Al2O3陶瓷因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)良的強(qiáng)度、硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等一系列優(yōu)良性能,廣泛應(yīng)用在高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和電絕緣陶瓷領(lǐng)域[1]。但是,Al2O3陶瓷材料的脆性嚴(yán)重制約了其進(jìn)一步廣泛應(yīng)用,特別是在工程結(jié)構(gòu)材料方面的應(yīng)用,因而如何提高材料韌性始終是Al2O3陶瓷研究中的一個核心問題。國內(nèi)外學(xué)者就改善Al2O3陶瓷韌性的途徑做了大量研究,目前成果集中在金屬顆粒增韌[2~5],相變增韌[6],晶須(纖維)增韌[7]以及復(fù)合增韌等方面,但由于種種原因增韌效果都不十分理想。近年來,研究者們致力于采用原位增韌技術(shù)改變Al2O3的性能,即不是直接添加增韌第二相,而是通過采用超細(xì)原料粉體或控制添加劑以及燒結(jié)工藝使Al2O3陶瓷微觀組織內(nèi)部自生出增韌相的一種方法。這種原位技術(shù)相對于傳統(tǒng)工藝,不僅消除了基體相與增強(qiáng)相界面的不相容性,保證了基體相與增強(qiáng)相的熱力學(xué)穩(wěn)定,并使界面干凈、結(jié)合良好,同時(shí)還具有工藝簡單、成本低廉、組織可控制等優(yōu)點(diǎn)[8]。
原料粉體的結(jié)構(gòu)和形貌以及引入添加劑對Al2O3陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和自增韌起著重要作用,利用在原料中添加CAS(CaO—Al2O3—SiO2)[9],TiO2,MgB2等化合物使A12O3陶瓷中晶粒異向生長產(chǎn)生柱狀或板狀晶粒結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的晶粒在陶瓷斷裂過程中因起到橋聯(lián)作用而起到自增韌的效果,因此異向生長晶粒陶瓷成為近期氧化鋁陶瓷研究的熱點(diǎn)。研究表明:高純氧化鋁中并不存在晶粒的異向生長,只有在一定的液相存在時(shí),使柱面與基面的生長速率不同才能引發(fā)晶粒的異向生長。為此,通過在沉淀法制備納米Al2O3的過程中添加納米鋁粉和控制工藝,以便使Al2O3晶粒異向生長而形成棒晶,并通過常壓燒結(jié)獲得了含有柱晶結(jié)構(gòu)的Al2O3陶瓷,這方面的研究在國內(nèi)外尚未見報(bào)道。
1實(shí)驗(yàn)
1.1樣品制備
實(shí)驗(yàn)采用分析純的Al(NO3) 3·9H2O、氨水和納米鋁粉為原料。以蒸餾水配置濃度為0.02mol/L的硝酸鋁溶液,將相當(dāng)于硝酸鋁2%摩爾分?jǐn)?shù)的納米鋁粉加入溶液當(dāng)中,在強(qiáng)烈的磁力攪拌下滴入濃度為5%的氨水溶液直至pH=6,此時(shí)將有沉淀生成。為了防止沉淀反應(yīng)物團(tuán)聚,在溶液當(dāng)中加入一定的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG,平均分子量為4000),再攪拌一段時(shí)間。將沉淀真空抽濾,并用去離子水反復(fù)水洗,以除去NH43+和NO3-,獲得反應(yīng)前驅(qū)體。將前驅(qū)體放入烘箱中于80℃干燥24h,裝入石墨坩堝,于1050℃空氣中煅燒1h后獲得納米,a—A12O