氧化鋁陶瓷，又稱(chēng)剛玉瓷，是一種以 a-Al2O3 為主晶相的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其本身具有高熔點(diǎn)堯高硬度，耐熱，耐腐蝕，電絕緣性好等特性。因此，可以在較苛刻的條件下使用。 氧化鋁陶瓷的價(jià)格低廉，是目前生產(chǎn)量較大，應(yīng)用面廣的陶瓷材料之一，主要應(yīng)用于刀具，耐磨部件及生物陶瓷領(lǐng)域。此外，它還廣泛應(yīng)用于宇航，能源，航空，航天，化學(xué)化工，電子等方面。近年來(lái)，由于對(duì)材料性能的要求高，人們提出各種提高氧化鋁陶瓷性能的方法，其中，主要有：熱壓燒結(jié)，放電等離子燒結(jié)，微波燒結(jié)和加入添加劑等。結(jié)果表明：采取一些新的措施后，使得氧化鋁陶瓷在抗彎強(qiáng)度和硬度等方面的性能大大地提高。

1.實(shí)驗(yàn)樣品

本實(shí)驗(yàn)1μm氧化鋁粉為基體材料，分別加入0%，0.5%，1%，5%，10%和20%的30nm的納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）；采用常規(guī)方法燒結(jié)得到一系列的氧化鋁陶瓷，然后對(duì)氧化鋁陶瓷的硬度，抗彎強(qiáng)度和彈性模量等方面的性能進(jìn)行了測(cè)試。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)采用常規(guī)燒結(jié)方法來(lái)燒結(jié)氧化鋁陶瓷，其具體過(guò)程如下：首先30nm的Al2O3粉（晶瑞VK-L30）成形前需用超聲波分散；然后，按照配方的要求準(zhǔn)確稱(chēng)取所需的量加入到1μ的Al2O3粉中；其次，再將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的PVA(聚乙烯醇）作為粘結(jié)劑加入到Al2O3粉中，最后，研磨均勻，在250MPa的壓力下壓成尺寸約為 3mm×4mm×36mm 的坯體。樣品在常規(guī)燒結(jié)中袁其燒成制度為：升溫速率為 3℃/min，燒結(jié)溫度為 1600℃，保溫時(shí)間為2h曰達(dá)到保溫時(shí)間后隨爐冷卻，樣品經(jīng)過(guò)粗磨堯細(xì)磨堯拋光：然后采用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試其三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度，要求試件跨距為30mm，加載速度為0.5mm/min。試樣硬度由洛氏硬度計(jì)測(cè)得。

3.實(shí)驗(yàn)分析

加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化鋁陶瓷的力學(xué)性能，如圖 1，2，3 所示。

由圖1可知，隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當(dāng)含量從0%增加到1%時(shí)，其洛氏硬度從82.2迅速增加到84.6。當(dāng)添加量在5%~20%之間時(shí)，增加速度較慢，其最大值為86.4。由圖 2 可知，斷裂強(qiáng)度的變化曲線與硬度變化不同，隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）的加入，斷裂強(qiáng)度值的整體變化趨勢(shì)為先降低后增加，當(dāng)添加量為0 %時(shí)，其斷裂強(qiáng)度值為 199.5MPa；隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）的加入量為0.5%時(shí)，其斷裂強(qiáng)度降低到190.1MPa；當(dāng)納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）的加入量為20%時(shí)，斷裂強(qiáng)度值增加到209.1 MPa。由圖3可知，當(dāng)納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）的加入量為0% 時(shí)，其彈性模量為4337.7 MPa；當(dāng)納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時(shí)，彈性模量增加到11298.2MPa；當(dāng)納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）的加入量為10%時(shí)，彈性模量達(dá)到最大，其值為64785.1 MPa。

從上面的分析可知，總體趨勢(shì)是隨著30nm的氧化鋁（晶瑞VK-L30）加入，氧化鋁陶瓷的硬度，抗彎強(qiáng)度和彈性模量都增加。但其影響的趨勢(shì)和程度不同，一般認(rèn)為，加入納米材料后樣品力學(xué)性能的提高，其主要是因?yàn)榧{米材料占據(jù)基體空隙位置和細(xì)化晶界所導(dǎo)致的。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在1μm的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）后，其氧化鋁陶瓷的性能發(fā)生了改變。

（1） 隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加；當(dāng)添加含量為20%時(shí)，洛氏硬度達(dá)到最大，其值為86.4。

（2）隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）含量的增加，斷裂強(qiáng)度值的整體變化趨勢(shì)為先降低，后增加。

（3）隨著納米氧化鋁粉（晶瑞VK-L30）含量的增加，彈性模量呈增加趨勢(shì)，當(dāng)添加量為10%時(shí)，其值達(dá)到最大為64785.1 MPa。

（4） 加入納米材料后樣品力學(xué)性能在不同程度上得到了提高，其主要是因?yàn)榧{米材料占據(jù)了基體空隙位置和細(xì)化晶界所導(dǎo)致的。

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