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本文以La(NO3)3和H3PO4为原料合成LaPO4粉体,把LaPO4和Al2O3粉体球磨混合,采用热压工艺制备Al2O3/LaPO4复合材料,研究LaPO4含量对复合陶瓷力学性能及加工性能的影响。力学性能测试表明Al2O3/LaPO4复合陶瓷的强度、硬度、韧性均随LaPO4含量的增加而下降;钻孔测试和磨削力计算表明加工性能随LaPO4含量的增加而增加,实验中发现当LaPO4含量到50wt%时,可以使用硬质合金钻头进行孔加工。同时,将Al2O3/LaPO4复合粉体在石墨炉中无压烧结,研究Al2O3-LaPO4在非氧化性环境中高温稳定性。当样品在1700℃烧结时,表面的LaPO4会因为渗碳被还原生成La2O3,再与Al2O3高温下反应生成LaAl11O18。钻孔测试发现,热压条件下很难钻孔的LaPO4含量为30wt%的样品无压烧结时可以钻孔,这是因为无压烧结的样品气孔率高,样品钻孔速率随气孔率的增加而提高。
传统球磨混料工艺难以均匀混合Al2O3和LaPO4粉体,热压烧结制备磷酸镧含量为50wt%的样品虽然可以钻孔,但钻头磨损严重,无压烧结制备的样品钻孔性能好,但是强度下降太多。柠檬酸燃烧合成方法得到的粉体细、组分分散均匀,常用来制备氧化物粉体。近年来磷酸盐粉体也有使用燃烧合成法制备的,但氧化物磷酸盐复合粉体的燃烧合成很少有文献报道。
本工作中采用燃烧方法合成Al2O3-LaPO4复合粉体。在1500℃热压烧结的ALC50(采用燃烧法合成的复合粉体)相对密度为98.5%,比ALM50(采用球磨混合的复合粉体)提高2.5%;从烧结后陶瓷显微结构分析中可以看出,采用柠檬酸盐燃烧方法制备的样品中Al2O3和LaPO4晶粒更细,LaPO4晶粒分散相对均匀;ALC50的强度和韧性均比ALM50有提高,硬度基本相同,钻孔速率有显著提高,比ALM50提高近50%。