Y2O3添加对无压烧结Al4O4C陶瓷致密化与力学性能的调控机制研究

本研究针对Al4O4C陶瓷致密化困难与力学性能不足的问题，通过无压烧结技术系统探究Y2O3添加量对材料相组成与性能的影响。发现3wt% Y2O3可使弯曲强度达197.3MPa，5wt%时维氏硬度与断裂韧性分别提升至14.3GPa和2.6MPa·m1/2，为高性能陶瓷设计提供新思路。

　　

论文解读：

在先进结构陶瓷领域，Al₄O₄C因其独特的碳氧化铝结构备受关注，但传统制备方法面临致密度低、机械性能不稳定的瓶颈。如何通过工艺优化突破这一限制，成为材料科学家亟待解决的难题。

研究人员采用无压烧结技术（pressureless sintering），系统研究Y₂O₃添加对Al₄O₄C陶瓷的影响。通过1800°C×3h烧结工艺，发现Y₂O₃与基体反应生成Y₃Al₅O₁₂(YAG)第二相，这种原位形成的YAG相显著提升材料致密度。力学性能测试显示：3wt% Y₂O₃添加使弯曲强度达到197.3MPa，5wt%时则获得最优硬度(14.3GPa)和断裂韧性(2.6MPa·m^1/2)。该成果发表于《Materials Characterization》，为高性能碳氧化铝陶瓷的组分设计提供了定量依据。

关键技术包括：X射线衍射(XRD)相组成分析、维氏硬度计力学测试、扫描电镜(SEM)显微结构观察等。

【主要结果】

1. 相组成演变：Y₂O₃添加量超过3wt%时，YAG相衍射峰强度显著增强，表明其促进Al₄O₄C晶界迁移。
2. 致密化行为：5wt%添加组相对密度达98.2%，YAG相填充晶界孔隙的机制被SEM证实。
3. 性能优化：断裂韧性提升源于YAG相引发的裂纹偏转效应，硬度增长与致密度呈正相关。

结论指出，Y₂O₃通过调控YAG相含量实现"晶界工程"，该研究不仅阐明添加剂作用机制，更建立了组分-结构-性能的定量关系，为开发耐高温结构陶瓷奠定基础。讨论部分强调，未来可通过YAG相形貌调控进一步优化性能，这一发现对航空航天领域耐极端环境材料开发具有指导价值。