基于晶须原位生长的zta陶瓷连接工艺及机理研究

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1、硕士学位论文基于晶须原位生长的ZTA陶瓷连接工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFZTACERAMICSJOININGBASEDONIN-SITUSYNTHESIZEDWHISKERS苏帅哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791.1密级：公开工学硕士学位论文基于晶须原位生长的ZTA陶瓷连接工艺及机理研究硕士研究生：苏帅导师：曹健副教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：

2、2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFZTACERAMICSJOININGBASEDONIN-SITUSYNTHESIZEDWHISKERSCandidate：SuShuaiSupervisor：Asso.Prof.CaoJianAcademicDegreeAppliedfor：Mast

3、erofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要ZTA陶瓷是一种利用ZrO2增韧Al2O3的复相陶瓷，具有高熔点、高硬度、耐酸碱腐蚀以及较好的韧性，成为高温结

4、构陶瓷中应用广泛的材料之一。实际应用中，由于陶瓷材料加工性差，复杂构件需要将简单构件进行连接，采用金属钎料钎焊陶瓷会出现几个突出问题：接头中存在较大残余应力，耐高温、耐腐蚀性能差等。本课题提出一种基于晶须原位生长连接ZTA陶瓷的新方法，由于晶须具有与陶瓷接近的热膨胀系数，且晶须从ZTA陶瓷表面外延生长，与陶瓷具有良好的结合，降低接头中的残余应力。利用扫描电镜及能谱分析，X射线衍射，透射电镜对ZTA陶瓷表面原位生长晶须形貌和连接接头的界面组织进行分析，研究了工艺参数对接头力学性能的影响规律。采用B2O3、B2

5、O3+CuO、B2O3+K2SO4、B2O3+MnO2、B2O3+ZnO五种非金属粉末均可以在ZTA陶瓷表面生长形貌不同的晶须。单纯利用B2O3在ZTA陶瓷表面生长晶须的均匀性较差，且会有B2O3残留。利用B2O3+CuO生长晶须的长径比较短；利用B2O3+K2SO4生长晶须的分布均匀性变好，但晶须生长方向与ZTA陶瓷母材夹角较小；利用B2O3+MnO2和B2O3+ZnO生长晶须的结晶度好，且分布均匀，生长密度大，晶须直径为500nm~2μm，长度达到20~30μm，晶须生长方向与陶瓷表面倾角大。基于晶须生

6、长的研究结果，采用B2O3，B2O3+MnO2，B2O3+ZnO粉末中间层通过原位生长Al4B2O9和Al18B4O33晶须实现了ZTA陶瓷的自身连接。单独使用B2O3进行连接时，接头中晶须所占的体积分数小于50%，接头在最优工艺参数下的抗弯强度为78MPa。采用B2O3+MnO2和B2O3+ZnO粉末中间层时，接头的界面有了明显改善，接头中晶须所占的体积分数约达到80%，但是接头中会存在部分孔洞区域，接头在最优工艺参数下的抗弯强度分别为168MPa和163MPa。接头经过高温热循环后，强度下降明显，当热循

7、环温度为1200℃时，接头强度不足50MPa。采用晶须生长复合玻璃中间层在高温下可以实现ZTA陶瓷的连接。通过ABS微晶玻璃的析晶行为，在连接过程中会在接头中形成一种晶须复合玻璃相的接头。在1400℃保温lh得到的接头由Al2SiO5玻璃相和Al18B4O33晶须组成的致密组织。接头经过1200℃高温热循环后强度为95MPa，接头具有良好的高温使用性能。关键词：ZTA陶瓷；硼酸铝晶须；原位生长；ABS微晶玻璃；高温性能-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractZTAceramicisonekindof

8、compositeceramics,usingZrO2tougheningphaseofAl2O3ceramics,withahighmeltingpoint,highhardness,resistancetoacidandalkalicorrosion,andgoodtoughness,becomingoneofthewidelyusedmaterialsinhightemperaturestructurece