.120 北京科技大学学报 第29卷 强体ZrO2粉体的XRD分析可以看出，在复合材料中2,2ZO2/Cu复合材料的TEM分析 同时存在单斜、四方两种晶型的氧化锆（图1(b)· 图2(a)为3%纳米Zr02/Cu复合材料的显微结 构，基体中分布着粒径为20~100nm的第二相颗粒 一Cu 4-m-Zr02 Zr02,而且分布较均匀，通过EDS(图中表示的是电 D-t-Zr0x 子衍射谱)分析（图2(c)和右上角的电子衍射图说 (a) 明：黑色的圆点是四方晶型的Z02颗粒，这样的均 匀分布使Z02颗粒对晶界迁移将产生拖拽作用，使 基体中的细小颗粒稳定化，所以，这种细小的原位 (b) 颗粒对复合材料的高温蠕变性以及材料在加热过程 30 40 50 60 70 中的组织稳定性都十分有利，然而在C山基体中也 80 20/() 出现Z02颗粒的团聚现象，如图2(b)所示，这主要 与增强相Zr02和Cu基体之间的润湿性有关，虽然 图1XRD分析.(a)3%ZrO2/Cu复合材料；(b)萃取后ZrO2 原位化学工艺能在一定程度上克服基体与增强体浸 粉体 Fig.1 X-ray diffraction:(a)3%ZrO:/Cu composite:(b)ZrO2 润不良，但由于Z02颗粒尺寸小，不可避免地会出 Dowder extracted from the comDosite 现团聚 1200 *EDX 1000 800 400D 200 Cu Cu 100m E/keV 图2ZrO2颗粒分布及形态的TEM图像.(a)圆形氧化锆颗粒；(b)六角梭形氧化锆颗粒；(c)图(a)中圆形颗粒的EDS分析 Fig.2 TEM images of the nano ZrO particles morphology and distribution:(a)round zirconia particles;(b)hexangular shuttle zirconia parti- cles:(c)EDS analysis of the black round particles in Fig.2(a) 通过图2(b)所示，大颗粒呈六角梭形，通过电 图3(c),界面结合处存在类似于“缝合线”，而且在 子衍射花样和XRD分析（图1），知道图中六角梭形 界面处可以看到有位错存在，这种界面也很干净， 颗粒的衍射环是单斜结构， 除了基体和增强体之外，仍观察不到其他金属间化 如图3(a)是单斜结构的Zr02与Cu基体的三 合物 叉界面结合情况，(b)是它的放大图.通过计算ZO2 从图4(b)中可以看出，由于四方结构Z02和 的晶面间距d=0.5128nm,可以推断是单斜Zr02 C山基体不具有特定的取向关系，使得界面处能观察 的(100)面，单斜结构的Zr02的直边与Cu基体的 到一个薄层，从EDS可以看出，存在基体向增强体 结合如图3(c)所示.ZrO2与Cu基体结合完整，界 内部的扩散现象，故称这个薄层为扩散层，Arse 面干净、整齐、无杂质、无界面相，而且界面无溶解、 nall2]采用俄歇探针和扫描透射电镜的能谱分析， 扩散，结合紧密，属于直接结合，这是原位化学工艺 对用粉末治金法制备的SiCp/Al复合材料界面的研 制备复合材料的一大优点，这种干净的界面在原位 究表明，在SiC颗粒与A1界面处没有发现SiO2、 TiC,/Al中被证实，Li和Aresenault等人[首次从 Al2O3、Al4C3等反应物，说明Al已经扩散到了SiC 原子角度，采用半经验和半定量的方法计算了SiC,/ 中，而在基体中没有发现Si或C原子，和上面的情 AI界面结合，结果发现，界面结合强度是基体中铝 况相吻合，这种界面被称为溶解扩散型界面，从目前 原子之间的结合力的2~3倍.可见这种界面结合 的研究情况来看，直接结合型界面和溶解扩散型界面 有利于复合材料性能的提高.而图3(d)中显示的界 型界面都对应着比较好的界面结合，有利于提高复合 面，单斜结构ZrO2的斜边与Cu基体的界面不同于 材料的力学性能，图4(a)也是直接结合型界面，强体 ZrO2 粉体的 XRD 分析可以看出‚在复合材料中 同时存在单斜、四方两种晶型的氧化锆（图1（b））． 