1前言
氧化鋁陶瓷，又稱剛玉瓷，是一種以a-氧化鋁為主晶相的結構陶瓷材料，由于其本身具有高熔點、高硬度、耐熱、耐腐蝕、電絕緣性好等特性，因此，可以在較苛刻的條件下使用。氧化鋁陶瓷的價格低廉，是目前生產(chǎn)量較大，應用面較廣的陶瓷材料之一，主要應用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷領域。此外，它還廣泛應用于宇航、能源、航空航天、化學化工電子等方面。近年來，由于對材料性能的要求高，人們提出各種提高氧化鋁陶瓷性能的方法，其中主要有：熱壓燒結、放電等離子燒結、微波燒結和加入添加劑[7]等。結果表明：采取一些新的措施后，使得氧化鋁陶瓷在抗彎強度和硬度等方面的性能大大地提高?！ ?/p>
本文以1μm氧化鋁粉為基體材料，分別加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的納米氧化鋁粉；采用常規(guī)方法燒結得到一系列的氧化鋁陶瓷；然后對氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量等方面的性能進行了測試?！ ?/p>
2實驗內(nèi)容
2.1實驗原料
本實驗用的1μm氧化鋁粉是由鄭州融華公司生產(chǎn)，產(chǎn)品的基本參數(shù)為：外觀為白色粉末、晶粒的平均粒徑為1～1.5μm、晶體結構為α相，純度≥99.8%，其他雜質(zhì)為Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的氧化鋁是由杭州萬景新材料有限公司生產(chǎn)，產(chǎn)品的基本參數(shù)為：外觀為白色粉末、晶體結構為α相，純度≥99.9%、晶粒的平均粒徑為30±5nm?！ ?/p>
2.2試驗過程
本實驗采用常規(guī)燒結方法來燒結氧化鋁陶瓷。其具體過程如下：首先，30nm的氧化鋁粉成形前需用很聲波分散；然后，按照配方的要求準確稱取所需的量加入到1μm的氧化鋁粉中；其次，再將質(zhì)量分數(shù)為5%的PVA（聚乙烯醇）作為粘結劑加入到氧化鋁粉中；較后，研磨均勻，在250MPa的壓力下壓成尺寸約為3mm×4mm×36mm的坯體。樣品在常規(guī)燒結中，其燒成制度為：升溫速率為3℃/min，燒結溫度為1600℃，保溫時間為2h；達到保溫時間后隨爐冷卻，樣品經(jīng)過粗磨、細磨、拋光；然后采用材料試驗機測試其三點抗彎強度，要求試件跨距為30mm、加載速度為0.5mm/min。試樣硬度由洛氏硬度計測得?！ ?/p>
3結果分析與討論
加入不同含量的30nm氧化鋁粉的氧化鋁陶瓷的力學性能如圖1、2、3所示?！ ?/p>
由圖1可知，隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當含量從0%增加到1%時，其洛氏硬度從82.2迅速增加到84.6。當添加量在5%～20%之間時，增加速度較慢，其較大值為86.4。由圖2可知，斷裂強度的變化曲線與硬度變化不同，隨著納米氧化鋁粉的加入，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加。當添加量為0%時，其斷裂強度值為199.5MPa；隨著納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，其斷裂強度降低到190.1MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為20%時，斷裂強度值增加到209.1MPa。由圖3可知，當納米氧化鋁粉的加入量為0%時，其彈性模量為4337.7MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為0.5%時，彈性模量增加到11298.2MPa；當納米氧化鋁粉的加入量為10%時，彈性模量達到較大，其值為64785.1MPa?！ ?/p>
從上面的分析可知，總體趨勢是隨著30nm的氧化鋁的加入，氧化鋁陶瓷的硬度、抗彎強度和彈性模量都增加，但其影響的趨勢和程度不同。一般認為，加入納米材料后樣品力學性能的提高，其主要是因為納米材料占據(jù)基體空隙位置和細化晶界所導致的?！ ?/p>
4結論
在1μm的氧化鋁粉中添加不同含量的30nm的氧化鋁粉后，其氧化鋁陶瓷的性能發(fā)生了改變?！ ?/p>
（1）隨著納米氧化鋁粉含量的增加，樣品的洛氏硬度（HRA）一直增加。當添加含量為20%時，洛氏硬度達到較大，其值為86.4?！ ?/p>
（2）隨著納米氧化鋁粉含量的增加，斷裂強度值的整體變化趨勢為先降低，后增加?！ ?/p>
（3）隨著納米氧化鋁粉含量的增加，彈性模量呈增加趨勢，當添加量為10%時，其值達到較大，為64785.1MPa。
（4）加入納米材料后樣品力學性能在不同程度上得到了提高，其主要是因為納米材料占據(jù)了基體空隙位置和細化晶界所導致的。