多孔氧化铝陶瓷气孔率对强度的影响

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1993.06.018 第15卷第6期 北京科技大学学报 Vol.15 No.6 19931 Joumal of University of Science and Technology Beijing Dec.1993 多孔氧化铝陶瓷气孔率对强度的影响+ 朱时珍夏定国* 刘庆国“ 摘要：加入不同量的碳粉作造孔剂，挤压成型、烧结，获得气孔率20%~55%的多孔氧化铝陶瓷。 研究了气孔率及烧结程度对强度的影响，对试样的强度与气孔率按不同方程拟合，结果表明： 当烧结程度较低时，强度（σ）与气孔率()的关系对经验方程σ=0，(【一p)”的拟合结果最好； 当烧结程度较高时，强度与气孔率的关系更符合经验方程d=axp(-b即).经验常数m,b,co 与烧结程度有关。随着烧结程度的提高，这些值下降。 关键词：氧化铝陶瓷，气孔率，强度，碳粉，/多孔陶瓷 中图分类号：TG148 Effect Porosity on Strength of Porous Alumina Zhu Shishen*Xia Dingguo*Liu Qingguo* ABSTRACT:Porous alumina ceramics were obtained by preparing the specimens with various amounts of carbon powder used as pore-forming material.Samples of from 20%to 55% porosity were sintered.Effect of porosity and degree of specimen sintered on strength were investigated.It is show that the strength (of specimens with changing porosity (p)can be represented by the empirical equation=(1-p)"at low degree of specimens sintered or =exp(-bp)at high degree of specimens sintered.The empirical constants m,o and b is dependent on the degree of specimens sintered.With increasing of the degree of specimens sintered.the value of m.o and b decrease.The only method to obtain the specimens with high porosity and strength was by addition of pore-forming material not by decreasing de- gree of specimens sintered. KEY WORDS alu minium oxide ceramics.porosity,strength.carbon dust/porous ceramics 多孔透气陶瓷支持管是固体氧化物燃料电池基本组成部分，~·般由氧化铝或氧化锆制 成。要求它既有好的透气性，即高的气孔率，又有一定的强度。 1993-06-21收稿第一作者：女，3引岁.博士 十国家自然科学基金资助项目 *物建化学系(Department of Physics and Chemistry）

第 卷 第 ` 期 1 5 9 9 3 年 月 1 1 2 七 京 科 技 大 学 学 报 1 o J u r n a l o f U n i v e r i o f 流 s y ts 代 a n n T 戊 d h o n l o B g y i i j e n g o l V 。 N 1 5 o 。 6 众叉 . 9 9 3 1 多孔 氧化 铝陶瓷 气孔率 对强度 的影 响 + 朱 时珍 苦 夏定 国 ’ 刘庆国 苦 摘要 加 入不 同量 的碳 粉作造孔剂 : , 挤 压 成型 、 烧结 , 获得气孔率 20 % 一 5 % 的多孔氧化铝陶瓷 。 研究 了 气孔率 及烧结程 度 对强 度的 影 响 。 对 试样的 强 度 与 气 孔 率按 不 同 方 程 拟 合 . 结 果表 明 : 当烧结 程 度 较低 时 , 强度份 ) 与气孔 率 (川 的关 系 对经 验 方程 口 = 氏 ( 卜 )P , 的 拟 合结果最 好 ; 当烧结 程 度较 高时 , 强度 与气孔率的关 系更符合经 验方程 ` 二 几 ex p ( 一 如 ) 。 经 验 常数 m , b , 。 。 与烧结程度有关 . 随着烧结程度 的提 高 , 这些值下降 。 