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定向凝固技术可以较好地控制凝固组织的晶粒取向,消除横向晶界,获得单晶组织,提高材料的力学性能。氧化物共晶陶瓷具备耐腐蚀、抗氧化、高强度、高硬度等优良的高温力学性能而受到广泛关注,成为新一代超高温结构材料的候选者之一,在超高温航空航天发动机上具有重要应用前景。本实验采用高频感应区熔定向凝固法制备了 Al203/ZrO2二元共晶陶瓷。主要研究内容和实验结论如下:(1)制备预烧结体。通过对预烧陶瓷的致密度、显气孔率的分析,确定最佳的烧结参数。随着烧结温度的提高,材料的体积密度增加,显气孔率减小,烧结时间对体积密度和气孔率的影响很小,成型压力较小时,烧结时会发生软化,成型压力过高时,烧结陶瓷表面会产生裂纹。在]500℃条件下保温烧结2小时后体积密度为3.87g/cm3,显气孔率为2.43%,硬度为9.51GPa,断裂韧性为3.17MPa·m1/2。(2)定向凝固工艺参数的确定。经过分析感应线圈形状与匝数对温度梯度的影响,并结合实际试验,确定感应线圈为三匝的碟状感应线圈。对2050℃、2200℃、2350℃三个区熔温度后式样的宏观形貌对比,确定区熔温度为2200℃。经过XRD谱图分析,共晶陶瓷由Al2O3相和Zr02相两相组成,没有新相生成,并且其发生了择优取向。在生长速率为3mm/h时,定向凝固后的Al203/Zr02共晶陶瓷中,Al2O3相为基体相,ZrO2相大部分以棒状均匀镶嵌于Al2O3相中,小部分为层片状。(3)生长速度对共晶陶瓷微观形貌的影响。在凝固速率较低的情况下,共晶陶瓷微观组织绝大部分呈现出棒状规则共晶形貌,小部分为层片状,随着凝固速率增大,大部分棒状共晶转变为层片状规则共晶。随着生长速度的提高,共晶陶瓷微观组织逐渐细化,经测量计算λ2v≈1,符合λ2v=constant。(4)生长速度对共晶陶瓷力学性能的影响。随着生长速率的提高,共晶陶瓷力学性能逐渐增加,得到共晶陶瓷的最高硬度为16.64GPa,最高断裂韧性达到5.04MPa·m1/2,分别为预烧结陶瓷的1.75倍和1.59倍。气孔和界面非晶相的消失以及单晶相有效提高了材料的硬度和断裂韧性。ZrO2相的弥散分布起到了裂纹桥接,裂纹转向等增韧作用,是共晶陶瓷断裂韧性增加的重要因素。随着生长速度的提高,共晶陶瓷微观组织逐渐细化,Zr02相分布更加均匀,所以其增韧效果更好。