燒結溫度和復合助劑對AlO-TiCN復合陶瓷顯微組織和性能的影響

張志林，郭偉明，游 洋，伍尚華

(廣東工業大學機電工程學院， 廣州 510006)

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燒結溫度和復合助劑對AlO-TiCN復合陶瓷顯微組織和性能的影響

張志林，郭偉明，游 洋，伍尚華

(廣東工業大學機電工程學院， 廣州 510006)

摘要：采用熱壓燒結方法分別制備了Al2O3-TiCN復合陶瓷(AT)及摻雜MgO-Y2O3復合助劑的Al2O3-TiCN復合陶瓷(ATMY)；研究了燒結溫度和MgO-Y2O3復合助劑對復合陶瓷相對密度、顯微組織及力學性能的影響。結果表明：當燒結溫度在1 400～1 600 ℃時，AT和ATMY的相對密度均在97.3%以上；當燒結溫度不超過1 500 ℃時，利用第二相TiCN可有效抑制Al2O3晶粒長大，AT和ATMY的顯微組織、斷裂韌度均無明顯差異；當燒結溫度超過1 500 ℃時，TiCN不能有效地抑制Al2O3晶粒長大，導致AT顯微組織粗化，在1 600 ℃燒結的AT的斷裂韌度為4.5 MPa·m1/2；摻雜了MgO-Y2O3復合助劑后可與TiCN協同抑制Al2O3晶粒長大，在1 600 ℃燒結的ATMY的顯微組織細小均勻，斷裂韌度可達5.1 MPa·m1/2。

關鍵詞：Al2O3-TiCN復合陶瓷；燒結溫度；顯微組織；晶粒長大；晶界釘扎效應

0引言

Al2O3陶瓷具有高強度、高硬度、耐腐蝕、耐高溫等優良特性，廣泛應用于機械、化工、航空航天等領域[1-2]。然而，Al2O3陶瓷在燒結過程中易發生晶粒異常長大，導致力學性能下降[3-4]。研究發現[5-6]，MgO可以通過溶質滯阻作用減慢Al2O3晶粒的生長速率，抑制其異常長大；而Y2O3可以通過晶界偏析效應顯著抑制晶粒長大，改善Al2O3陶瓷的顯微結構。因此，在Al2O3基體中添加MgO或Y2O3等微量燒結助劑可以有效地抑制晶粒長大，提高Al2O3陶瓷的性能。

除了引入微量燒結助劑外，還可在Al2O3基體中添加高含量的第二相粒子，如TiC、TiCN、TiB2等，通過晶界釘扎效應來抑制Al2O3晶粒長大[7-10]。……