关键词 : 氧化铝陶瓷 , 气孔 率 , 强度 , 碳粉 , / 多孔陶 瓷 中图分类号 : T G 148 E if 丫t P o ors ity o n S tre n g t h o f P o or us lA u ha n a + Z h “ hS i=h 朗 * 为口 D i n 级尹`o * L i u Q访级尹在。 * A卫S T R A C T : oP or us a l u n 刀n a c e ar 而。 忱re o b at i n de b y Pre Pa ir n g t h e s P O 口n r ns iw t h v a ior us a伽 u n ts o f ca r ob n Po dw e r t 曰尤 as Po re 一 of 刚gn am t ier a l . S a m PI岛 o f ofr m 20 % t o 5 5 马0/ P o or s ity we re s i n t e耐 . E伟戈t o f P o or s i t y a n d d ge re o f s P e cne n s i n te 阎 o n s t卿g t h we re i n ves t ig a 团 . I t 15 s h o w ht a t t h e s t 代爪g ht ( 。 ) o f s P aemns 初t h ch a gn ign p o or s it y (川 以n 忱 re P ~ dte b y t h e el n P试以1 qe au t i o n 口 = a 。 ( l 一 p ) ’ a t ol w d ge re o f s P痴me 川 s i n te 阎 o r 。 = a 群 P ( 一 b P ) a t h i g h d ge re o f s P e c l n l 沈巧 s in te 耐 . Th e O n P iir ca l co ns at n ts , n , a 。 a n d b is 、 d e Pen d en t o n t he d eg 戏 o f s P O 口 n 长n s s i n et 耐 . W ith i n c代习 s i n g o f t h e d eg er o f s P ~ s i n et 阁 , t h e va l u e o f 川 , J o a n d b d ~ se . hT e o in y 皿t h o d ot o b at i n t h e s P面皿 n s iw t h h ig h P o or s ity a dn s t enr g t h aw s b y a d d iti o n o f P o er 一 fo mu gn am et ir a l n o t b y d e c l℃a s i n g d e · g麟 o f s P e c l n 1( 比巧 s i n t e耐 . K E Y W O R I巧 : a l u 而 n i um o 泛de c aer m x 万 , po 心it y , s tr en g th , e a d 洲〕 n d us t / P o r o tjs ce ra rnj 。 多孔 透 气 陶 瓷 支持 管 是 固体 氧化 物 燃 料 电 池 基 本 组 成 部 分 , 一 般 由氧 化铝 或 氧 化错 制 成 。 要 求它 既有 好的 透 气性 , 即高的 气孔 率 , 又有 一定 的强 度 。 l , 93 一 0 6 一 21 收稿 第一作 者 : 女 . 31 岁 , 博士 + 国家 自然科学 甚金 资助项 目 , 物理化学系 ( 公甲川. 曰时 试 .、 州cs . 时 〔 俪睦扔 ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 06. 018

Vol.15 No,6 朱时珍等：多孔氧化铝陶瓷气孔率对强度的影响 635· 研究表明：陶瓷强度与气孔率有很大的关系。Bal'shin)首先提出脆性多孔陶瓷强度的 气孔率的关系： 0=60(1-p)m (1) Ryshkewitch2)和Duckworth(3)研究了多晶Al,O和ZnO,的强度与气孔率的关系，得出： G=goe-bn (2) 另一些研究者‘4,5)提到强度与气孔率成线性关系： 0=oo(1-dp） (3) 本文通过对多孔AO,陶瓷实验数据的拟合，比较这几个方程的优劣：明确工艺条件对 经验常数的影响，找出较好的工艺条件，获得高强的多孔陶瓷材料。 1试样制备及测试方法 1.1材料 本实验所用氧化铝为工业纯、平均粒径为0.8m最丰粒径为0.7m。 造孔剂为化学纯的碳粉，粒径小于1m。粘结剂为英国产的甲基纤维素450P. 1.2成型 所用试样全部采用挤管机挤压成型。加入造孔剂比例分别为(%)：10,15,20,25,30，外加 7%的粘结剂，充分混合成，再加入总量25%~30%的水、练泥，挤压成矩形试条。 1.3烧成 坯料千燥后.分别在1620℃，1650℃，1680℃，1705℃，1730℃于钼丝炉中富氧 烧结Sh。