金属／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能.pdfVIP

维普资讯 第36卷 增刊2 稀有金属材料与工程 Vo1．36，Supp1．2 2007年 8月 RAREMETALMATERIALSAND ENGINEERING August 2007 金属 ／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能 史国栋，梁 军，陈贵清，杜善义 (哈尔滨工业大学 复合材料与结构研究所，黑龙江 哈尔滨 150001) 摘 要：采用 电子束物理气相沉积 (EBPVD)技术制备 了金属 (NiCoCrA1)／陶瓷 (Y2O3．ZrO2)微叠层材料 ，并对其 微观结构和力学性能进行了分析。结果表明，金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰。金属层 由~,-Ni相构成，层中晶 粒为较大的等轴晶。陶瓷层 由c．ZrOz和 f．ZrOz两相组成，层中晶粒为较小的柱状晶。在金属层的顶部，存在一些均匀 分布 的微孔。这种材料在室温拉伸试验 中表现 出无宏观塑性变形的脆性断裂特征。断 口分析表 明，金属层起到了阻碍 裂纹扩展 的作用，且层界面存在脱粘 的现象。 关键词：金属 ／陶瓷；微叠层材料；EB-PVD 中图法分类号：TG146．4 文献标识码 ：A 文章编号：1002．185X(2007)S2．677．04 平行于旋转轴 。沉积时，采用 电子枪交替蒸发陶瓷和 1 引 言 金属靶材，并使基板的转速保持在 25r／min，基板温 叠层材料具有结构可调的特点，能够满足单体材 度保持为 900 ℃。 料无法满足 的许多特殊性能需求，因而越来越受到人 采用金相显微镜、SEM 和 TEM 对 NiCoCrAI／YSZ 们的重视 ，考虑将其应用到各种领域 ¨]。陶瓷材料具 微 叠 层 材 料 的微 观 结 构 进 行 了分 析 。采 用 有优异的高温性能，但其 自身固有的一些弱点，如低 INSTRON5569 电子万能材料试验机对其室温拉伸性 温脆性，使其应用受到了限制 。而金属材料具有较好 能进行了测试，第一横梁速度为 0．01mmm／in，并采 的韧、塑性 ，但其高温性能却不佳 。将陶瓷材料和金 用 SEM对拉伸断 口进行分析。 属材料进行叠层，尤其是微叠层 ，可 以弥补 2种材料 3 结果与讨论 内在性能的不足 。对于微叠层材料 ，微观结构是决定 其性能的一个重要因素 。 目前 ，对金属 ／金属和金属 ／ 3．1 微观结构 金属 间化合物微 叠层材料 的研 究较 多 2[-5]。而对 通过 EB．PVD技术 ，制备了包含 50层金属层和 EB．PVD金属／陶瓷微叠层材料显微结构特征和力学性 51层 陶瓷层的微叠层材料 。图 1为NiCoCrAl／YSZ微 能的报道则很少见到。本研究采用EB．PVD方法制备 叠层材料外层陶瓷层的表面形貌 。该微叠层材料上侧 了 NiCoCrAI／Y2O3．ZrO2(YSZ)微叠层材料 ，通过金相 (沉积时远离基板的一侧)和下侧 (沉积时靠近基板 显微镜、SEM和 TEM 等手段 ，分析了该材料的微观 的一侧)的最外层均为陶瓷层。通过扫描 电镜观察发 结构，并对其室温拉伸性能进行 了研究。 现 ，和传统热障涂层 的表面形貌相似，最外层陶瓷层 的表面呈突起的山丘状，每一个 “山丘”是一束柱状 2 实验方法 晶，这些柱状晶簇拥成团，但 晶粒簇间存在间隙 (见 采用具有 6个电子枪的电子束物理气相沉积设备