氧化铝纳米粉对耐火材料力学性能和烧结性能的影响

1、对力学性能的影响

纳米粉体材料具有以下优良的性能：极小的粒径、大的比表面积和高的化学活性，可以显著提高材料的烧结致密化程度、节省能源。在耐火材料中加入一定量的纳米粉末，材料的强度和韧性会显著提高，耐火材料的其它性能也得到极大改善。一般认为纳米粉体对耐火材料力学性能的影响因素有以下几点：

(1)晶粒细化因素。在耐火材料中加入纳米粉体可抑制基体晶粒的长大，使组织结构均匀化，从而改善材料的力学性能。

(2)微结构因素。在微米体系中，微米尺度的第二相颗粒分布在基体晶界处。在微米一纳米复合材料中，除一定量纳米颗粒仍处于基体晶界上外，大部分纳米颗粒在基体中形成内晶型结构。内晶型结构的形成对材料力学性能有以下影响：①残余应力引起裂纹偏转或裂纹被钉扎来提高材料的断裂功从而提高材料韧性;②微米晶粒的潜在纳米化。“内晶型”结构的形成使基体内产生大量的亚晶界和潜在微裂纹，亚晶界的产生使基体更加细化是材料强度进一步提高的主要原因之一;③纳米化效应有利于穿晶断裂的诱发。穿晶断裂的诱发一方面是由于晶体内纳米颗粒的钉扎作用，使基体主晶界强化;另一方面是晶内纳米颗粒引起的基体晶粒纳米效应。由于以上效应使主晶界强化，主裂纹不沿微米基体晶界扩展而沿基体晶粒内扩展，而在晶内纳米颗粒附近存在的残存应力场，会使裂纹发生偏转、钉扎，从而使裂纹扩展路径十分曲折、复杂且多处受阻。因此，认为诱发穿晶断裂是使材料增强增韧的重要因素。