纳米插层陶瓷连接设计及机理研究

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1、中文摘要先进陶瓷坯体无压连接技术在适应各种形状、尺寸陶瓷构件的简单化、低成本制各方面有巨大的应用潜力，目前连接成功的例子多局限于单组分或属性相似组分的陶瓷坯体连接，而对于基体的物理性能如热膨胀系数、密度、弹性模量、烧成收缩、颗粒大小等差异较大的体系尚不能实现连接。本文创造性的将应用于高分子领域的聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料应用于陶瓷连接。将压制或注浆成型获得到的物理属性差异较大的A1203与Zr02基体，通过含适宜的纳米插层粘接剂的中间层设计，实现了坯体连接后的共同烧结，证实了属性差异较大的陶瓷坯体无压连接的可

2、行性，为大尺寸、复杂形状及多属性陶瓷材料构件的低成本制造奠定基础。通过对接点强度及其微观结构的考察，研究了含聚合物／层状硅酸盐纳米插层粘接剂的中间层连接材料对连接体力学性能及界丽结构的影响。中间层材料通过影响烧结过程中界面间的扩散活动以及界面处的微观结构，可对接点强度产生影响。当中间层料浆中PLS含量为3-5wt％时，连接体系的强度达到最大值311．8Mpa。连接体系的强度随中间层厚度的增加而减小。从对连接机理的分析可以看到PLS粘接剂中对连接起重要做用。成功连接的接点处的颗粒尺寸小于母材的尺寸，接点及邻近区域的

3、结构不但与母材相比更为致密，没有明显的裂纹、气孔及其它缺陷存在，而且不同种类和大小的颗粒能够在界面上相互镶嵌和相互填充。结合对连接强度、结构和断裂方式的分析，认为在烧结过程中，中间层和母体之间发生扩散，中间层和母体的颗粒在界面上相互镶嵌在一起，形成良好的连接。此外，还研究了组成和工艺条件(烧成温度与保温时间)对连接体力学性能的影响。对于A1203-Zr02连接体系，在1550℃下烧结并保温120miFt，接点可获得最高平均连接强度值。这一技术为工程陶瓷材料的广’泛应用创造了条件，必将推动陶瓷材料的应用向更宽广、更

4、实用的方向发展。关键词：坯体料浆连接界面氧化锆氧化铝连接机理ABSTRACTJoiningofadvancedceramicshasbecomeadynamicfieldofdevelopmentsinceitprovidespossibilitiesofmanufacturingofcomplex—shapedcomponents，whicharenotpossibleornotcost-effectivebyexistingtechniquesofgreenstateshapingand／ormachinin

5、g．Althoughtherehasbeensomesuccessfulexperimentsingreenstatejoiningofceramics，therewerelimitedintheareaofjoiningceramicswithsimilarpropertiessuchasthermalexpansioncoefficients，sinteringshrinkageeta1．Therefore，joiningdissimilar，oxideceramicswithdifferentpropert

6、iesistrulychallengingbutnecessary．ZireoniaandAluminaiscommonlyusedinmanyfieldsbecauseoftheirgoodproperties．TheproblemisthatZr02andA1203havegreatdifferenceinphysicalpropertiessuchasthermalexpansioncoefficients．sinteringshrinkage，density，particlesizeeta1．whichm

7、adethejoiningofZr02andA1203relativelydifficult．Inthispaper，anewmethodofjoiningA1203toZr02(8YSZ)ceramicsOilgreenstate，usingapolymer／layeredsilicate(PLS)nanocomposites—containingslurry，withoutappliedpressure，isreported．Zr02(8YSZ)and95A1203ceramicsweresuccessful

8、lyjoinedingreenstateandamaximumbondstrengthisreachedwhenthePLSadhesivecontentsintheinterlayeris3-5wt％．ThePLSadhesivetakesanimportantroleinjoining．Thejointstrengthreducedwiththeincreasingo