纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响

作者：本站浏览量：时间：2022-09-13

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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

纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响(图1)

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。

纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响(图2)

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，如图 1，2，3 所示。

纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响(图3)

由图1可知，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

纳米氧化铝对氧化铝陶瓷的影响(图4)