1 中国建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100024
2 中国国检测试控股集团股份有限公司，北京 100024
陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效，但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰，本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响，包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以及相适配的界面剪切应力，按质量分数比1∶1将莫来石和氧化铝混合磨成浆料涂覆在预烧后的氧化铝基体上，经无压烧结后，涂层与基体紧密结合，随着温度下降，2种材料不同的收缩率和界面约束形成表层残余压应力，从而实现氧化铝复合陶瓷的预应力强化，进而测试了该材料的各项力学性能。结果表明：预应力涂层有效提高了基体材料的弯曲强度，提高了38.9%；断裂韧性提高了36.5%，弹性模量稍降、硬度下降代表了涂层材料的性能。通过这些力学参数，计算得到复合氧化铝陶瓷的损伤容限从0.389 4 m1/2提升至0.452 7 m1/2，提高了16.26%。
损伤容限 预应力强化 氧化铝陶瓷 莫来石涂层 damage tolerance prestressed reinforcement alumina ceramics mullite coating
在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上, 无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石-氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预应力强化。结果表明：随着涂层中石英掺量增加, 预应力氧化铝的强度出现先增大后减小的趋势; 当涂层中掺入石英的质量分数为15%时, 预应力增强效果最好, 涂层与基体界面结合紧密, 预应力氧化铝陶瓷的弯曲强度达到(549.44±27.2) MPa, 比普通氧化铝的强度提高了37.19%; 当涂层中掺入石英的质量分数增大到15%以上, 由于烧结收缩不匹配反而引起强度下降; 这种预应力增强效果会随着温度升高逐渐减弱, 当测试温度达到并超过1000 ℃时, 预应力氧化铝和普通氧化铝会具有大致相等的抗弯强度。由于表层压应力的存在, 预应力氧化铝还展现出更好的抗热震性能和损伤耐受性。
预应力强化 氧化铝陶瓷 低膨胀系数 弯曲强度 抗热震性能 pre-stressed strengthening alumina ceramics low coefficient of thermal expansion flexural strength thermal shock resistance
