学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

稀土氧化物类型对自韧α-Sialon陶瓷的氧化及热震行为影响

作　者: 周建民
导　师: 叶枫
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: α-Sialon 热物理性能 力学性能 抗热震 抗氧化
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 106次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文采用热压烧结工艺制备了Nd、Sm、Dy和Yb等四种稀土掺杂的α-Sialon陶瓷材料。利用XRD、SEM、TEM等手段研究了稀土类型及额外添加2wt%稀土氧化物作为助烧剂对Sialon陶瓷材料的致密化、物相组成及显微组织结构的影响;采用三点弯曲、单边缺口测试方法对室温弯曲强度及断裂韧性进行了评定;并着重系统地研究了稀土类型、物相构成及显微组织结构对材料热物理性能、抗热震性能及抗氧化性能的影响。试验结果表明,采用1800℃/30MPa/60min工艺热压烧结,所有材料都获得了大于98%的致密度。通过额外添加2wt.%对应稀土氧化物补充必要的烧结液相,以高纯超细Si3N4、AlN、Al2O3、RE2O3（RE为Nd、Sm、Dy或Yb）粉末为原料,RE1/3Si10Al2ON15边界成分的小稀土掺杂的Dy-、Yb-α-Sialon也能够获得全致密的陶瓷材料。XRD物相分析结果显示,对Nd-Sialon材料来说,添加或不添加2wt.%过量稀土氧化物作为助烧剂对物相影响不大,都获得了以α-Sialon为主晶相、同时含有少量β-Sialon和M′(R2Si3-xAlxO3+xN4-x)相的陶瓷材料。添加2wt%稀土氧化物助烧剂的Dy-和Yb-sialon材料的XRD物相十分纯净,均由单相α-Sialon组成,并因此保持了很高的硬度（Hv10=21GPa左右）。受稀土类型影响,所得材料的显微组织结构有较大差别。Yb、Dy小稀土掺杂的α-Sialon有较大的化学驱动力,α-Sialon的快速生成尽早地耗尽了高温液相,阻碍α-Sialon晶粒各向异性生长,从而得到了细晶等轴组织;相反Nd、Sm大稀土倾向于延长高温液相的持续时间,有利于获得棒晶组织。本文所得Sialon材料的抗弯强度和断裂韧性分别在300MPa～600MPa和4.0MPa·m1/2～5.1MPa·m1/2之间,随棒晶长径比及含量增加而增加。主要的强韧化机制为载荷传递、韧化机制为裂纹的偏转、长棒状晶体的拔出与桥接。所得α-Sialon材料具有较好的抗热震能力,经受1200℃热震温差的剩余强度保持率最低在75%以上;1100℃温差热震,发现材料的剩余强度增加现象。良好的力学与热物理综合性能是其具有较高抗热震能力的主要原因。本文所得的α-Sialon材料具有良好的抗氧化能力。氧化分析结果表明1300℃氧化32h时,NdE2和NdE0单位面积氧化增重为3.5mg/cm2左右,而SmE2、DyE2、YbE2仅仅增重了1.5mg/cm2左右。氧化增重与时间呈抛物线规律。NdE2、NdE0、SmE2、DyE2、YbE2氧化反应活化能计算结果分别为475、488、505、512和515kJ/mol。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-28
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 Sialon基陶瓷材料的分类与进展  12-16
    1.2.1 单相Sialon陶瓷  12-14
    1.2.2 复相Sialon陶瓷  14-16
    1.2.3 自增韧α-Sialon陶瓷  16
  1.3 稀土氧化物在Sialon陶瓷材料中的应用研究进展  16-21
    1.3.1 单一稀土氧化物在Sialon陶瓷材料中的应用研究  16-19
    1.3.2 复合掺杂稀土氧化物在Sialon陶瓷材料中的应用研究  19-20
    1.3.3 不同稀土掺杂氧化物对Sialon陶瓷材料性能的影响研究  20-21
  1.4 陶瓷材料抗热震性的研究进展  21-26
    1.4.1 热冲击断裂和损伤理论  21-23
    1.4.2 断裂发生和裂纹扩展的统一理论  23-25
    1.4.3 提高陶瓷断裂抗热震性的主要措施  25-26
  1.5 α-Sialon抗氧化性能研究  26-27
  1.6 本文的研究目的和研究内容  27-28
    1.6.1 研究目的  27
    1.6.2 研究内容  27-28
第2章 试验材料与试验方法  28-33
  2.1 试验原料及制备工艺  28-29
  2.2 复合材料基本性能测试方法  29-31
    2.2.1 维氏硬度的测定  29
    2.2.2 抗弯强度和弹性模量的测定  29-30
    2.2.3 断裂韧性的测定  30-31
    2.2.4 热膨胀系数的测定  31
    2.2.5 TG-DSC曲线测定  31
  2.3 复合材料的组织结构观察  31-32
    2.3.1 XRD物相分析  31
    2.3.2 扫描电镜(SEM)观察  31-32
    2.3.3 透射电镜(TEM)观察  32
  2.4 氧化试验  32
  2.5 热震试验  32-33
第3章 α-Sialon材料的组织性能及热震损伤  33-52
  3.1 Sialon材料的显微组织结构及室温力学性能  33-40
    3.1.1 致密度及XRD物相  33-34
    3.1.2 Sialon材料主晶相晶粒的SEM形貌  34-37
    3.1.3 Sialon材料的TEM组织  37-38
    3.1.4 Sialon材料的室温力学性能  38-40
  3.2 Sialon材料的热物理性能  40-42
    热膨胀系数  40-42
  3.3 Sialon材料的抗热震性能  42-47
    3.3.1 热震温度对剩余强度的影响  42-44
    3.3.2 热震参数的理论计算  44-46
    3.3.3 热震次数对剩余强度的影响  46-47
  3.4 热震损伤的SEM观察  47-49
  3.5 断口形貌观察  49-51
  3.6 本章小结  51-52
第4章 α-Sialon材料的氧化损伤及氧化机理  52-75
  4.1 Sialon材料的TG-DSC行为  52
  4.2 Sialon材料的氧化热力学  52-53
  4.3 Sialon材料的氧化动力学  53-58
    氧化增重规律  53-58
  4.4 Sialon材料的氧化产物  58-71
    4.4.1 氧化产物的XRD物相  58-60
    4.4.2 氧化表面的SEM观察  60-66
    4.4.3 氧化截面的SEM观察  66-71
  4.5 Sialon材料的氧化机理模型的建立  71-73
  4.6 本章小结  73-75
结论  75-76
参考文献  76-81
致谢  81

