定向凝固氧化物共晶陶瓷的研究进展-论文.pdf

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1、第37卷第2期山东陶瓷Vo1．37NO．22014年4月SHANDoNGCERAMICSApr．2014·综述·定向凝固氧化物共晶陶瓷的研究进展曹献莹，刘俊成，刘安法，贾彩云(山东理工大学，淄博255000)摘要由于在1600℃以上超高温度下优异的抗氧化性和机械性能，定向凝固氧化物共晶陶瓷成为了潜在的新一代超高温结构材料。回顾了该材料的主要制备工艺及其进展，举例描述了共晶陶瓷的微观组织、高温强度和增韧机制。讨论了目前定向凝固氧化物共晶陶瓷仍需解决的问题。关键词氧化物共晶陶瓷；微观组织；高温强度；增韧机制中图分类号：TQ174．75文献标识码：

2、A材料界学者的广泛关注，定向凝固共晶陶瓷的研1引言究成为材料领域的热点之一。21世纪以来，航空航天业的高速发展，特别氧化物共晶陶瓷高温下具有良好的抗氧化是高音速飞行器在军事领域应用的快速发展，对性、抗腐蚀性和较高的强度，被认为是潜在的高温航空发动机使用的超高温材料，特别是对发动机结构材料，在航空航天领域超高温结构件方面有涡轮叶片使用的超高温材料，提出了新的更高的着重大应用前景。定向凝固技术可以很好的减少要求。甚至完全消除材料中的气孑L以及界面非晶相；同目前航空航天领域普遍使用的涡轮叶片材料时，共晶两相共用一个氧原子面，两相保持一个强是氧化物弥

3、散强化的镍基单晶高温合金，但在的价键结合，极大提高了材料的力学性能，尤其是1100oC以上其强度及力学性能会明显下降，因此其高温下的力学性能¨7]。影响发动机的整体性能和使用寿命。SiC、Si。N、2定向凝固共晶陶瓷的制备方法HfB、HfC。等非氧化物高温陶瓷因其优异的高温蠕变性能和强度成为了上世纪9o年代学者的研近年来学者们开发了多种氧化物共晶陶瓷的究重点，并在航天发动机部件中得到了极好的应制备技术，包括改进的Bridgman法，激光区熔用口]。但由于材料本身的性质，其在1600℃以上法，微轴拉法以及燃烧合成法。温度下的氧化问题和强度问题还

4、没有被解决。氧2．1改进的Bridgman法化物共晶陶瓷具有更高的熔点和更好的高温抗氧Bridgman法又称为坩埚下降法，是将盛有陶化性能，虽然其脆性始终是影响陶瓷构件使用寿瓷溶液的坩埚缓慢向下抽拉移出具有一定温度梯命的主要因素，但是通过合理的定向凝固，可以改度的炉腔，并通过辐射散热降温，坩埚移动中其底善氧化物共晶陶瓷在高温下的组织稳定性，提高部温度首先降到陶瓷熔点，使共晶陶瓷自下而上其在高温下的机械性能。结晶L8]。Bridgman法在氧化物共晶陶瓷方面的定向凝固共晶陶瓷的研究始于上世纪6O年应用开展于2O世纪70年代，Viechnicki

5、等2利代2]。9o年代，日本学者关于定向凝固氧化物用该方法首先制备了AlO。／YAG共晶陶瓷，他共晶陶瓷在高温下力学性能的报道[4]，引起了们采用石墨套作为发热体，在氩气的保护下加热，收稿日期：2014—02—10基金项目：国家自然科学基金(51172161)；山东省自然科学基金(ZR2012EMM018)；山东省教育厅科技计划(JO8IA1o)作者简介：曹献莹(1987～)，男，硕士研究生，主要从事先进技术陶瓷材料的研究。12山东陶瓷第37卷金属钨作为炉腔加热区支撑坩埚和陶瓷熔体的支AlO。／YAG共晶陶瓷纤维，并对微拉法的工艺参撑件。但是

6、当时炉内温度梯度只是由强氦气流通数进行了研究，发现在接近晶体生长界面处的最过热交换器带走坩埚和熔体的热量来保持，温度高轴向温度梯度达到10。K／cm。waku等人通梯度仅仅达到10K／cm，通过采用更加有效的冷过微拉法制备了A1。O。／YAG共晶陶瓷，经过对却手段，目前该方法的温度梯度已经达到10。K／材料的力学性能的测试，发现Al。O。／YAG共晶cm。该方法的优点是可以制备大体积或者形状陶瓷的强度从室温直到1800~C基本保持稳定，并复杂的共晶材料，Otsuka等选用大尺寸的钼坩在1650℃以上出现10左右的塑性变形后发生埚，以Bridg

7、man法成功制备了(D40×70的断裂。Al：O。／YAG共晶陶瓷；缺点是生长效率低，通常2．4燃烧合成法使用高纯Mo或Ir坩埚，成本较高。燃烧合成法是近年来发展起来的一种制备共2．2激光区熔(IFZ)法晶陶瓷的方法，它完全摒弃了共晶陶瓷由熔体冷激光区熔法是常用的制备块状材料的快速定却结晶的传统工艺，集铝热反应、燃烧合成、陶瓷向凝固方法，可以得到远大于Bridgman法的温一金属液相分离技术于一体，是一种新的氧化物度梯度。该法以激光作为定向凝固的光源，高能共晶陶瓷的制备方法l_l。首先，利用铝热反应产密度的激光束以一定的速度扫过试样表面，由于

8、生大量热量使物料熔化，在超重力作用下使陶瓷吸收高强度的能量，试样表面激光照射区形成激～金属液相分离并致密成型，同时，燃烧合成法引光熔池，随着激光束的移动，熔池前端试