碳纤维增强Al₂O₃-20%Ni金属陶瓷复合材料的制备及组织性能

王敏¹，贾建刚¹，郭铁明²，王海龙²

1. 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室2. 兰州理工大学材料科学与工程学院

摘 要：采用溶胶-凝胶+热压烧结法制备了碳纤维（CF）体积分数分别为0%、5%、10%、15%的CF/Al₂O₃-20%Ni金属陶瓷复合材料,采用XRD、SEM和EDS能谱分析了CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料的物相组成、组织形貌及成分分布,并研究了CF含量对CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料硬度、抗弯强度和EDS断裂韧性的影响,通过SEM分析了CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料的断口形貌并探讨了断裂机制。结果表明:采用溶胶-凝胶法可获得CF分散良好、Ni颗粒分布均匀的CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料,并且可在CF表面包覆一层α-Al₂O₃保护膜,从而防止CF在高温烧结过程中的烧损。随着CF体积分数的增加,CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料的硬度降低,抗弯强度和断裂韧性都先升高后下降,当CF体积分数为10%时,抗弯强度和断裂韧性均达到峰值,相对不含CF试样分别提高了79%和134%,CF的加入使CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料的强度和韧性得以改善。用此方法制备的CF/Al₂O₃-20%Ni复合材料的增韧机制为碳纤维的拔出、桥接及脱粘。

关键词：碳纤维;Al2O3-Ni;金属陶瓷;抗弯强度;断裂韧性;