为了使碳充分燃烧，根据差热分析结果，在700℃保温5h。升温速率为2℃/min, 1.4气孔率测试 试样的气孔率由体密度和理论密度(3.97g/cm3)计算得到。 p=1 D. (4) D。一试样的体密度；D。一理论密度。 试样的体密度根据GB】966一80多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法，用煮沸排水法测定。 G:-G. Po-G2-G3 (5) G: DG:-G, (6) p.一显气孔率，D。一体密度， G一试样千重，G,一水饱和试样在空气中的重量， G一水饱和试样在水中的重量。每组试样为3个，取平均值。 1.5强度测试 采用3点弯曲测定试样的抗弯强度。为了消除表面因素对强度的影响，所有试样依次用

Vb l . 巧 No . 朱时珍等 6 : 多孔氧化铝 陶瓷气孔率 对强 度的影响 · 芍 6 · 研究表 明: 陶瓷 强度 与气孔率有很 大 的 关 系 。 a B l ’ 【 Sh n i ’ } 首 先提 出 脆性 多 孔 陶 瓷强 度 的 气孔 率 的 关系 : a “ 在 。 ( 一 户 l ) ` ( l ) R s hk y e w i cl t ` l , ’ 和 D u C k wo hrt ` ” 研究了多 晶 lA p , 和 z n O Z 的 强 度 与 气孔率 的关 系 , 得 出 : 叮 二 ` 。 e 一 ` , ( 2 ) 另一 些研 究者 `咚 、 5 ’ 提 到强 度 与气孔率 成线 性 关系 : 叮 二 “ 。 ( l 一 d 户 ) ( 3 ) 本文 通过 对多孔 赶p 3 陶瓷 实 验数据 的拟合 , 比较 这几 个方 程 的优 劣 ; 明确 工艺 条件对 经 验常数 的影 响 , 找 出较 好的工 艺 条件 , 获得 高强 的多孔陶 瓷材料 。 1 试样制 备及测试方法 1 . 1 材料 本实验所用 氧化铝 为工业纯 , 平均粒径 为 .0 8 户m , 最丰粒 径为 .0 7 户m 。 造孔 剂 为化学纯 的碳 粉 , 粒径 小于 1 环m 。 粘 结 剂 为英国 产 的 甲基纤维素 45 0P 。 1 . 2 成型 所 用试 样全部 采用挤管机挤压成 型 。 加人 造孔剂比 例分别 为 ( % ) 二10 , 15 , 2几 25 , 30 , 外加 7 % 的粘结剂 , 充 分混合成 , 再加 人总量 25 % ~ 30 % 的水 、 练泥 , 挤压 成矩 形 试条 。 1 . 3 烧成 坯料 干燥 后 , 分 别在 1 6 2 0 aC , 1 6 5 0 aC , 1 6 8 0 oC , 1 7 0 5 ℃ , 1 7 3O aC 于 铝 丝炉 中富 氧 烧 结 h5 。 为 了使碳充 分燃烧 , 根据差 热分析结 果 , 在 7 0 ℃ 保温 h5 。 升 温速 率为 2 ℃ /~ 。 1 . 4 气孔率测试 试样 的气 孔率由体密 度和理论密度 (3 . 9 79 /助平) 计算得 到 。 _ , D 。 尸 一 l 一 下又一 L, 。 ( 4 ) D 。 一 试 样的体密度 ; D 。 一 理 论密度 。 试样 的体 密 度根 据 6 B 1 9 6 一 80 多孔 陶 瓷显气孔 率 、 容 重 试验方法 , 用煮沸 排水 法测 定 。 、 一 少、.r. 、é 6 G 了`、口几了、 Z 一 G 户 a 二 G 之一 G 。 D 。二 G l G : 一 G 。 夕厂 显 气孔 率 , D b一 体 密度 , G l一 试样干重 , G 厂 水 饱和试 样在 空 气 中的重量 , G 厂 水饱和 试样 在 水 中的重量 。 每 组 试样为 3 个 , 取 平均 值 。 1 . 5 强度 测试 采用 3 点弯 曲测 定试 样 的抗弯强度 。 为 了 消 除表 面 因 素对 强 度 的影 响 , 所 有试样依次 用

.636 北京科技大学学报 1993年No.6 200、400、600号水砂纸仔细研磨平整。试样尺寸约为4mm×6m×40mm。抗弯强度按下 式计算： 3PL 0之 2bh2 (7) a一试样的抗弯强度(MPa),L一跨距(26mm),b,h一分别为断口处的宽度和厚度 (mm),P一折断时的负荷(N)。每组为5个试样，取平均值. 2 结果及讨论 表1为试样气孔率与强度的测试结果 表1试样的强度和气孔率 Table 1 Strength and porosity of the specimers 烧结 气 率，% 强 度/MPa 温度10%C15%C20%C25%C30%C10%C15%C20%C25%C30%C 1620℃ 36.5 42.0 46.】 49.2 52.1 40.0 28.121.816.913.1 1650℃ 32.0 38.0 43.0 47.2 0.2 55.9 41.2 29.1228 18.1 1680℃ 27.5 34.0 39.5 44.5 48.2 72.0 50.237.0 29.1 23.0 I705℃ 24.5 30.5 36.5 42.0 46.1 78.5 58.0 42.533.5 26.8 1730℃ 22.0 28.】 