氧化铝陶瓷低温特性研究.pdfVIP

第40 卷 增刊1 稀有金属材料与工程 Vol.40, Suppl.1 2011 年 6 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING June 2011 氧化铝陶瓷低温特性研究 谢志鹏，薛伟江，陈海波 (清华大学 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084) 摘 要：研究了α-Al O 含量分别为99%和92% 的氧化铝陶瓷（以下分别简称99 和92 氧化铝陶瓷）在室温和低温下（293 ， 2 3 195 和 77 K ）的力学和热学性能。结果表明：两种氧化铝陶瓷的抗弯强度变化规律相同且变化幅度都较小，说明玻璃 相的存在并没有对氧化铝的低温强度造成显著影响；99 氧化铝的断裂韧性随温度降低线性升高，而由于晶界玻璃相的 存在，92 氧化铝的断裂韧性在77 K 时有所降低。热学性能测试表明，两种氧化铝的热导率随温度的变化规律一致。99 和92 氧化铝在20 K 时的热导率分别为4.1 和 1.7 W/(m·K)，远远小于不锈钢的热导率14.7 W/(m·K)。因此，如果采用 氧化铝陶瓷替代不锈钢作为超导绝缘支撑材料可以大大降低系统的漏热，提高超导磁体的稳定性。 关键词：氧化铝陶瓷；力学性能；低温；玻璃相 中图法分类号：TQ174.75+ 8.11 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2011)S1-597-03 材料性能与其服役环境的关系一直以来都是人们 研究的重点，作为服役环境最重要的参数——温度，对 Pt resistance Pressure thermometer (P) 材料性能的影响更是受到了人们的广泛关注。随着科学 技术的不断进步，低温或超低温技术的应用不断拓展， 对材料的要求也越来越苛刻。作为一种室温和高温下性 能优异的材料，先进结构陶瓷在低温环境下性能研究较 Liquid Double-layer refrigerant 少。目前，陶瓷材料低温性能的研究报道仅有相变增韧 stainless steel case 的陶瓷材料，包括Mg-PSZ[1,2] 、Ce-TZP[3,4]和3Y-TZP[5] Sample Solid stainless steel base 陶瓷。 然而，氧化铝陶瓷作为一种重要的结构陶瓷材料， 图1 陶瓷材料低温力学性能测试装置 在低温下的性能研究却非常少，只有 Nobuhisa 等人[6] Fig.1 Apparatus for measurement of cryogenic mechanical 测试了氧化铝陶瓷的低温强度和韦伯模数，发现氧化铝 properties 陶瓷的强度随温度降低线性升高，4 K 时约为室温的1.5 倍，而韦伯模数却在77 K 时出现最大值。本研究对99 料万能试验机（型号为AG-IC ，岛津公司）进行测试， 和92 氧化铝陶瓷在室温和低温下（293 ，195 和77 K ） 测试温度分别为 293 、195 （制冷剂为干冰+ 乙醇）和 的力学和热学性能进行详细研究，并探讨氧