（材料学专业论文）Co包覆Allt2gtOlt3gtTiC复合材料的制备与研究.pdf

山东大学博士学位论文 摘要 氧化铝陶瓷具有诸多的优点，但其最大的不足是脆性大，韧性低。为此，人们 采用多种增韧手段研发不同类型的复合陶瓷。a 1 。0 。一t i c 复合材料就是其中重要的一 种，由于t i c 具有高熔点、高硬度的特点，它的加入不但可以抑制a 1 。0 ；晶粒的生长， 而且可以提高a 1 ：0 。陶瓷的硬度、强度和断裂韧性，所以自研制成功以来已经得到了 较为广泛的应用。但在使用中仍存在开裂、脆断及表面剥落等现象，所以其强韧性 仍有待提高。如何进一步提高这类材料的致密度和韧性，拓宽其应用范围，已成为 人们关注的热点。 采用化学镀的方法将延性金属c o 包覆在a 1 2 0 3 和t i c 颗粒的表面，可望改善 a 1 。0 。的烧结性能，实现液相烧结，提高材料的致密度：阻止陶瓷粉体的融合长大， 改善烧结后陶瓷材料显微结构；避免传统的球磨法添加少量烧结助剂所导致的陶瓷 粉体混合不均匀的问题。本文以表面包覆了一定含量c o 膜的纳米级、微米级a 1 ：0 。 和t i c 的混合粉料为原料，采用热压烧结工艺制备了c o 包覆a 1 。0 ，t i c 复合材料( 简 称a t c ) ，并对复合材料的制备工艺、力学性能、微观结构、增韧机制、抗热震性能 等进行了较系统的研究，主要研究内容和结论如下： 采用纳米级、微米级c o 包覆a l ：o ，和t i c 混合粉末进行了1 5 0 0 1 6 5 0 的热压 烧结实验研究，并检测了各试样的力学性能。对不同c o 含量纳米级与微米级复合材 料在不同烧结温度下的硬度、抗弯强度、断裂韧性进行了分析和对比。结果发现， 微米级的最佳烧结温度低于纳米级的，而且其单项的最佳力学性能也都低于纳米级 的( 微米级的硬度为h r a 9 2 ，2 3 、o 。为6 3 7 i h p a ，k 。；为8 4 1m p a l t l ”2 ；纳米级 的硬度h r a 为9 3 2 3 、o 为7 8 2 m p a ，k 。，为9 4 9m p a 巾“2 ) 。随不同的c o 含量 和烧结温度，微米级的力学性能波动幅度比纳米级的大，最佳综合力学性能也不如 纳米级的。 与a l 。0 。t i c 复合材料相比，a t c 复合材料的力学性能有较大幅度的提高，这是 由于a t c 复合材料中的c o 在烧结过程中一直处于液态，c o 的流动可以填补基体孔 洞，降低孔隙率、抑制晶粒生长，从而提高了复合材料的力学性能。在考虑烧结温 度、保温时间、c o 含量的基础上，对综合力学性能最佳的纳米级c o 含量为8 w t 的a t c 复合材料( 简称n a t c 8 ) 进行了工艺参数的优化。研究结果表明，纳米级a t c 复合材料的最佳烧结温度为1 6 5 0 ，最佳保温时间为3 0 m i n ，最佳c o 含量为8 w t 。 对比试验发现，与包覆型a t c 复合材料相比，球磨混合型a t c 复合材料由于c o 与 t i c 弥散分布不均匀，造成复合材料力学性能下降。 利用x r d 、s e m 、t e m 、e d s 和h r e m 研究了n a t c 8 复合材料的微观结构。检测结 摘要 果表明，复合材料的相组成为a a 1 ：0 ，、t i c 和c o ，烧结过程中没有新相出现，t i c 在基体a l 。0 。中的分布比较均匀。n a t c 8 复合材料的断口凹凸不平，为沿晶与穿晶的 混合断口，并且偶见晶粒的拔出。a l 。0 。因晶体结构复杂，点阵常数较大较难发生塑 性形变，但加入t i c 和c o 后，n a t c 8 复合材料的塑性变形能力比单相a 1 ：o 。有所提 高。复合材料中产生的不同组态的位错，晶内t i c 粒子对位错产生的钉扎，亚界面 的形成使基体细化，均有利于复合材料强度的提高。此外，还观察到了a 1 ：0 。的孪生 变形。h r e m 观察表明：t i c 粒子与a 1 z 0 。的界面结合方式与t i c 粒子在复合材料中所 处的位置有关。位于晶界的t i c 粒子与a 1 ：0 。的界面结合方式主要为半共格，而“晶 内型”t i c 粒子与a 1 。0 。之间则主要为非共格界面：c o 与a l 。0 。两者间的界面主要为 半共格界面，由于烧结温度高于c o 的熔点，在降温过程中c o 由熔融态凝结为固态， c o 倾向于与a 1 。0 a 晶面成择优取向方向结合； a 1 。0 。孪晶的界面主要为共格结构。 根据颗粒弥散强化复相陶瓷导致自发微开裂颗粒的临界尺寸的计算公式以及 a 1 ：0 。和t i c 的热物理性能参数，计算得出n a t c 8 复合材料的d 。为1 1 4 8pm ，d 。 为2 7 0 3pm 。由于t i c 与a 1 ：0 。的热膨胀系数相差不大，n a t c 8 复合材料的热残余应 力增韧值k ，。为0 1 5 4 m p a m “2 ，对韧性的贡献不大。但由于在裂纹扩展过程中t i c 颗粒可能会产生裂纹的偏转和桥联，这在一定程度上增加了裂纹扩展阻力，使材料 的断裂韧性得以提高，所以说热残余应力对韧性的贡献应比计算值大。由于延性金 属c o 与基体a 1 。0 。的热膨胀系数、弹性模量相差较大，其作为延性金属相的增韧效 果较差，又因n a t c 8 复合材料中c o 的体积分数较少，其效果更是不佳。但c o 对复 合材料韧性的提高主要表现在c o 对晶粒的细化，晶粒的细化不但有利于复合材料强 韧性的提高，而且增多了晶粒边界，有利于限制裂纹的扩散。n a t c 8 复合材料中的 “晶内型”结构，在受外力作用时，容易诱发穿晶断裂，引起裂纹偏转，起到增强 增韧作用。 采用急冷一强度法与压痕一急冷法对同样工艺制备的纳米级单相a 1 。