《無定形Al2O3-SiO2/莫來石晶須軟陶瓷設計及其塑性變形機制》是依託天津大學，由劉家臣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無定形Al2O3-SiO2/莫來石晶須軟陶瓷設計及其塑性變形機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉家臣
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用溶膠-凝膠工藝獲得莫來石化學計量組成附近的Al2O3-SiO2介穩態無定形混合料，添加少量莫來石晶須，經低溫熱壓工藝製備無定形Al2O3-SiO2/Mullite晶須軟陶瓷。該類材料在600-1200℃單向受壓時可達到最高30%以上的塑性變形，且其應力應變曲線具有彈性-塑性轉變並呈現明顯屈服點，完全類似於金屬材料的塑性變形形式，而區別於傳統陶瓷和玻璃在玻璃轉變溫度附近的牛頓型粘性流動變形。在材料製備基礎上，通過研究該類材料受壓變形過程中的結構演變規律、鍵性轉變形式及晶須/基體界面對變形的影響，分析其塑性變形機制。同時研究析晶溫度以上，材料在不同溫度、壓力和時間作用下的析晶和變形規律，獲得在較高溫度抑制析晶而維持變形的控制條件和措施，為該類材料的進一步最佳化設計奠定基礎，為先進太空飛行器等領域對新型高溫無機類熱密封材料的實際需求提供候選材料。
結題摘要
針對先進航空器的熱密封需求，設計了具有耐溫、變形特徵的新型陶瓷材料。對Al2O3-ZrO2、Al2O3-SiO2和Al2O3-MgO三種非晶陶瓷和莫來石纖維/晶須體系的壓縮形變及溫度、晶相對形變的影響進行了分析。非晶陶瓷的製備分為非晶粉體製備和非晶粉體熱壓成型。非晶粉體通過適當溫度煅燒前驅體製備，成型則選擇六面頂高壓熱壓成型。非晶陶瓷壓縮形變的實驗結果表明，三種體系的非晶陶瓷在室溫下壓縮時都在彈性變形階段斷裂，壓縮應變<10%。室溫下的壓縮形變主要來自於剪下帶的承擔及可能的氣孔坍塌。非晶Al2O3-ZrO2陶瓷在500-700°C下進行壓縮測試時，隨測試溫度的升高，形變由脆性斷裂轉變為塑性形變，彈性模量呈下降趨勢。700°C壓縮時，試樣屈服點處的壓縮應變約為28%，卸載前形變可達35%，試樣彈性模量為2870 MPa。隨著非晶陶瓷組分中晶相含量的增大，彈性模量先減小後增大，表明少量晶相有利於壓縮形變的提高，過多晶相則出現反效果。非晶Al2O3-SiO2陶瓷在600-800°C下進行壓縮測試時，試樣呈現出高彈性形變，壓縮過程中試樣應變達到30%時卸載，卸載前試樣仍處於彈性變形階段。隨測試溫度的升高，試樣的彈性模量逐漸減小，800°C壓縮時試樣的彈性模量約為1922MPa。非晶Al2O3-MgO陶瓷在500-600°C下進行壓縮測試時，試樣彈性模量隨壓縮溫度升高呈減小趨勢。試樣在彈性變形階段斷裂，斷裂前沒有塑性形變的發生。對非晶陶瓷中溫壓縮形變機理進行總結，認為壓縮過程中首先是氣孔的坍塌壓實，而後結構中原子躍遷導致自由體積的移動壓縮及非晶基體中形成的剪下帶的共同作用使非晶陶瓷具有一定壓縮形變。自由體積運動起主導作用（空間網路結構較強）時，形變能力較強；剪下帶作用為主導（空間網路結構較差）時，形變能力較差。
