海泡石纳米纤维强韧化陶瓷的机制研究

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1、分类号：TB321密级：公开UDC：620编号：201421801014河北工业大学硕士学位论文海泡石纳米纤维强韧化陶瓷的机制研究论文作者：冉松松学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：王丽娟职称：副研究员DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistrySTUDYONTHEMECHANISMOFSEPIOLITENANOFIBERSREINFORCEDCERAMICSby

2、RanSongsongSupervisor:Prof.WangLijuanMay2017摘要陶瓷材料作为全球材料业的一个重要分支，由于其原料丰富，制作工艺简单，且性能优异，目前已经广泛应用到日常器具、建筑卫生、电气、化工、机械、信息和航空等领域。虽然陶瓷材料的众多优点是其他材料所不能比拟的，但陶瓷材料有个致命弱点就是它的脆性，这一缺点严重影响了陶瓷材料的进一步发展。针对这一问题，本课题通过对海泡石高温下晶相和形貌的研究、海泡石纳米纤维强韧化陶瓷机理的分析和海泡石强韧化陶瓷烧结动力学的研究，为海泡石纳米纤维在强韧化陶瓷领域的应用提供了理论基础

3、和实验依据。实验首先通过TG-DTA、XRD、SEM和TEM等测试方法对经不同温度煅烧的海泡石纳米纤维和烧结后的海泡石矿物陶瓷进行测试。然后根据测试结果，实验决定将海泡石原矿均匀分为四组，分别在室温、300℃、600℃和900℃下进行煅烧处理。将处理后的海泡石原矿纳米纤维添加到海洋贝瓷坯体中，添加量设置为0、1wt%、2wt%、3wt%、4wt%，经过干压法成型后，分别在1150℃，1200℃和1250℃进行烧结。最后通过三点弯曲法和单边切口梁法对试样的力学性能进行表征；通过XRD、SEM等手段对试样的微观结构进行表征并通过线性收缩率计算了

4、海泡石纳米纤维强韧化陶瓷的烧结动力学。实验结果表明，海泡石纳米纤维经高温煅烧后虽然晶相发生了变化，但是仍能保持纤维形貌。当烧结温度为1200℃时，未煅烧海泡石添加量为2wt%时陶瓷坯体弯曲强度达到最大值为144.5MPa，同时断裂韧性也达到最大值为4.51MPa·m1/2，比同条件下未添加海泡石的海洋贝瓷的力学性能分别提高了24.6%和81.1%。添加的海泡石原矿纳米纤维在烧成的海洋贝瓷基体中形成了透辉石纤维。海泡石纳米纤维强韧化海洋贝瓷的机理主要有三种：一是纤维的桥联作用；二是裂纹偏转作用；三是纤维与基体间形成的弱界面增韧作用。海泡石原矿

5、纳米纤维含量从0增加至4wt%，烧结活化能的值从23.60kJ/mol增加到35.45kJ/mol，这表明，海泡石纳米纤维强韧化陶瓷材料的致密化过程主要受扩散传质控制。关键词：海泡石纳米纤维强韧化海洋贝瓷烧结动力学IABSTRACTTheceramicmaterial,asanimportantbranchoftheglobalmaterialindustry,iswidelyusedinmanyareassuchasdailyappliances,constructionandhealth,electrical,chemical,mech

6、anical,informationandaviation.Itisbecauseofitsrichrawmaterials,simpleproductionprocessandexcellentperformance.Ceramicmaterialhasmanyadvantagesthatcannotbematchedbyothermaterials.Buttheceramicmaterialhasafatalweaknessthatisitsbrittleness.Thisshortcomingseriouslyaffectsthefu

7、rtherdevelopmentoftheceramicmaterial.Aimingatthisproblem,thecrystalphaseandmorphologyofsepioliteunderhightemperature,themechanismofsepiolitenano-fibersreinforcedceramicsandthesinteringkineticsofsepiolitereinforcedceramicswerestudied.Theseprovidetheoreticalandexperimentalba

8、sesfortheapplicationofsepiolitenano-fibersinthefieldofceramics.First,thesepiolitenanofibe