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金属陶瓷复合材料 何洋 ( 材料科学与工程一班 200911102016 ) 摘要 本文从复合材料入手介绍Al/Al2O3 陶瓷基复合材料，定向金属氧化法制备Al/Al2O3陶瓷基复合材料，Al/Al2O3陶瓷基复合材料的低温烧结，金属陶瓷材料的应用以及研究现状、前景。 Abstract The article introduces composite material of Al/Al2O3 ceramic matrix composites， directional metal oxidation method for Al/Al2O3 ceramic matrix composites， Al/Al2O3 ceramic matrix composites， low temperature sintering， metal， ceramic materials application and research status， prospects。Al/Al2O3 ；定向金属氧化法；低温烧结；应用；前景 Key words composite materials； Al/Al2O3； directed metal oxidation； ow temperature sintering； pplication； prospects 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 氧化铝(Al2O3 ) 陶瓷 先进陶瓷材料中应用最广泛的是素有“陶瓷王”之称的Al2O3 陶瓷。氧化铝陶瓷原料分布广、产品性能优良、价格低。由于具有耐高温、硬度大、强度高、耐腐蚀、电绝缘、气密性好等优良性能，是目前氧化物陶瓷中用途最广、产量最大的陶瓷新材料：；； 预形体的存在从多方面影响着定向氧化法制备Al/ Al2O3材料，如生长速度、显微结构等。研究表明，采用Al2O3 预形体能扩大反应面积，提高生长速度，如Al2Zn合金在预形体存在的条件下，生长速度是向自由空间生长的4 倍多[18] 。在某些反应前沿，预形体也限制了局部氧气的供给，导致该区域氧被消耗殆尽，最终生成AlN 而不是Al2O3[19] 。此外，Al2O3 与试样中的Mg 或MgO 反应易形成镁铝尖晶石，从而对Al2O3 预形体造成损伤，一种良好的解决办法是在Al2O3 表面包覆一层惰性物质来阻止它们的直接接触[20] 。 Al/Al2O3陶瓷低温烧结 Al2O3 陶瓷材料的脆性本质[21]严重制约了其在工程结构材料等领域内的应用。近年来， 采用复合材料技术， 对基体材料进行增韧补强[22]， 已开发出一系列性能优良的陶瓷基复合材料。Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是一种新型的有代表性的Al2O3基复合材料， 在机械耐磨件、化工耐腐蚀件等的应用领域内有十分重要的应用价值。烧结是陶瓷材料及陶瓷基复合材料制造过程中最重要的环节。烧结温度的合理选择直接关系到材料制成品的质量及制造成本。在满足制成品质量要求的前提下， 降低烧结温度能显著地减少设备投资， 提高生产效率，降低生产成本。本文在合理选择成分的前提下， 选择不同的温度， 用对比实验法结合理论分析， 确定Al/Al2O3 陶瓷基复合材料最佳的烧结温度。 烧结温度与Al/Al2O3 陶瓷基复合材料力学性 能的关系( 空气中烧结， 保温3h) Al/Al2O3 陶瓷基复合材料X 射线衍射图样( 空气中烧结， 1000℃保温3h) 选择合适的助烧剂， 利用助烧剂及其与基体Al2O3 反应产物具有较低的熔融温度， 采用液相烧结工艺， 通过助烧剂及其反应产物的粘滞流动过程， 低温烧结制造Al/Al2O3 陶瓷基复合材料是完全可行的。 1000℃时材料的性能值最佳， 优化选择1000℃作为Al/Al2O3 陶瓷基复合材料的烧结温度是合理的。在此条件下， 该材料的部分物理、力学性能值如下： 相对密度为85% ， 冲击韧性为10J/cm2， 硬度为89HRA。 Al/Al2O3陶瓷基复合材料的应用及前景 防弹领域的应用 陶瓷作为装甲材料具有诸多优点：具有极高的硬度和抗压强度，有利于抵御高速穿甲弹的侵蚀；密度小，约为均质装甲钢的1／4～1／2，有利于装甲重量的减轻；耐热性好，在高温下可以保持形状尺寸不变，能够抵御高温射流的侵蚀。然而，陶瓷材料也存在诸多缺点，如