34.0 39.1 43.2 95.0 72.8 59.147.9 40.7 气孔率测试结果表明，试样总气孔率与显气孔率很接近，相差不大于1%，可以认为试 样的气孔全部为开气孔，有利于透气。 我们先假定经验常数与烧结程度无关，把所有数据纳入方程进行拟合。分别对方程(1)， 方程(2)和方程(3)拟合.结果为g=243.18(1-p卫刀相关系数为0.952；8=387.4e09相关系 数为0.9396=139.19(1-1.79p)相关系数为0.948.总的来说相关系数不大，拟合效果不 太好。相关系数R是表征拟合效果好坏的参数。图1是所有试样的强度与气孔率关系以及 按方程(1)和方程(2)拟合的结果。 00(a) g=387.14ep{-6.01p） (b) g=243181-py刀 R=09剪 月m095 80 60 o 0 0 到 0 40 20 人 9 0 .10.20.30.40.50.6 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 气孔率P In(1-P) 图1所有试样的强度与气孔率的关系 Fig.1 Relation between strength and porosity for all specimens

6 3 6 北 京 科 技 大 学 学 报 l 卯3 年 N o . 6 20 、 4 0( ) 、 6 0 号 水 砂 纸 仔 细研磨 平整 。 试样 尺寸 约 为 4 11叻 x 6 l x 4 n n 0 l 几 抗 弯强 度 按 下 n 式计算 : 3 厂生 2 尸 b ( 7 ) 6 一 试样 的抗弯强 度 ( ) a M P , 无一 跨距 ( 2 6 n 刀n ) , b , h一 分别 为 断 口 处的 宽 度 和 厚 度 ( 扣n l ) , 产一 折断时 的 负荷 ( N ) 。 每组 为 5 个 试样 , 取平 均值 。 2 结果及讨论 表 l 为试样 气孔 率 与 强 度的测 试结 果 . 表 1 试样的强度和气孔率 护 n 汕上 1 5妇唱d . . 日 脚川月y 成 血 s 脚自 .川 烧 结 气 孔 率 , % 强 度 Z M P恤 温 度 10 % C 15 % C 为 % C 25 % C 30 % C 10 % C 一5 % C 扮% C 2 5% C 30 % C 1 6 20 ℃ 36 . 5 肛 0 .46 1 49 . 2 5 2 . 1 刃 0 28 . 1 2 1 8 1 6 9 13 , l 1 6父 ℃ 32 . 0 38 . 0 43 . 0 47 . 2 撇2 5 5 . 9 4 1 . 2 扮 . 1 2 . 8 18 . 1 ! 〔乏幻℃ 27 . 5 34 . 0 39 . 5 .4 5 48 . 2 72 . 0 见 . 2 37 . 0 四 . 1 23 0 1 70 5 ℃ 24 . 5 .30 5 36 . 5 42 . 0 版 1 7 8 . 5 58 . 0 4 2 . 5 33 . 5 .26 8 1 7刃 ℃ 2 . 0 2 8 . 1 又 0 39 1 4 3 . 2 95 . 0 72 . 8 59 . 1 47 . 9 呱 7 气孔 率 测 试结果 表 明 , 试样 总气孔 率与显 气孔 率 很接近 , 相 差 不大 于 1 % , 可 以 认 为试 样 的气孔 全部 为开气 孔 , 有 利于透气 。 我 们先 假定 经验 常数 与烧 结程度 无 关 , 把 所有 数据 纳 人方程进行拟合 。 分别 对方程 ( 1) , 方程 ( 2 ) 和方程 ( 3 )拟 合 。 结果 为 。 = 2 4 3 . 1 8 ( 1一 p 犷 力 相关系 数为 0 . 9 5 2 ; , 二 3 8 7 , 4 e 一 “ ” , 9 相 关系 数 为 0 . 9 39 ; 。 二 139 . 19 ( 1一 1 . 79 p ) 相 关 系数 为 0 . 94 8 。 总 的 来 说相 关 系数 不 大 , 拟合效 果 不 太好 。 相 关 系数 开 是 表征拟合效 果 好坏的参 数 。 图 1 是所有 试 样 的 强 度 与气 孔 率 关系 以 及 按方 程 ( 1) 和方 程 ( 2) 拟合的结果 。 lo 体万 ~ 1 ` · 哭 7 J 4 e 蕊p t 一 6乃 I P ) 盆, 一众 , 39 万而 叮 . 2 4 3 · 18 ( l 一 P ) , , 月盈 . 众 , 交 8 0 卜 。 芝己\三。 4060 侧燃己芝, 0 1 0 , 2 0 3 0 , 4 0 . 5 0 , 6 一 0 名 气孔率 P 一 0 . 6 一 众4 一 。 2 恤 ( l 一 P ) 图 l 所有试样的强度 与气孔率的关 系 瑰 . 1 R d巨位阅 .以. . ” 劝旧嗯山 田目 p嘴 .应》 俪 汕 娜. , . .

