02对显微结构的影响
MgO添加量的增加,陶瓷晶粒更加细小。这是因为在陶瓷中形成的MgO·Al2O3尖晶石相可以阻碍晶界移动,抑制晶粒的生长。但如果MgO的添加量过大,气孔也逐渐增多。造成这种现象的原因可能是掺杂量过大会在晶界处形成不连续的液相,从而使得微小气孔聚合成较大气孔并残留其中。这种气孔排除较慢,因此当添加量过大时,体积密度反而呈现下降的趋势。
03对光学性能的影响
当MgO的掺杂量较低时,透明陶瓷的光透过率比较高,这是由于适量的MgO可以抑制晶界的快速移动,使得气孔排出比较完全,陶瓷更加致密,透过率较高。但随着掺杂量的增加,MgO含量超过在Al2O3中的固溶度后,会局部形成第二相,形成光的散射中心,造成透明陶瓷透过率的下降。
氧化铝是广为人知、常用的精密陶瓷材料。几十年来,因其电绝缘性高而一度应用于电气部件中。其高强度、高耐腐蚀和高耐磨性而被广泛应用于我们的生活中。因为氧化铝是各项机械性能参数比较均衡的材料,所以氧化铝的应用非常的广泛,包括应用于高温工业炉和各类电子元器件上的耐磨性产品。由于化学和物理特性稳定,氧化铝陶瓷基板作为一种精密陶瓷材料广为人知。
①第二相自润滑机制
在Al2O3陶瓷基体中引入石墨、CaF2、PbWO4、MoS2、BN、软金属等第二相固体润滑剂能有效地降低材料的摩擦因数,从而提高材料的摩擦学性能。在Al2O3/TiC复合陶瓷基体中引入了10%CaF2固体润滑剂,通过切削和摩擦实验都发现:CaF2在摩擦表面被挤压涂抹成自润滑膜,自润滑膜能有效地阻止材料与摩擦副之间的黏着作用,降低摩擦因数,起到自润滑作用。
②第二相晶界增强作用
在氧化铝陶瓷基体中引入第二相(主要是颗粒及晶须),利用弥散颗粒与基体材料间热膨胀系数的差异,在材料制备冷却过程中产生残余应力,达到晶界增强的作用,当裂纹沿晶界扩展时,不仅要克服基体材料固有的晶界能,还要克服残余压应力所带来的附加能量,因而增加了裂纹扩展抗力;另一方面,由于第二相颗粒的热膨胀系数小于基体的热膨胀系数,材料冷却过程中会产生体积效应,在第二相颗粒周围将产生微裂纹,诱导裂纹偏转,使裂纹的扩展消耗更多的能量;此外,一般第二相颗粒都近似呈圆球形,使得裂纹钝化,从而减小应力集中而阻止裂纹扩展,从而提高材料的摩擦学性能。
研究了添加不同第二相的3种Al2O3基具材料的摩擦学性能及机制,研究表明:Al2O3基具材料的摩擦学特性与添加剂的种类有关,其抗磨性能由大到小顺序依次为Al2O3/SiCw,Al2O3/Ti(C,N),Al2O3/TiC;且材料的摩擦学性能与其硬度(H)、弹性模量(E)和断裂韧性(KIC)有关,磨损率W随E/H增加而增大,随KIC增加而减小;Al2O3/TiC具材料的磨损机制以黏着磨损为主,Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/SiCw具材料的磨损机制以磨粒磨损为主。
材料的摩擦磨损性能是一个综合性能的表现,受众多因素影响。但各方面研究都表明,细化晶粒和组分复合化确实能够有效提高氧化铝陶瓷材料的强度和断裂韧性,进而提升其摩擦学性能。若该方面的研究可继续精进,必能有效推动氧化铝陶瓷材料在各个领域中的进一步应用。