相似论文

  1. Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究,TB332
  2. (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
  3. 超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究,TG456.7
  4. Mg-Zn-Y-Zr镁合金的组织结构和力学性能,TG146.22
  5. 白骨壤果实中黄酮类化合物的提取、分离纯化及抗氧化活性研究,S793.9
  6. 翡翠贻贝糖胺聚糖降血脂作用的研究,R285.5
  7. 废旧聚酯纺织品的回收再利用研究,X791
  8. 调和玉米油对肉仔鸡抗氧化应激、脂质代谢酶及免疫基因表达的影响,S831.5
  9. 基于目标成分“敲出/敲入”质量控制模式的中药姜黄抗氧化药效物质辨识,R285
  10. 凝胶注模SiC-AlN复相陶瓷的制备工艺与性能研究,TQ174.62
  11. 藏药三果汤散抗氧化有效成分研究,R29
  12. 酢浆草提取物体外抗肿瘤和抗氧化研究,R285
  13. 原位合成莫来石晶须韧化微波冶金用刚玉—莫来石耐火材料的研究,TQ175.6
  14. ODPA/异构ODA共聚酰亚胺的合成及其性能研究,TQ323.7
  15. ABA和H2O2对干旱高温复合胁迫诱导的玉米sHSPs和抗氧化防护酶的作用,S513
  16. “和美酵素”在断奶仔猪生产中的应用研究,S828.9
  17. 固体氧化物燃料电池铁素体连接体材料的性能研究,TM911.4
  18. 芝麻饼粕中木酚素的提取及抗氧化活性研究,TS229
  19. 条斑紫菜（Porphyra yezoensis）R-藻红蛋白的生物修饰及活性保护研究,TS201.21
  20. 脂肪酶催化猪油合成Vc脂肪酸酯及其抗氧化活性的研究,TS202.3
  21. 麦胚多糖提取、纯化及抗氧化活性研究,TS210.1

中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
© 2012 www.xueweilunwen.com