添加微量氧化鋯及鎳對氧化鋁機械性質的影響

Abstract

氧化鋁陶瓷的機械性質可藉由加入陶瓷顆粒或金屬顆粒來改善，在以往的許多研究中，氧化鋯及鎳都曾被拿來添加在氧化鋁中，但第二相通常都大於5vol.%，本研究則是針對小於5vol.%的第二相添加，來分析其對微結構和機械性質的影響。這些氧化鋁基複合材皆是以無壓燒結的方式，在1600℃下持溫一小時來製備。 本研究主要分為兩個部分:氧化鋁/氧化鋯複合材是在空氣下燒結，而氧化鋁/鎳複合材則是在一氧化碳的氣氛下燒結。在這樣的情況下，兩種複合材燒結後的相對密度都可以達到99%以上。 本研究的撓曲強度是以四點彎曲的實驗來測量，不論在氧化鋁/氧化鋯或是在氧化鋁/鎳複合材中，氧化鋁基地相的晶粒大小都隨著第二相的添加而減小，使得撓曲強度也隨著第二相添加量的增加而明顯的增強。本研究以單邊切槽法(SENB)來量測試片的破壞韌性，其韌性成長的趨勢和撓曲強度一致，皆隨著第二相的添加量增加而增加。 本研究在氧化鋁/鎳複合材的分析上，可以計算出金屬鎳顆粒大小約為45nm，由此可得知此複合材為一奈米複合材，極少量的奈米級鎳顆粒對整體的機械性質可有相當大的影響。

Either ceramic or metallic particles can be used to enhance the mechanical properties of alumina. In the present study, zirconia or nickel were added into alumina, and the amount of the second phases was less than 5 vol.%. In the present study, the Al2O3/ZrO2 composites were sintered in air, and the Al2O3/Ni composites in CO atmosphere. The relative density of two composites is higher than 99% after sintering. The size of Al2O3 grains decreases with the increase of the second phases. In the present analysis, the size of nickel particle in the Al2O3/Ni nanocomposite is only 45 nm. The flexural strength is enhanced due to the microstructure refinement. The fracture toughness was also increased due to the transformation toughening (for Al2O3/ZrO2 composites) and microstructure modification (for Al2O3/Ni nanocomposites).