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激光快速凝固法制备的纳米结构Al2O3-ZrO2共晶层的微观结构表征

DOI：10.1016/j.apsusc.2019.01.096 期刊：Applied Surface Science 出版年份：2019 更新时间：2025-11-28 14:24:20
摘要： 本工作通过激光辐照快速凝固工艺，在常规烧结的Al2O3-ZrO2陶瓷表面制备出厚度约1000微米、无裂纹和孔隙的纳米结构Al2O3-ZrO2共晶表层。采用扫描电子显微镜和拉曼光谱表征了熔池形貌与微观结构，建立了熔池几何形态随激光功率和扫描速度的演变规律：低速时熔池俯视图呈圆形，高速时逐渐演变为椭圆形。激光重熔层表面发现尺寸为100-200微米的孤立Al2O3-ZrO2共晶团簇，其形成于自发形核的枝晶状ZrO2核心周围，共晶团簇相间距为190-280纳米。对数坐标下共晶间距随生长速率的变化基本符合线性关系λ=KV-0.4（二元回归分析）。根据Jackson-Hunt共晶凝固理论（JH理论）预测，共晶间距与生长速率的平方根倒数成正比，比例常数为3.32。该共晶团簇由α-Al2O3、t-ZrO2和m-ZrO2相组成，其中α-Al2O3和t-ZrO2为主导相，m-ZrO2相含量随激光扫描速度降低而增加。
作者： Zhi-Gang Wang，Jia-Hu Ouyang，Yu-Jin Wang，Ling-Yun Xie，Yong-Hui Ma，Zhan-Guo Liu，Abdelkhalek Henniche，Yang Wang
机构： Harbin Institute of Technology
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过激光快速凝固法研究纳米结构Al2O3-ZrO2共晶层的制备与微观结构表征。

研究成果

通过激光快速凝固成功制备了Al2O3-ZrO2共晶的纳米结构表面层。该共晶团簇由α-Al2O3、t-ZrO2和m-ZrO2相组成，其中m-ZrO2相含量随激光扫描速度降低而增加。共晶间距与生长速率的反平方根关系符合JH理论预测。

研究不足

工程陶瓷原位表面纳米结构化工艺的实际应用仍不明确，这既受限于其脆性导致的小面积处理范围，也受限于凝固前沿推进过程中产生的气泡滞留问题。

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