[發明專利]氧化鋁納米棒增韌碳化硅陶瓷制造方法

無效

• 申請號: 200710127710.0
• 申請日: 2007-06-19
• 公開（公告）號: CN101092302A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發明（設計）人: 李榕生;宋岳;水淼;王霞
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及氧化鋁納米棒增韌碳化硅陶瓷制造方法，屬于陶瓷領域。

背景技術

脆性問題對于各類陶瓷來說是共同的問題，碳化硅陶瓷也不例外；如何提高碳化硅陶瓷的韌性，是該生產領域關注的重要課題。20世紀50年代初發展起來的線彈性斷裂力學，首先被應用于金屬材料，后來Davidge和Wiederhorn發現該理論對于陶瓷材料同樣重要。從此，人們關注“顯微結構缺陷”這個概念，并且想盡辦法消除工藝過程造成的缺陷，以此來提高結構陶瓷的力學性能。接下來的幾年里，Lange和Rice觀察到裂紋與顯微結構之間的相互作用，并且制備出了一系列高韌性陶瓷。此后，在尋找保持陶瓷具有高性能的機理時進展十分緩慢。直到1974年首次發現一些多晶相陶瓷具有阻力曲線行為，即裂紋擴展阻力隨著裂紋增加而增長，這是一個重要的進步，此后，人們才開始通過各種顯微結構設計來提高陶瓷的韌性。中國天津大學高溫結構陶瓷及工程陶瓷加工技術教育部重點實驗室的周振君等，在發表于“硅酸鹽通報”2003年第3期p57-61的題為“高可靠性結構陶瓷的增韌研究進展”一文中，對陶瓷增韌問題的理論和實踐有詳盡的介紹。陶瓷的韌化方式主要有相變增韌、纖維(晶須)增韌、顆粒增韌以及復合增韌。其中，顆粒增韌是陶瓷增韌最簡單的一種方法，它具有同時提高強度和韌性等許多優點。影響第二相顆粒復合材料增韌效果的主要因素為基體與第二相顆粒的彈性模量E、熱膨脹系數α及兩相的化學相容性。其中化學相容性是復合的前提，兩相間不能存在過多的化學反應，同時又必須具有合適的界面綜合強度。利用熱膨脹系數α的失配，從而在第二相顆粒及周圍基體內部產生殘余應力場，是復相陶瓷增韌補強的主要根源。假設第二相顆粒與基體之間不發生化學反應，如果第二相顆粒與基體之間存在熱膨脹系數的失配，即Δα＝α_p-α_m≠0(p、m表示顆粒和基體)，當Δα＞0時，第二相顆粒處于拉應力狀態，而基體徑向處于拉伸狀態，切向處于壓縮狀態，這時裂紋傾向于繞過顆粒繼續擴展；當Δα＜0時，第二相顆粒處于壓應力狀態，切向受到拉應力，這時裂紋傾向于在顆粒處釘扎或穿過顆粒。微裂紋的出現可以吸收能量從而達到增韌的目的，微裂紋增韌因素之一是裂紋偏轉，裂紋偏轉是一種裂紋尖端效應，是指裂紋擴展過程中當裂紋尖端遇到偏轉物(顆粒、纖維、晶須、界面等)時所發生的傾斜和偏轉；微裂紋增韌因素之二是裂紋橋聯，橋聯物(顆粒、纖維、晶須等)聯接靠近橋聯物的兩個裂紋的兩個表面并提供一個使兩個裂紋面相互靠近的應力，即閉合應力，這樣導致應力強度因子隨裂紋擴展而增加。當裂紋擴展遇到橋聯劑時，橋聯物有可能穿晶破壞，也可能出現互鎖現象，即裂紋繞過橋聯物沿晶界發展并形成摩擦橋。簡當地說，第二相異質相顆粒的引入，將帶來大量的微裂紋，其作用類似于玻璃的鋼化，也就是利用大量的顯性或隱性微裂紋來耗散或化解或吸收外來的破壞性張應力。此外，在采用晶須進行增韌時，還存在拔出效應，拔出效應也是一種有利于增韌的因素。當引入的第二相異質相顆粒為納米顆粒時，還有利于抑制陶瓷基材晶體顆粒的長大，燒成陶瓷中陶瓷基材晶體顆粒的微小化也是一個重要的增韌因素，從斷裂韌性值與顯微結構觀察結果來看，樣品微觀呈納米級細微組織，則宏觀表現出最高的斷裂韌性，可以認為，顆粒的細化使得組織結構更加均勻，減小了應力集中及顯微裂紋的尺寸，同時，顆粒的細化也使顯微裂紋數量增加，也就是說，微細的晶粒結構會導致晶界體積分數增加，在該情形下，陶瓷斷裂過程中生成的耗散性新裂紋表面積增大，陶瓷斷裂前的過程中需要吸收的外界能量因而大幅度增加，宏觀上表現為陶瓷斷裂韌性提高。

在碳化硅陶瓷體系中，目前較多報道的是采用碳化硅晶須進行增韌，以及，采用炭纖維進行增韌。碳化硅晶須增韌技術方案例如：田杰謨等發明(設計)，清華大學申請，申請號為CN91101684.8的專利申請案“晶須增韌強化碳陶瓷復合材料”；以及，阿歷山大·J·派齊克發明(設計)，唐化學原料公司申請，申請號為CN90110427.2的專利申請案“碳化硅晶須增強陶瓷復合材料及其制造方法”。炭纖維增韌技術方案例如：耿浩然等發明(設計)，濟南大學申請，申請號為CN03138926.0??的專利申請案“一種制備碳纖維增強碳化硅復合材料的裝置及工藝”。