图1 XRD 分析．（a）3％ ZrO2／Cu 复合材料；（b） 萃取后 ZrO2 粉体 Fig．1 X－ray diffraction： （a）3％ ZrO2／Cu composite；（b） ZrO2 powder extracted from the composite 2∙2 ZrO2／Cu 复合材料的 TEM分析 图2（a）为3％纳米 ZrO2／Cu 复合材料的显微结 构‚基体中分布着粒径为20～100nm 的第二相颗粒 ZrO2‚而且分布较均匀．通过 EDS（图中表示的是电 子衍射谱）分析（图2（c））和右上角的电子衍射图说 明：黑色的圆点是四方晶型的 ZrO2 颗粒．这样的均 匀分布使 ZrO2 颗粒对晶界迁移将产生拖拽作用‚使 基体中的细小颗粒稳定化．所以‚这种细小的原位 颗粒对复合材料的高温蠕变性以及材料在加热过程 中的组织稳定性都十分有利．然而在 Cu 基体中也 出现ZrO2 颗粒的团聚现象‚如图2（b）所示．这主要 与增强相 ZrO2 和 Cu 基体之间的润湿性有关‚虽然 原位化学工艺能在一定程度上克服基体与增强体浸 润不良‚但由于 ZrO2 颗粒尺寸小‚不可避免地会出 现团聚． 图2 ZrO2 颗粒分布及形态的 TEM 图像．（a） 圆形氧化锆颗粒；（b） 六角梭形氧化锆颗粒；（c） 图（a）中圆形颗粒的 EDS 分析 Fig．2 TEM images of the nano ZrO2particles morphology and distribution： （a） round zirconia particles；（b） hexangular shuttle zirconia parti￾cles；（c） EDS analysis of the black round particles in Fig．2（a） 通过图2（b）所示‚大颗粒呈六角梭形‚通过电 子衍射花样和 XRD 分析（图1）‚知道图中六角梭形 颗粒的衍射环是单斜结构． 如图3（a）是单斜结构的 ZrO2 与 Cu 基体的三 叉界面结合情况‚（b）是它的放大图．通过计算ZrO2 的晶面间距 d＝0∙5128nm‚可以推断是单斜 ZrO2 的（100）面．单斜结构的 ZrO2 的直边与 Cu 基体的 结合如图3（c）所示．ZrO2 与 Cu 基体结合完整‚界 面干净、整齐、无杂质、无界面相‚而且界面无溶解、 扩散‚结合紧密‚属于直接结合‚这是原位化学工艺 制备复合材料的一大优点．这种干净的界面在原位 TiCp／Al 中被证实‚Li 和 Aresenault 等人［11］ 首次从 原子角度‚采用半经验和半定量的方法计算了 SiCp／ Al 界面结合‚结果发现‚界面结合强度是基体中铝 原子之间的结合力的2～3倍．可见这种界面结合 有利于复合材料性能的提高．而图3（d）中显示的界 面‚单斜结构ZrO2的斜边与Cu基体的界面不同于 图3（c）‚界面结合处存在类似于“缝合线”‚而且在 界面处可以看到有位错存在．这种界面也很干净‚ 除了基体和增强体之外‚仍观察不到其他金属间化 合物． 从图4（b）中可以看出‚由于四方结构 ZrO2 和 Cu 基体不具有特定的取向关系‚使得界面处能观察 到一个薄层．从 EDS 可以看出‚存在基体向增强体 内部的扩散现象‚故称这个薄层为扩散层．Arse￾naul ［12］采用俄歇探针和扫描透射电镜的能谱分析‚ 对用粉末冶金法制备的 SiCp／Al 复合材料界面的研 究表明‚在 SiC 颗粒与 Al 界面处没有发现 SiO2、 Al2O3、Al4C3 等反应物‚说明 Al 已经扩散到了 SiC 中‚而在基体中没有发现 Si 或 C 原子．和上面的情 况相吻合‚这种界面被称为溶解扩散型界面．从目前 的研究情况来看‚直接结合型界面和溶解扩散型界面 型界面都对应着比较好的界面结合‚有利于提高复合 材料的力学性能．图4（a）也是直接结合型界面． ·120· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