量最大,应用面最广的陶瓷材料之一,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[7]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。  

本文以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;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实验内容  

2。1实验原料  

本实验用的1μm氧化铝粉是由郑州融华公司生产,产品的基本参数为:外观为白色粉末、晶粒的平均粒径为1~1.5μm、晶体结构为α相,纯度≥99.8%,其他杂质为Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的氧化铝是由杭州万景新材料秒速快3生产,产品的基本参数为:外观为白色粉末、晶体结构为α相,纯度≥99.9%、晶粒的平均粒径为30±5nm。  

2.2试验过程  

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的氧化铝粉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1μm的氧化铝粉中;其次,再将质量分数为5%的PVA(聚乙烯醇)作为粘结剂加入到氧化铝粉中;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,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;达到保温时间后随炉冷却,样品经过粗磨、细磨、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结果分析与讨论  

秒速快3加入不同含量的30nm氧化铝粉的氧化铝陶瓷的力学性能如图1、2、3所示。  

秒速快3由图1可知,随着纳米氧化铝粉含量的增加,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;当纳米氧化铝粉的加入量为20%时,断裂强度值增加到209.1MPa。由图3可知,当纳米氧化铝粉的加入量为0%时,其弹性模量为4337.7MPa;当纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时,弹性模量增加到11298.2MPa;当纳米氧化铝粉的加入量为10%时,弹性模量达到最大,其值为64785.1MPa。  

从上面的分析可知,总体趋势是随着30nm的氧化铝的加入,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结论  

在1μm的氧化铝粉中添加不同含量的30nm的氧化铝粉后,其氧化铝陶瓷的性能发生了改变。  

秒速快3(1)随着纳米氧化铝粉含量的增加,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64785.1MPa。  

(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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