Al2O3陶瓷因其独特的结构而具有优良的强度、硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温等一系列优良性能,广泛应用在高温结构陶瓷和电绝缘陶瓷领域[1]。但是,Al2O3陶瓷材料的脆性严重制约了其进一步广泛应用,特别是在工程结构材料方面的应用,因而如何提高材料韧性始终是Al2O3陶瓷研究中的一个核心问题。国内外学者就改善Al2O3陶瓷韧性的途径做了大量研究,目前成果集中在金属颗粒增韧[2~5],相变增韧[6],晶须(纤维)增韧[7]以及复合增韧等方面,但由于种种原因增韧效果都不十分理想。近年来,研究者们致力于采用原位增韧技术改变Al2O3的性能,即不是直接添加增韧第二相,而是通过采用超细原料粉体或控制添加剂以及烧结工艺使Al2O3陶瓷微观组织内部自生出增韧相的一种方法。这种原位技术相对于传统工艺,不仅消除了基体相与增强相界面的不相容性,保证了基体相与增强相的热力学稳定,并使界面干净、结合良好,同时还具有工艺简单、成本低廉、组织可控制等优点[8]。
原料粉体的结构和形貌以及引入添加剂对Al2O3陶瓷微观结构和自增韧起着重要作用,利用在原料中添加CAS(CaO—Al2O3—SiO2)[9],TiO2,MgB2等化合物使A12O3陶瓷中晶粒异向生长产生柱状或板状晶粒结构,这种结构的晶粒在陶瓷断裂过程中因起到桥联作用而起到自增韧的效果,因此异向生长晶粒陶瓷成为近期氧化铝陶瓷研究的热点。研究表明:高纯氧化铝中并不存在晶粒的异向生长,只有在一定的液相存在时,使柱面与基面的生长速率不同才能引发晶粒的异向生长。为此,通过在沉淀法制备纳米Al2O3的过程中添加纳米铝粉和控制工艺,以便使Al2O3晶粒异向生长而形成棒晶,并通过常压烧结获得了含有柱晶结构的Al2O3陶瓷,这方面的研究在国内外尚未见报道。
1实验
1.1样品制备
实验采用分析纯的Al(NO3) 3·9H2O、氨水和纳米铝粉为原料。以蒸馏水配置浓度为0.02mol/L的硝酸铝溶液,将相当于硝酸铝2%摩尔分数的纳米铝粉加入溶液当中,在强烈的磁力搅拌下滴入浓度为5%的氨水溶液直至pH=6,此时将有沉淀生成。为了防止沉淀反应物团聚,在溶液当中加入一定的聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG,平均分子量为4000),再搅拌一段时间。将沉淀真空抽滤,并用去离子水反复水洗,以除去NH43+和NO3-,获得反应前驱体。将前驱体放入烘箱中于80℃干燥24h,装入石墨坩埚,于1050℃空气中煅烧1h后获得纳米,a—A12O