Vol.15 No.6 朱时珍等：多孔氧化铝陶瓷气孔率对强度的影响 ·637 为了验证经验常数与烧结程度的关系，把不同温度烧结的试样分开拟合，结果如表2， 效果非常好。特别是方程(1)和方程(2)相关系数都接近1。 表2不同温度烧结试样的拟合方程 Table 2 The epuation fitted for the specimens sintered at different temperature 烧结温度方程(1)R2 方程(2) R2 方程（3) R2 1620℃ g=240.36(1-p)3g- 0.988 6=544.22-53w 0.993c=101.44(1-1.69p）0.990 1650℃ 6=230.53(1-p6 0.999 6=423.24e-501 0.996 6=121.62(1-1.73p)0.987 1680℃ G=205.26(1-p月35 0.997 6=320.40e467 0.999 6=132.42(1-1.76p)0.971 1705℃ 6=185.24(1-p)3.15 0.996 G=260.00e44 0.999 g=132.70(1-1.78p）0.974 1730℃ g=179.04(1-pys 0.996 G=225.17e4m 0.999o=147.28(1-1.72p)0.981 图2为1650℃烧结试样强度和气孔率的关系及按方程(2)拟合的结果。拟合的结果 表明：在轻烧，即较低的烧结温度(1620℃、1650℃)情况下，方程(1)的相关数量最大，其次是 方程(2)，最差的是方程(3)；在较高的温度下烧结，试样的强度与气孔率的关系更符合方 程(2)，方程(3)同样最差，说明方程(3)不合适，不考虑。 6 g=423.24p(-5.01P 口=230.531-p' R'=0.% 4.0 R'=0.99 50 40 装0 20F Io (a) 0.3 0.4 0.5 0.6 86 -0.80-0.70-0.60-0.50-0.40 气孔率P n(1-P) 图210℃烧结试样的强度与气孔率的关系 Fig.2 Relation between strength and porosity for the specimens sintered at 1650 C 随着烧结温度的提高，各个方程中的气孔率为零时的计算强度ō减少。按文献报道， 各方程中的计算强度σ不随烧结程度而变化。这一点与我们的结果不同。我们认为这与随 着烧结温度的提高晶粒长大有关。Kundsen[ol曾提到强度是粒径的减函数，所以随着晶粒的长 大，强度相应减少，co下降。文献资料报道[7,8]致密氧化铝的强度范围很宽，从200~1000MPa。 我们的实验计算结果对方程(1)co179~240MPa稍低。对方程(2)σo225~544MPa,正好在 这个范围内，符合得较好。从σ值以及相关系数来看，方程(2)更符合我们的实验结果。 b或m值随烧结温度的提高而下降，与文献报道一致。Coble1等研究表明对A1,O,抗 弯强度b=4.对A1,O,的抗压强度b=8-9,对ZO,抗压强度b=7,Knudsen!6]研究表明： 对CrO,抗弯强度b=5.5-6.5,对Ti02抗弯强度b=3.7-5.5。Spriggs91对A10,抗弯强度 研究结果是b=5,Dutta【4】对Si,N,抗弯强度研究结果是b=5,Duta对SN4抗弯强度研究 b=3~6。而我们的结果对A1,0,抗弯强度是b=4~5.4,与这些结果相一致

V o l . 5 N b 1 . 6 朱时珍等 多孔氧化铝 陶瓷气孔率 对强度的 影响 : · 6 7 3 · 为了 验证 经验 常 数 与烧结 程 度 的 关 系 , 把不 同 温 度烧 结 的 试 样 分 开 拟 合 , 结果 如表 2, 效果 非常 好 。 特别 是方 程 ( l) 和方 程 ( 2) 相 关系数都接 近 1 。 表 2 不同温度烧结试样的拟合方程 1恤 U巨 2 l h 甲 . 山犯 业曰 肠 触 卿曰国 . 生` 幽助即曰 at 击压欢赚 抉 . 少份加 比 烧结温度 方 程 ( l ) R Z 方 程 ( 2 ) R Z 方 程 ( 3 ) R , 1 6为 ℃ 。 = 24(j . 36 ( l 一 p ) 3 ” 0 . 98 。 = 州 . 逸 一 5 3 8 0 . 卿 a = 10 1 4 ( 1一 1 . 6 9尸) -0 1刀 ) 1 6 50 ℃ 。 = 23() . 53 ( l 一 p 了 6 , 0 . 卿 。 二 妮3 . 腌 一 S D` 0 . 卯 6 a 二 121 . e ( l 一 x . 73 p ) 0 . 98 7 l硼 ℃ 。 二 2D 5 . 26 ( l 一 p 护 , , o 卯7 。 = 3加 . 众 一 4乃7 0 . 卿 a 二 1 32 . 犯 ( l一 7 6P ) 0 . 9 7 1 1 70 5 ℃ 。 二 18 5 , 24 (l 一 川31 , 0 . 姚 。 二 珊 . 眼 一 4 0 . 卿 。 二 13 .2 70 l( 一 1 . 7即) 0 . 9 74 1 730 ℃ 。 二 1 7 9 . 汉 ( 1一 p 了 6 , 0 . 哪 。 二 刀5 . 1龙 一 4 刀, -0 卿 。 二 一盯 . 2 5 (l 一 锄) 住 9 51 图 2 为 16 50 ℃ 烧 结试 样 强 度和 气 孔率 的 关 系 及 按 方 程 ( 2) 拟 合 的 结果 。 拟 合 的 结 果 表 明 : 在 轻烧 , 即较低 的 烧结温度 ( 162 0 ℃ 、 1 65 0 ℃ ) 情况下 , 方程 ( l) 的相 关数 量最大 , 其次是 方 程 ( 2) , 最 差 的 是 方程 ( 3) ; 在 较高 的温 度 下烧 结 , 试 样的 强 度与气 孔率 的 关 系更 符 合 方 程 (2) , 方程 ( 3) 同样 最差 , 说 明方程 ( 3) 不合 适 , 不考 虑 。 口 = 4 2 3 . 24 ex P ( 一 5 . 0 1 1, ) 只 ,二 0 . 吟6 口 = 2 刃 ” `卜 )P 玉 匕 R 卫二 众 望洲〕9 32640 ǎ ”署一d 匕 à三 30旬452 己芝ù侧七燃 :。迎 0 . 4 0 5 气孔率 夕 2 . 8 ` 一 - 盛一止目公一 一 0 . 80 一 0 . 70 一 0 . 60 一 0 . 5 0 一 0 . 40 I n ( 1一 p ) 图 2 1 6引】℃ 烧结试样 的强度与气孔率的关 系 F 电 . 2 R d匕山犯 晚加田1 劝 m 啥山 田 日 脚俪ty 阮 胶 娜幽工n 曰` 浦的加“ 月 at l 叹引) ℃ 随着烧结温度 的提 高 , 各个 方程 中 的 气 孔 率 为零 时 的 计算 强 度 。 。 减 少 。 按 文 献 报道 , 各方程 中的计算 强 度 。 。 不随 烧结 程度 而变 化 。 这一 点 与我们 的 结 果 不 同 。 我 们 认 为这 与 随 着烧结 温度 的提 高 晶粒 长大有关 。 K un 山沈 n [ “ ] 曾提到 强 度是 粒径 的减 函数 , 所 以 随着 晶粒 的长 大 , 强度 相应 减 少 , a 汗降 。 文 献资 料 报道 7[ , 8」致密氧化铝 的强 度 范围很 宽 , 从2 0() ~ l 0( 刃 M aP 。 我 们的实 验计算结 果对 方程 ( l ) a 。 1 79 ~ 240 M P a 稍 低 。 对 方程 ( 2 ) a 。 2 2 5一 5 4 M P a , 正 好在 这个 范 围 内 , 符合得较好 。 从 。 。值 以 及相 关 系数来 看 , 方程 ( 2 ) 更符 合 我们 的实验结果 。 b 或 m 值随烧结温 度的提高而 下 降 , 与 文 献 报道一 致 。 C o b le 阴 等研究表 明 对 lA 户 : 抗 弯强度 b 二 4 , 对 川p : 的 抗 压强 度 b = 8 一 9 , 对 z 州〕 2 抗压 强 度 b = 7 , nK u d s en { “ 〕研 究 表 明 : 对 COrz 3 抗弯 强度 b = 5 . 5 一 6 . 5 , 对 IT O Z 抗 弯强 度 b 二 3 . 7 一 5 . 5 。 S p n g gS I g l 对 lA 户 3 抗 弯强 度 研 究结 果是 b 二 5 , uD at [ 4 ] 对 5 1少火抗弯强度研究结 果 是 b 二 5 , D u t at ` 4 J对 S N4I 抗弯强度研究 b 二 3 一 6 。 而 我 们 的 结 果对 lA 户 。 抗 弯 强 度 是 b 二 4 一 5 . 4 , 与 这些 结 果 相 一 致

