张鲁，刘陆群，唐赛，马运柱，刘文胜

温度和晶粒尺寸及分布影响下的氧化铝纤维烧结晶粒长大的相场模拟

张鲁，刘陆群，唐赛，马运柱，刘文胜

(中南大学 轻质高强国家级重点实验室，长沙 410083)

采用相场法对溶胶凝胶法制备氧化铝纤维的高温烧结中α-Al2O3晶粒的生长进行仿真模拟，并结合实验，研究不同烧结温度和不同初始尺寸的α-Al2O3晶粒长大行为及动力学规律。相场模拟和实验结果均表明，在 1 200～1 500 ℃烧结温度范围内，晶粒生长速率随烧结温度升高而明显增大，其中1 400～1 500 ℃温度区间内晶粒生长速率最快；初始晶粒尺寸越细小，晶粒生长速率越快。模拟结果显示，初始α-Al2O3晶粒尺寸不均匀性增加也会促进晶粒长大。

相场法；氧化铝；晶粒长大；烧结；孔隙

氧化铝(Al2O3)纤维具有高强度、耐高温、耐腐蚀等特性，在极端高温环境中也表现出优异的稳定 性[1−2]，可用来提升复合材料的强度和用作航天器的热防护材料。NextelTM610纤维组成相为α-Al2O3，抗拉强度达3.2 GPa[3]，高于NextelTM720纤维，是目前强度最高的Al2O3纤维，具有广泛的应用前景。溶胶凝胶法是制备Al2O3纤维的常用方法[4−6]。溶胶凝胶法制备氧化铝纤维主要包括溶胶的制备、浓缩纺丝、脱脂、高温烧结等。随着高温烧结的进行，非晶相先转化为γ-Al2O3，最终转变为α-Al2O3，而相转变得到的α-Al2O3为极细的纳米晶粒，在烧结过程中晶粒逐步长大，从而降低Al2O3纤维产品性能，缩短服役周期；但同时烧结体中的孔洞发生收缩，实现烧结致密化，有利于提高产品性能。因此控制烧结过程中α-Al2O3晶粒组织演化成为NextelTM610纤维制备的关键和难点。……