本试验采用热压烧结的方法制备Al2O3-TiC陶瓷材料。热压烧结又叫作加压烧结，它是将预制粉末加热至预定温度或者低于预定温度的某一范围内，经过一段时间的烧结制得结构致密、组织均匀的材料的工艺过程。与常规的冷压烧结相比，热压烧结适用于一些难以压制和烧结的材料，如硼化物、碳化物和氧化物等。由于烧结时将粉末的压实和烧结过程一起进行，大大降低了成型压力，缩短了烧结时间，并可得到晶粒微细、致密度高的材料。

大量研究表明，Al2O3-TiC陶瓷材料烧结温度在1500～1700℃范围内力学性能较好，且随着原始粉末粒径的降低，烧结温度较低的情况下制出的材料致密度较高。对所采购的亚微米级的α-Al2O3和TiC粉末来说，本试验选择四种烧结温度，分别为1500℃、1550℃、1600℃和1650℃。

首先选定TiC的质量分数为30%，Al2O3与TiC的质量分数比为7:3，并添加少量的MgO和Mo作为烧结助剂。在四种烧结温度下进行热压烧结，将升温速率设定为20℃/min，按照分段加压的方式进行材料烧结，随温度的上升逐步加压，烧结压力为32MPa，保温时间设置为30min。编程进行烧结，程序内容包括初始温度、升温时间、预定烧结温度、保温时间及其降温时间。其中初始温度为800℃，升温时间由烧结温度和升温速率计算得到，保温时间为30min，降温时间为5min。在降温的过程中按照与升温相反的顺序进行分段降压，最终在温度达到950℃时压力降为0，完成整个烧结过程。

不同烧结温度下Al2O3-TiC陶瓷试样的力学性能如表4-1所示。

表4-1　不同烧结温度下Al2O3-TiC陶瓷试样的力学性能

由图4-4可知，随烧结温度的提升，Al2O3-TiC陶瓷材料的表面硬度值有升高的趋势，具体变化趋势为：在烧结温度由1500℃提升到1550℃时，Al2O3-TiC陶瓷材料的表面硬度值缓慢增加；在烧结温度由1550℃提升到1600℃时，Al2O3-TiC陶瓷材料表面硬度值大幅增加；在1600℃时表面硬度值为最大值16.21GPa，而后随着烧结温度的继续提升，表面硬度值有缓慢减小的趋势。

图4-4　烧结温度对硬度的影响(www.daowen.com)

由图4-5可知，随烧结温度的提升，Al2O3-TiC陶瓷材料的断裂韧性值先增大再减小，具体变化趋势为：在烧结温度由1500℃提升到1550℃时，断裂韧性值急剧增大；在烧结温度由1550℃提升到1600℃时，断裂韧性值缓慢升高；在1600℃时断裂韧性为最大值6.61MPa·m1/2，而后随着烧结温度的继续提升，断裂韧性值有缓慢降低的趋势。

图4-5　烧结温度对断裂韧性的影响

由图4-6可知，烧结温度对Al2O3-TiC陶瓷材料抗弯强度的影响曲线与断裂韧性曲线相似，随烧结温度的提升，Al2O3-TiC陶瓷材料的抗弯强度值会先增大后减小。具体变化趋势为：在烧结温度由1500℃提升到1550℃时，抗弯强度值急剧增大；在烧结温度由1550℃提升到1600℃时，抗弯强度值缓慢增大；在1600℃时抗弯强度值为最大值483.3MPa，而后随着烧结温度的提升，抗弯强度值有缓慢减小的趋势。

图4-6　烧结温度对抗弯强度的影响

结合图4-4～图4-6可知，当烧结温度为1600℃时，所制得的Al2O3-TiC陶瓷材料的总体力学性能比较好。其原因主要是：烧结温度比较低的时候，Al2O3、TiC以及其他粉末晶粒没有完全长大，两相之间的键联也没有完全形成，晶粒之间的间隙较大，各相之间的晶界较多，致使烧结出的材料气孔较多，致密度较差，因此其表面硬度等力学性能表现较差。而后随着烧结温度的升高，Al2O3、TiC以及其他粉末晶粒慢慢长大，各相之间形成较多的键联，晶粒之间的间隙逐渐减小，各相之间的晶界也较之前大大减少。因此烧结出的材料气孔减少，复合陶瓷材料组织致密度较高，其表现出的表面硬度等力学性能也相对比较高。但随着烧结温度继续升高，过高的烧结温度会导致复合材料中各个晶粒异常长大，在组织内容易形成密闭的气孔，因此制得的材料致密度会下降，力学性能也会相应地降低。