多孔氧化铝陶瓷晶粒异向生长机理研究.pdf

功能陶瓷及抗氧化技术功能陶瓷及抗氧化技术
SiC 纳米线生长的动力, 而泡沫的多孔结构, 可以有效 上接第 121 页
吸附 PCS 裂解产生的小分子硅烷气体, 在泡沫气孔内
多孔氧化铝陶瓷晶粒异向生长机理研究
形成局部高浓度的硅烷分子, 有利于 SiC 纳米线的持
续生长。这与文献报道中在活性炭表面原位生长出超
长 SiC 纳米线的原因相似 。
中航工业复合材料技术中心先进复合材料国防科技重点实验室 李宝伟 王 岭 陈大明
3 结论
大连交通大学 任瑞铭
采用 CVD 工艺在泡沫 SiC 中原位生长了大量
摘要 采用直接发泡法制备多孔氧化铝陶瓷, 研
形成棒状或板状晶粒, 达到增韧 Al O 陶瓷的目的。这
β-SiC 纳米线, 纳米线在泡沫内部和表面分布均匀, 直
究了在 1550烧结温度下 MgNO 及 TiO 对氧化
种增韧氧化铝陶瓷的方法, 烧结性能好, 晶粒与基体界
径为 100200nm, 长度达到上百微米, 具有较大的长径 3 2 2
铝陶瓷晶粒生长的影响机理, 提出两个氧化铝陶瓷晶
面清洁, 缺陷少, 相互之间结合良好, 生成的增韧元与基
比。纳米线由沿晶体 1 1 1 方向生长的 β-SiC 晶体
粒异向生长模型。结果表明: MgNO 对氧化铝晶
20μm 体热膨胀系数匹配, 成为提高断裂韧性的个途径 。
构成, 晶体中存在大量的堆垛层错。VS 机理用以解释 3 2
体生长有抑制作用, 而 TiO 对氧化铝晶体生长有促进
本论文在 5 个试验的基础上, 通过添加氧化镁、 氧
SiC 纳米线的原位生长过程, 泡沫 SiC 的疏松多孔结构 2
图7 BSAS涂层的微观形貌
作用, 同时采用 MgNO 和颗粒状 TiO 作为烧结助
化钛、 硝酸镁及其混合粉体为助剂, 采用水基凝胶注
是造成本文 SiC 纳米线能够大量制备的重要原因。 3 2
剂能够促使氧化铝晶粒异向生长;并且在氩气气氛中
模直接发泡法制备了多孔氧化铝陶瓷坯体, 坯体通过
表3 涂层的元素分析
1550烧结时, 多孔氧化铝陶瓷晶粒各向异性生长更为
1550高温烧结, 考察了氧化铝微观形貌演变规律, 并
参 考 文 献
显著。
1 Wong E W, Sheehan P E, Lieber C M. Science,1997277: 1971. 提出两个氧化铝陶瓷晶体异向生长模型。本论文的试
原子百分比 Ba Sr Al Si C O
关键词: 多孔氧化铝 晶粒异向生长 直接发泡
验结果将为氧化铝陶瓷微观晶体形貌演变的研究提供
新的思路。
1 试验方法及试验方案
1.1 试验原材料
BSAS 涂层可在 1300、 大气环境下保持均匀无开裂,
采用德国马丁公司氧化铝粉体, 图 1 是粉体的粒
与基体结合紧密, 可以基本满足现阶段国内航空用 SiC
5 HanW Q, Fan S S, LiQ Q , et a1. Continuous synthesis and 度分析图及对应的扫描电镜图。从图 1 中可以看到,
陶瓷基复合材料抗氧化的要求。
Al O 的氧化铝粉粒度细, 并且分散均匀。
参 考 文 献
1 张红松 , 王富耻, 马壮, 等 . 等离子涂层孔隙研究进展 . 材料
导报 ,2006,207:16-18.
2 江志强 , 席守谋, 李华伦 . 等离子喷涂陶瓷涂层封孔处理的 2 3
现状与展望 . 兵器材料科学与工程 ,1999,223:56-60. thermore, it is found that the agents of TiO and MgNO
3 阎端 , 马世宁, 吴行 . 耐高温涂层封孔剂的制备研究 . 中国
表面工程 ,20031:13 19.