.638. 北京科技大学学报 1993年No.6 Bal'shin'I对金属陶瓷的抗拉强度的研究表明m=3~6,Dutta'41对SiN,抗弯强度的研究表 明m=2.5一5.0，其结果对A1,0抗弯强度m=2.6~4.0,具有可比较性。 b值或m值是强度随气孔率变化速率的一种量度。如果认为强度的变化是由于颗粒间接 触面积的变化，b或m值同样是接触面积随气孔率变化速率的一种量度。基于这种假设，可 以解释b或m与烧结温度的关系。 颗粒间的接触面积受控于体扩散迁移， 而气孔率只受控于表面扩散迁移。接触面积 0-35% 生长速率对气孔下降的关系取决于这两类迁 70 9=40% 0 移机制的相对速率。由于这两类迁移速率与 垂=45% 0 温度的关系不同，所以颗粒间接触面积与气 0 0 孔率的变化速率随烧结温度而变。b或m值 解释为这种速率的量度，从烧结温度提高，b、 叭 m下降来看，随着温度的提高，体扩散迁移 相对于表面扩散迁移加快。 10L 0 10 2030 0 由不同比例造孔剂制备的试样达到相同 碳粉加入量，% 气孔率时的烧结程度肯定不同。造孔剂多的 试样要达到造孔剂少的试样的强度，必须提 田3加入不同量碳粉制得的试样在同一气孔 高烧结程度。烧结程度的提高有助于强度的 率下的强度比较。 提高。图3是在某气孔率下，加入的造孔剂 Fig.3 Strength of samples obeained by preparaing 量与试样强度的关系。 the specimens with various amounts of carb -on powder at the certain porosity 3 结 论 (1)多孔氯化铝陶瓷，当烧结程度低时，强度与气孔率的关系对经验方程σ=σ(1一p) 拟合结果最好；当烧结程度高时，强度与气孔率更符合方程g=G。p, (2)经验常数b,m和σ。与烧结程度有关。随着烧结温度的提高、b,m,σ值下降， (3)要获得高气孔率高强度的试样，只有靠加入造孔剂而不能靠降低烧结程度来获得。 参考文献 I Bal'shin M Yu.Doklady Akad Sci U SS R,1949,76(5):831 2 Ryshkewitch Eugene.J Am Cera Soc,1953,36(2):65 3 Duckworth Winston.J Am Cera Soc,1953,36(2):68 4 Dutta S K,Mukhopadhyay A K and Chakraborty D.J Am Cera Soc,1988.71(11):942 5 Salib S and Vipulanandan C.J Am Cera Soc,1990,73(8):2323 6 Kundsen F P.J Am Cera Soc,1959.42(8):376 7 Coble R L and Kingery W D.J Am Cera Soc.1956.39(1):377 8金格瑞WD.清华大学无机非金属材料教研组译.陶瓷导论.北京：中国建筑工业 出版社，1987.796 9 Spriggs R M.J Am Cera Soc.1962.45(9):454

3 北 京 科 技 大 学 学 报 卯3 年 6 8 l N 6 . 6 a in r s Bh ( ` 对金属 陶 瓷的抗拉 强度 的研 究表 明 ! , 二 3 一 6 , uD at 1 4 ) 对 5 1凡 抗 弯 强度的研究表 明 。 = 2 . 5 一 5 . 0 , 其结 果 对 lA 户 3 抗 弯强 度 m 二 2 . 6 一 4 . 0 , 具 有 可 比较 性 。 b 值或 m 值是 强度 随 气孔率变化速 率的 一种量 度 。 如果 认 为强度 的变 化是 由于 颗粒 间 接 触 面积的 变化 , b 或 m 值 同样 是接触 面 积 随气孔 率变 化 速率 的一 种量度 。 