LiTaO3/Al2O3陶瓷复合材料的制备与性能

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在陶瓷中加入纳米颗粒能够增韧陶瓷,压电颗粒具有电畴而显示压电效应,本文通过材料组成和制备方法的优化,热压烧结制备出了添加纳米级LiTaO3和Al2O3不同颗粒尺寸的的LiTaO3/Al2O3陶瓷复合材料,系统研究了其微观组织和力学性能,对LiTaO3/Al2O3陶瓷复合材料LiTaO3晶粒内的电畴结构进行了观察,探讨了该复合材料的韧化机制。  研究发现经过高温烧结,LiTaO3P与Al2O3陶瓷基体能够稳定共存。1300℃/25MPa热压烧结制备的添加纳米级LiTaO3P的LTA陶瓷复合材料非常致密,LiTaO3P分布均匀,两者结合紧密,界面上未发现反应物。LTA陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性随着LiTaO3P含量的提高先增大后减小,当LiTaO3P的体积分数为15%时,其抗弯强度和断裂韧性最高,分别达到538.9MPa和5.39MPa·m1/2;当基体Al2O3颗粒尺寸下降到200nm时,LTA陶瓷复合材料的抗弯强度和断裂韧性进一步上升,分别达到641.7 MPa和5.64MPa·m1/2;当基体Al2O3颗粒尺寸达到80nm时,LTA陶瓷复合材料的断裂韧性达到6.11MPa·m1/2。  LTA陶瓷复合材料的基体为沿晶断裂,而LiTaO3P为穿晶断裂。压痕裂纹沿Al2O3基体晶界扩展,遇到弥散分布的LiTaO3P时,穿过其扩展。  TEM观察表明,LTA陶瓷复合材料中LiTaO3P内只有少量电畴,随着颗粒尺寸的减小,LiTaO3P内的电畴进一步减少,但 LTA陶瓷复合材料的断裂韧性反而提高了,这是因为纳米颗粒的加入起到了细化基体晶粒的作用,纳米颗粒增韧是LTA陶瓷复合材料主要的增韧机制;同时晶粒细化也是LTA陶瓷复合材料抗弯强度提高的主要原因。
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