层状复合陶瓷材料是人们模拟自然界贝壳、珍珠层的结构而设计出的一种新型强韧化陶瓷材料。其独特的层状结构使得研究者能从宏观结构角度对材料进行优化设计,从而制得综合性能优越的材料,目前已成为陶瓷增韧研究的热点。 本文以3Al₂O₃·2SiO₂为基体层,Al₂TiO₅为界面分隔层,采用轧膜成型和热压烧结工艺制备出了不同基体层厚和界面层厚的3Al₂O₃·2SiO₂/Al₂TiO₅层状复合陶瓷。利用力学性能测试、光学显微镜和扫描电镜,分析了几何因素和热压温度对3Al₂O₃·2SiO₂/Al₂TiO₅层状复合陶瓷力学性能的影响,并阐述了材料的主要增韧机制。 试样的弯曲强度和断裂韧性测试结果表明:在制备层状复合陶瓷时,不但要考虑基体层和界面分隔层的厚度,而且要考虑两者的层厚比。得出最佳几何参数为:3Al₂O₃·2SiO₂层厚230～330μm,层厚比4.1;采用1500℃×1h×20Mpa热压烧结得到的材料综合力学性能较好,弯曲强度可达172.9MPa,其断裂韧性可达4.04MPa·m^1/2。与块体莫来石陶瓷相比,在保证材料强度降低较小的情况下断裂韧性提高了62%。 显微观察结果显示:3Al₂O₃·2SiO₂/Al₂TiO₅层状复合陶瓷的宏观结构比较均匀,层比较平整、界限清晰、界面结合较好;Al₂TiO₅层对裂纹有偏转作用,3Al₂O₃·2SiO₂/Al₂TiO₅层状陶瓷表现出非脆性断裂特征。分析表明3Al₂O₃·2SiO₂/Al₂TiO₅层状复合陶瓷增韧机制主要包括裂纹偏转、裂纹并行扩展和裂纹分叉钝化三种形式。