如何有效提高陶瓷的抗熱震性？335
發(fā)表時間：2021-02-06 08:58 陶瓷材料的抗熱震性是其力學(xué)性能和熱學(xué)性能的綜合表現(xiàn)，與材料本身的物理性質(zhì)有關(guān)。因此，一些熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)，如熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、彈性模量、斷裂能是影響陶瓷抗熱震性的主要參數(shù)。因此提高陶瓷抗熱震性應(yīng)從以下幾方面入手： 1、提高材料強(qiáng)度σ，減小彈性模量E，使σ/E提高。這意味著提高材料的柔韌性，能吸收較多的彈性應(yīng)變能而不致開裂，因而提高了熱穩(wěn)定性。 2、減小材料的線脹系數(shù)α。眾所周知，固體材料的線脹是由于原子熱振動而引起的，晶體中的平衡間距由原子間的勢能所決定，溫度升高則原子的振動加劇，原子間距的相應(yīng)擴(kuò)大就呈現(xiàn)出宏觀的線脹。α小的材料，在同樣的溫差下，產(chǎn)生的熱應(yīng)力小。 3、提高材料的熱導(dǎo)率λ。λ大的材料傳遞熱量快，使材料內(nèi)外溫差較大的得到緩解、平衡，因而降低了短時間熱應(yīng)力的聚集。熱震好的陶瓷材料，一般應(yīng)具有較高的熱導(dǎo)率。 具體該怎么做呢？ 01 引入稀土氧化物提高抗熱震性 稀土氧化物由于具有特殊的物理化學(xué)性能，起到改善氧化鋁陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和提高力學(xué)性能的作用，將其引入被認(rèn)為是改善氧化鋁陶瓷性能的一個有效途徑，目前已有很多研究。 如引入稀土氧化物Y2O3，La2O3，Sm2O3可以抑制氧化鋁晶粒生長，細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；引入適量的Y2O3，CeO2，La2O3可改善氧化鋁陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)，加速燒結(jié)，有利于致密化并保持較好的力學(xué)性能。 02 形成氧化物-非氧化物復(fù)合材料 通過對氧化物-非氧化物復(fù)合材料的高溫性能的研究發(fā)現(xiàn)，在氧化物中引入非氧化物，材料的抗熱震性能明顯提高，原因在于非氧化物（如BN、SiC、Si3N4等）的熱傳導(dǎo)性較高，其本身的抗熱震性能較好。同時對非氧化物基的材料來說，引入適當(dāng)?shù)难趸铮部梢员３址茄趸镌袃?yōu)良的抗熱震性。 03 引入金屬化合物 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-Al基金屬間化合物的性能介于鋼與陶瓷之間，與Al2O3具有較好的適配性。在Al2O3基體中引入金屬間化合物Fe-Al相，其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性可平均提高到600MPa和10MPa·m1/2，同時影響Fe-Al/Al2O3復(fù)合材料的抗熱震性。 04 引入低熱膨脹系數(shù)組元 在氧化物陶瓷材料中，添加提高熱導(dǎo)率、降低熱膨脹系數(shù)的組元，將有利于提高陶瓷的抗熱震性。例如，在氧化鋁陶瓷中添加堇青石、莫來石、鈦酸鋁、鋰輝石、鋰霞石等可獲得具有較低線脹系數(shù)的復(fù)合材料，從而提高氧化鋁陶瓷的抗熱震性。 05 通過相變改善陶瓷材料熱震性 氧化鋯同時存在單斜、四方和立方三種晶型且熱膨脹系數(shù)不同，在升溫和降溫過程中發(fā)生相變伴隨的體積變化容易導(dǎo)致材料破裂。利用這一特點，通過對相組成及其變化調(diào)整和控制可以提高氧化鋯陶瓷材料的抗熱震性能。趙世柯等通過調(diào)整CaO穩(wěn)定ZrO2材料的相組成和熱膨脹，提高了氧化鋯陶瓷材料的抗熱震性能。 06 改善工藝 材料中若含有少量微裂紋時，微小裂紋破裂有明顯的動力擴(kuò)展，瞬時裂紋長度變大，從而引起嚴(yán)重的破壞。假如原先裂紋長度能夠控制在一定低的范圍內(nèi)，則可以有最小的動力擴(kuò)展，使材料的抗熱震性得到改善。從工藝的角度出發(fā)，通過調(diào)整材料的顆粒尺寸，人為引入裂紋等方法提高材料的抗熱震性，例如ZrO2微裂紋增韌陶瓷。 |