9 Yoon B H, Park C S, Kim H E, et al. In Situ Synthesis of Porous 4 许越 , 李英杰, 吕祖舜, 等 .Sol-Gel 法制备耐蚀涂层的技术
及应用.材料科学与工艺, 2005,132:200-204.
5 于汉功 . 超音速电弧喷涂技术.北京 : 国防工业出版
社 ,1999.58-63.
氧化铝陶瓷材料具有优良的力学性能和电性能, 并
6 于惠博 , 孙宏飞 , 武彬, 等.降低涂层孔隙率的研究进展 J
且制造成本低, 是目前应用广泛的种先进陶瓷材料。
.材料导报 ,2007,211:68-71.
图1 氧化铝粉体的SEM
7 Lee K N. Current status of environmental barrier coatings for Si- 然而氧化铝陶瓷材料的断裂韧性非常低, 如何提高氧化
铝陶瓷的断裂韧性直是陶瓷工作者期待和努力的研
究方向 。
真空除泡
配料 球磨 配料
近年来发展起来的原位自增韧氧化铝陶瓷, 即利用
Engineering B, 2010166: 108-112. 添加剂或晶种在高温下形成有利于 Al O 晶粒异向生长
的动力条件, 引发 Al O 晶粒在某些方向上优势生长以 搅拌发泡
干燥烧结 固化成型
图2 发泡法制备多孔氧化铝陶瓷工艺流程
航空大型复杂结构件高效加工工艺应用试验研究项目
责编 亿霖
责编 小城
2010ZX04016-11 资助。
航空制造技术2014 年第 6 期 2014 年第 6 期航空制造技术
功能陶瓷及抗氧化技术功能陶瓷及抗氧化技术功能陶瓷及抗氧化技术功能陶瓷及抗氧化技术
SiC 纳米线生长的动力, 而泡沫的多孔结构, 可以有效 上接第 121 页 1.2 试验过程 TiO 为不溶于水料浆的粉体颗粒, 在氧化铝陶瓷料浆体
吸附 PCS 裂解产生的小分子硅烷气体, 在泡沫气孔内 将陶瓷粉体、 水、 丙烯酰胺单体、 亚甲基双丙烯酰 中以颗粒状态存在, 这种存在状决定了 TiO 粉体与氧
多孔氧化铝陶瓷晶粒异向生长机理研究
形成局部高浓度的硅烷分子, 有利于 SiC 纳米线的持 胺、 分散剂、 调节剂按照定的重量百分比混合, 混合物 化铝粉体之间为点接触。而 MgNO 更容易分散于
续生长。这与文献报道中在活性炭表面原位生长出超 经滚筒磨 20h 混合球磨后制备成陶瓷悬浮料浆。料浆 氧化铝。高温下氧化铝与氧化钛接触点, 氧化钛促进氧
长 SiC 纳米线的原因相似 。 在氩气环境中快速搅拌发泡凝胶制成多孔氧化铝陶瓷 化铝晶粒生长而导致晶粒长大, 而氧化铝周围 Mg NO
中航工业复合材料技术中心先进复合材料国防科技重点实验室 李宝伟 王 岭 陈大明
坯体。陶瓷坯体经过 10 天干燥、 1550烧结制的多孔 包裹层抑制晶粒生长。水溶性 MgNO 与 TiO 共
3 结论
大连交通大学 任瑞铭
陶瓷坯体。工艺流程图如图 2 发泡工艺流程图所示, 采 同作用导致氧化铝晶粒各向异性生长。
采用 CVD 工艺在泡沫 SiC 中原位生长了大量
表1 试样的起始配方和烧结条件 图 9 为氩气气氛烧结添加 0.5MgNO 、 0.05
摘要 采用直接发泡法制备多孔氧化铝陶瓷, 研
形成棒状或板状晶粒, 达到增韧 Al O 陶瓷的目的。这
β-SiC 纳米线, 纳米线在泡沫内部和表面分布均匀, 直
氧化钛多孔氧化铝陶瓷孔壁形貌。由图可