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Influence of Additives on Microstructure and Mechanical Properties of Alumina Ceramics

材料科学 断裂韧性 微观结构 复合材料 陶瓷 脆性 抗弯强度 韧性 增韧 复合数 立方氧化锆 制作 医学 替代医学 病理
作者
Weili Wang,Jianqi Chen,Xiaoning Sun,Guoxun Sun,Yanjie Liang,Jianqiang Bi
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (8): 2956-2956 被引量:12
标识
DOI:10.3390/ma15082956
摘要

Alumina is one of the most commonly used and researched structural ceramic because of its excellent properties. However, its intrinsic brittleness is the fatal drawback, which hinders it from wider applications. How to improve its fracture toughness as well as the bending strength is always challenging for material researchers. In this paper, alumina matrix composites were fabricated by hot-pressing, in which some additives, including zirconia, alumina platelets, and MXene, were incorporated. The influence of the introduced additives on their microstructure and mechanical properties was investigated. Compare with the monolithic alumina, both bending strength and fracture toughness of all samples were improved greatly. Incorporation of zirconia was beneficial to the mechanical properties due to the phase-transformation strengthening and toughening mechanism. While alumina platelets resulted in high fracture toughness because of the self-toughening of elongated grains. The synergistic effect of alumina platelets and MXene enormously improved the fracture toughness from 2.9 ± 0.3 MPa·m1/2 for monolithic alumina to 7.5 ± 0.4 MPa·m1/2 for the composite, which was increased by 159%. This work will provide useful references for the fabrication of high-strength and high-toughness alumina ceramics by introducing additives properly.
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