热压烧结制备B4C–Al2O3复合陶瓷的力学性能及增韧机理
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
43热度
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Mechanical properties and toughening mechanism of B<sub>4</sub>C–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> composite ceramics prepared by hot-press sintering
Zhang J.; Zhang C.; Zhang S.; Zhang W.
Published：2024-01-01
DOI：10.1016/j.ceramint.2024.04.183
硬度与韧性并存：B<sub>4</sub>C–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 复合陶瓷的机械性能及增韧机制研究
研究背景
在当今社会，我们对材料强度和耐久性的需求日益增加，尤其是在高强度应用领域。然而，传统材料在面对极端条件下可能表现出脆性，这激发了对新型复合材料的研究，以提高材料的韧性和耐久性。本文旨在探讨通过热压烧结制备的B<sub>4</sub>C–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 复合陶瓷的机械性能与增韧机制，为解决当前材料强度与韧性之间的平衡问题提供新思路。
研究内容
研究采用热压烧结技术在1950°C下制备了以碳化硼（B<sub>4</sub>C）为基体、氧化铝（Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）为第二相的复合陶瓷。通过评估复合陶瓷的相组成、显微结构、相对密度、机械性能和增韧机制，发现当Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>含量为30 wt%时，复合陶瓷表现出最佳的综合机械性能。其相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别达到98.8%、24.7 GPa、477 MPa和4.64 MPa m<sup>1/2</sup>。引入Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>作为第二相显著提高了B<sub>4</sub>C陶瓷的断裂韧性。具体机制包括Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>晶粒的劈裂断裂导致裂纹沿劈裂面偏转、两相间晶界和晶内残余应力抑制裂纹扩展以及亚微米级Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>晶粒形成的次晶界结构吸收裂纹扩展能量。
研究意义
本研究为开发高性能复合陶瓷提供了新思路。通过深入了解B<sub>4</sub>C–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 复合陶瓷的机械性能和增韧机制，我们可以设计更耐用、更韧性的材料，满足不同领域对材料性能的需求，推动材料科学的发展。
这篇简明易懂的文章介绍了利用热压烧结技术制备的B<sub>4</sub>C–Al<sub>2</sub>复合陶瓷的研究成果，希望能激发更多中学生对材料科学的兴趣和探索。
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