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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:周文彬
研究生(外文):Chou,Weng-Bing
論文名稱:NiAl/Al2O3複合材料的製程,微結構與機械性質研究
論文名稱(外文):The Processing, Microstructure and Mechanical Properties of NiAl/Al2O3 Composites
指導教授:段維新段維新引用關係
指導教授(外文):Tuan,Wei-Hsing
學位類別:博士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:材料科學(工程)研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1996
畢業學年度:84
語文別:中文
中文關鍵詞:鎳鋁/氧化鋁複合材料燒結氣氛韌化機構機械性質循環氧化
外文關鍵詞:Ni/Al2O3compositesintering atmospheretoughening mechanism
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陶瓷材料具有高強度、高硬度,以及高抗氧化、耐腐蝕等優異的性質。但
陶瓷材料的破壞韌性值極低,使得它的使用範圍受到極大的限制。添加金
屬顆粒可有效的韌化脆性陶瓷,但往往也犧牲了原先抗氧化、耐腐蝕以及
優良的高溫特性。本研究以具有高熔點、優異抗氧化以及抗腐蝕能力的
NiAl介金屬顆粒為第二相添加劑,加入 Al2O3基材內以韌化脆性Al2O3。
探討的內容為複合材料的製備、微結構的變化、室溫機械性質以及高溫氧
化行為的研究。研究結果顯示NiAl顆粒在球磨後可被細化,且有部份NiAl
顆粒被擠壓成長條狀。複合材料在燒結時,需小心控制N2和O2的分壓,否
則NiAl會被O2氧化或與N2反應生成AlN。NiAl顆粒的添加會阻礙 Al2O3緻
密化的進行,在1450℃以25MPa的壓力熱壓燒結1小時,可得相對密度度都
超過98.5%的NiAl/Al2O3複合材料。由於NiAl和Al2O3間熱膨脹係數的差異
,從燒結溫度冷卻到室溫,複合材料內有殘留熱應力的產生。 NiAl/Al2
O3複合材料的楊氏模數、硬度隨著NiAl含量的增加而降 氧化鋁/鎳複合材
料。低;強度與韌性則隨著NiAl含量的增加而增加。NiAl顆粒的添加抑
,以物理混合方式製備氧化鋁/鎳複合材料制了Al2O3基材的晶粒成長,因
此複合材料強度的增加是由於因為 Al2O3基材的晶粒細化以及強度較佳的
NiAl顆粒添加之故。複合材料韌性的增加則主要是由"裂縫曲折"韌化機構
所貢獻。 NiAl/Al2O3複合材料在1100℃和1350℃的氧化機構為擴散控制
幘B混合氣氛燒結複合材料時,其相對密度只有機構;各種NiAl含量的複
合材料其氧化活化能幾乎一樣。NiAl含量為10vol%和20vol%的複合材料,
在1100℃和1350℃循環氧化後,氧化層為a-Al2O3和NiAl2O4相;氧化層相
當緻密且和複合材間沒有裂縫的生成。NiAl含量為50vol%的複合材料,氧
化層主要為a-Al2O3相。{,當複合材料的密度接近緻密時(95%以上),
在1350℃循環氧化60小時後,由於熱應力的效應,使得試片的邊緣和角落
產生剝落,氧化層和複合材料間則有明顯的裂縫存在。
封面
目錄
第一章、前言
第二章、NiAl/AlO複合材料的製備和微結構的研究
摘要
2-1 前言
2-2 實驗步驟
2-2-1 原始材料
2-2-2 粉末配製
2-2-3 粉末觀察及粒度大小測量
2-2-4 不同氣氛燒結
(A)“Ar”氣氛下燒結
(B)“真空”熱壓
2-2-5 性質測試
(A)X光繞射分析
(B)掃描式電子顯微鏡(SEM)試樣之製作及觀察
(C)密度測量
(D)NiAl顆粒晶粒大小的量測
(E)四點彎曲強度的測試
(F)電阻的量測
(G)穿透式電子顯微鏡(TEM)試樣之製作及觀察
2-3、結果與討論
2-3-1 粉末觀察及粒度分析
2-3-2 熱力學的探討以及相成份鑑定
2-3-3 微結構特徵和彎曲強度的比較
2-4、結論
2-5、參考資料
第三章、NiAl/AlO複合材料的室溫效應
摘要
3-1、前言
3-2、實驗步驟
3-2-1 試片的加工
3-2-2 硬度的測試
3-2-3 四點彎區強度的測試
3-2-4 破斷韌性的測試
3-2-5 楊氏模式(Young'' modulus)的量測
3-2-6 微結構的觀察
(A)破斷面的觀察
(B)裂縫前進的觀察
(C)NiAl長寬比(Aspect ratio)的計算
(D)AlO晶粒大小的量測
3-3、結果與討論
3-3-1 NiAl顆粒的添加對複合材料硬度與楊氏模數的影響
3-3-2 NiAI顆粒的添加對複合材料強度的影響
3-3-3 韌化機構的探討
(A)裂痕曲折(crack deflection)韌化機構
(B)裂痕架橋(crack bridging)韌化機構
(C)殘留熱應力(thermal residual stress)韌化機構
(D)纖維拉拔下fiber pull-out)韌化機構
3-4、結論
3-5、參考文獻
第四章、NiAl/AlO複合材料的高溫氧行為
摘要
4-1、前言
4-2、實驗步驟
4-2-1 試片的準備
4-2-2 氧化實驗
4-2-3 相鑑定與微結構觀察
4-3、結果與討論
4-3-1 重量變化與氧化速率探討
4-3-2 相組成和微結構的變化
4-4、結論
4-5、參考資料
第五章、未來工作方向
附錄、AlO-NiAl粉末的反應燒結與機械性質探討
1、前言
2、實驗步驟
3、結果與討論
3-1 熱力學與相成分分析
3-2 室溫機械性質
4、結論
5、參考資料
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