基 于这 种假 设 , 可 以 解释 b 或 。 与烧结 温 度的 关系 。 颗粒 间的接 触面 积 受 控于 体 扩 散迁 移 , 侧嗽一己芝。 而 气孔 率 只 受控 于 表 面扩 散迁 移 。 接 触 面积 生 长速 率 对气孔 下 降 的关 系取 决于这 两类 迁 移机制 的相 对速 率 . 由于 这两类迁移 速率 与 温度 的关 系不 同 , 所 以 颗粒 间接 触 面积 与气 孔率的变化 速 率随烧 结 温 度而 变 。 b 或 。 值 解释为这 种速率 的量 度 , 从烧结温度提 高 , b 、 。 下 降来 看 , 随 着温 度 的提 高 , 体扩 散迁 移 相对 于表 面扩 散迁 移加 快 . 由不同 比例造 孔 剂制 备 的试 样达到 相 同 气孔 率 时的烧 结程 度 肯定 不 同 。 造 孔 剂多 的 试样 要达 到造 孔 剂少 的 试样 的强度 , 必须提 高烧 结程 度 。 烧结 程 度 的提 高有助 于强 度 的 提 高 。 图 3 是在 某 气孔 率 下 , 加 人的造 孔 剂 量 与试 样 强度 的 关 系 。 0 . 3气 竹 O , 幻 % O . , 43 % O O O O . . . . 1 1 1 , 1 . 碳 粉加 人 t , % 图 3 加入不同 , 碳粉制得的试样在同一气孔 率下 的强度 比较 。 「殆 . 3 5饥魂山 苗 翻 .川韶 d 山血能 d 勿 脚月琳 . . 份 目健 甲叹 . . . 初山 . r. 加 . . n . . 由 J 口由 一 翻 脚川七 at 触 。 牙 . 加1 附成 ty 结 论 ( l) 多孔 氮 化铝 陶瓷 , 当烧结程 度低 时 , 强 度 与 气孔 率的关 系 对经验 方程 , 二 。 。 ( ! 一 川 “ 拟 合结 果最 好 ; 当烧结 程度 高 时 , 强 度 与气孔 率 更符 合方 程 。 二 叮 。 e 一 叭 ( 2) 经 验 常数 b , m 和 。 。 与烧结 程度有 关 。 随着 烧 结温 度 的提 高 , b , 。 , a 。 值下 降 。 〔3) 要 获得 高气孔 率 高强 度 的试样 , 只有 靠 加 人 造 孔剂而不 能 靠 降 低 烧结 程 度 来 获得 。 参 考 文 献 1 B a l ’ s h i n M Y u . 公 〕 k l a d y kA a d s d U S S R , 1 9 4 9 , 7 6 ( 5 ) : 8 3 1 2 R ys h k e iw t e h E u g e n e . J A m C e ar S o c , 1 9 5 3 , 3 6 ( 2 ) : 6 5 3 D u e k ow rt h W ins t o n . J An l C e m S o c , 1 9 5 3 , 3 6 ( 2 ) : 6 8 4 D u t at S K , M u k h o P a d h ya y A K a nd C h a k ar bo rt y D . J A m eC ar S o e , 1 98 8 . 7 1( 1 1) : 94 2 5 S a lib 5 a nd V IP u la na n d a n C . J A m eC ra S o c , 1 9 9 0 , 7 3 ( 8 ) : 2 3 2 3 6 K u dn sen F P . J A n 1 eC 份 S o e , 1 9 5 9 , 4 2 ( 8 ) : 3 7 6 7 C o b le R L a n d K in ge ry W D . J A m C e rd S o c , 1 9 5 6 , 39 ( 1 ) : 3 7 7 8 金 格 瑞 W D . 清 华 大 学 无机 非 金属 材 料 教 研组 译 . 陶 瓷 导论 . 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版社 , 1 9 8 7 . 7 9 6 9 S P ir g gS R M . J A m C e ar S o c , 1 9 6 2 , 4 5 ( 9 ) : 4 5 4