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耐磨剛玉陶瓷復合管：可加工陶瓷研究進展
文章發(fā)布日期：2019-08-09 09:28
從97年，Beall提出可加工玻璃陶瓷的概念，經過30多年的努力，到現在已出現了多種可加工陶瓷，從微觀結構與材料可加工性機理的關系禾看，主要有可加工多孔陶瓷、復相陶瓷以及化合物等。
(l)可加工多孔陶瓷.多孔陶瓷中由于氣孑L的存在對材料的力學性能在往產生不利影響。然而，許多情況下多孔陶瓷的使用也有很多優(yōu)點，如在耐火材料、高溫過濾器、催化載體、熱絕緣體、氣體燃燒器等應用方面。另一方面，由于多孔陶瓷低的彈性模量，它還可能作為一種典型的可加一材料，但由于多孔陶瓷的強度隨著孔隙率的增加而呈指數下降，很大程度上限制了它的應用范圍。
①碳化硅陶瓷 Katsuaki等以B-SiC與20%（質量分數）聚苯乙烯并在少量黏合劑混合作用下，在473- 273K氬氣氣氛下，無壓燒結制得在SiC孔隙中彌散納米級渦流層狀碳的多孔SiC材料，除了孔狀結構的貢獻外，該材料的可加工性主要由于孔中層狀碳的存在，這些層狀碳在加-過程中起到潤滑劑的作用。Katsuaki等認為這種由p-SiC形成的7L狀陶瓷中嵌有軟相結構以賦予材料可加上性的模型，也可應用于其它的陶瓷材料中，這種可加工陶瓷直到500℃都保持良好的強度，當然，由于孔隙的存在，其力學性能還不夠理想。
②氮化硅陶瓷眾所周知，燒結的Si3 N。主要由球狀的a—Si3N4，和柱狀B一Si.Ni組成，而其強度則來源于后者，對于多晶Si3N。陶瓷，其柱狀晶體在相對弱界面存在時可使韌性提高，此與弱界面偏轉裂紋誘發(fā)的橋聯(lián)機制密切相關。Kawai等在制備多孔Si3 N4陶瓷時有選擇性地使柱狀B-Si3N；晶粒在三維方向隨機相接形成閉孔的多孔Si3 Ni陶瓷，該陶瓷的強度比同氣孔隙率普通Si3N。陶瓷的強度有很大的提高，孔隙率為38. 3%時彎曲強度可達405MPa，而且由于弱界面的存在使其容易用合金鋼刀具加工但在報道中也指出，不能得到孔隙率為38%以上的多孔(3-Si3Nt，這可能是由于p-Si3Nt晶粒的非均勻生長在燒結中受到了致密化的干擾。氮化硅陶瓷也不適合在高溫的氧化環(huán)境下使用。
(2)復相陶瓷
①含云母的玻璃陶瓷 970年，美國的G. H. Beall在理論和實驗研究的基礎上發(fā)表了題為“云母玻璃陶瓷”的文章，制備出云母玻璃陶瓷，即由組成為Si02-Bz()3-AI2()3一Mg()K2()F泵玻璃轉變而來的氟云母玻璃陶瓷。玻璃陶瓷具有優(yōu)良的用鋼制刀具加工的性能，高的機械強度和抗震性，優(yōu)良的抗熱震性和的絕緣性。此后，D．G. Grossman也成功地從四元體系K2()MgF2, -Mg( )-SiO2制備出四硅氟金云母可加工玻璃陶瓷。云母相的存在是玻璃陶瓷可加：性的主要來源二但是同時具有較高力學強度、良好的抗熱震性能，且容易加工的云母基玻璃陶瓷還
不多見。此外，由于玻璃相軟化或晶相粗化，使得玻璃陶瓷的使用溫度受到限制，通常在高于800'C時便不能使用。而且多數云母玻璃基陶瓷都是通過熔融法和溶膠一凝膠法得到的，所以制造成本很高。
②含有弱界面的復相陶瓷 在單相陶瓷中引入第二相形成非均相結構可以改善材料的許多力學性能，同時這種微觀結構設計方法亦可用于改善陶瓷材料的可加工性，這種微結構包括粗長的晶牲、第二相的存在以及弱的晶界。相對單組分均相陶瓷，具有微觀非均相的陶瓷有利于材料損傷形成和去除的機制，而且晶間微裂紋對非均相陶瓷的斷裂強度影響不大，非均相結構中對可加工起關鍵作用的是存在于晶界區(qū)域的弱界面。
Paciiure等通過研究指出將弱界面、長晶粒以及內部應力引入SiC的顯微結構中制成非均相SiC陶瓷，可顯著地改善SiC的可加工性。在SiC陶瓷中，非均相結構中對可加T性起關鍵作用的是存在于晶界區(qū)域的弱界面，弱界面可以使裂紋偏析、橋聯(lián)甚捕獲裂紋，從而使具有微觀非均相的陶瓷相對于單組分均相陶瓷有利于材料損傷形成和去除的機制。加工過程中微觀非均相陶瓷在晶界K域形成晶間微裂紋，從而導致個別品粒的移位，但加工過程中只產生了分散在淺表面的界面微裂紋．從而加工強度幾乎沒有損失。但是Padture等同時也指出，這種可加工陶瓷加工性的提高是以強度和韌性的下陣為代價的結果。另外SiC陶瓷不能在高溫的氧化環(huán)境中使用，也是限制其發(fā)展的—個原因。