0 。、a 1 ：0 。t i c ( 简称a t ) 和纳米级c o 含量为8 w t 的a t c 复合材料( 简称n a t c 8 ) 的单次和循环 抗热震性能进行了研究，并应用诸抗热震参数( 斤、r 和r ”) 分析了抗热震性与其 性能参数之间的关系。两种研究方法均表明，复合材料a t 、a t c 的抗热震性能比单 相a 1 。0 。抗热震性能有所提高，a t c 的抗热震性能又高于a t 的抗热震性能。当热震 循环次数增加时，材料残留强度均下降。a t 、a t c 对循环热震都较为敏感，而a t 比 a t c 更敏感一些，这是由于热应力循环疲劳引起裂纹尖端临界强度因子降低，从而 使裂纹长度不断增大，当超过临界裂纹尺寸时，导致热震损伤破坏。 观察热震后n a t c 8 复合材料的断口发现：材料经单次或循环热震后，试样的显 微结构越来越疏松，出现了较多的孔洞，这是裂纹扩展与合并的结果。孔洞的增多， 降低了载荷作用的横截面积，并且容易引起应力集中，直接导致了抗弯强度的下降。 i j 山东大学博士学位论文 此外，研究发现，当热震温差为1 0 0 0 时。试样中的t i c 颗粒发生了氧化反应，部 分或全部的t i c 氧化生成了t i 0 。，不利于材料的增韧、增强，这也是导致该热震温 度下强度大幅下降的一个原因。 相对于单相a l ：0 。，复台材料a t 、a t c 由于具有较高的抗弯强度、断裂韧性、较 低的热膨胀系数，因而具有较好的抗热震性能。少量c o 的添加，虽然对复合材料的 热学参数改变较少，但却较大幅度地提高了a t c 复合材料的抗弯强度，有效缓解了 热应力，从而提高a t c 复合材料的抗热震能力。所以说，尽管热物理性能的改善有 利于材料抗热震性的提高，但它不是材料抗热震性提高的主要原因，复合材料抗热 震性的大幅提高主要应归因于材料的增韧效果。 利用余氏理论计算了a a 1z o 。、t i c 、c o 的价电子结构参数及其部分晶面的晶 面电子密度，利用相对电子密度差( 界面结合因子) p ，对其界面可能的较好的 取向关系进行了分析。结果发现，t i c ( 1 0 0 ) 晶面与n a l 。0 。1 1 1 20 ) 晶面的相对电 子密度差仅为2 3 6 ，两相界面结合较强，界面应力较小。 虽然c o 包覆a l ：o 。t i c 复合材料在某些方面有待改进，但以上的研究结果表明， c o 包覆a 1 ：0 ，t i c 复合材料有望在高性能陶瓷刀具领域得到应用。 关键词：氧化铝，复合材料，力学性能，微观结构，增韧机制，c o 包覆 $ 本课题得到国家科技郝“8 6 3 ”项目“金属包覆陶瓷粉体制备技术及其高性能刀具 研究”( 编号2 0 0 2 a a 3 3 2 1 0 0 ) 的资助。 i i i 一一 垒坚璺垒 a b s t r a c t a l u m i n ac e r a m i c p o s s e s s e sm u c hm e r i t h o v e r e r st h ei n t r i n s i cb r i t t l e n e s sa n di o wf r a c t u r e t o “g h n e s si s i t su l t i m a t es h o r t a g e t h e r e f o r e ，v a r i o u sk i n d so f c o m p o s i t e sa r ed e v e l o p e dt o t o u g h e n a l u m i n au s i n gk i n d so fm e a n s t a i 2 0 f f t i cc o m p o s i t ei so n ei m p o r t a n tk i n d a m o n g t h e s ec o m d o s i t e s a 1 2 0 3 ，t i cc o m p o s i t ei s w i d e l yu s e ds i n c ei t i s d e v e l o p e do w i n gt ot h ef a c tt h a tt i c p o s s e s s i n gh i g h m e l tp o i n ta n dh i g hh a r d n e s sn o t o n l yc a nr e s t r a i na l u m i n ag r a i ng r o w t hb u ta l s oc a ni m d r o v ei t s m e 。h a n i c a ip r o p e r t i e s h o w e v e r ，i t s s t r e n g t ha n dt o u g h n e s sn e e di m p r o v i n gb e c a l l s ei t m a yc r a c k ， “p t a n df l a k ea w a yd u r i n ga p p l i c a t i o n i th a sb e e nh o t s p o tt h a th o w t ou l t e r i o r l yi m p r o v ei t sd e n s i t y a n d t o u g h n e s s a n d d e v e l o pi t sa p p l i c a t i o nr a n g e s a t i e rs u r f a c e so f a z o ra n dt i ca r ec o a t e dw i t hc o b ye l e c t r o l e s sm e n n s ，a l u m i n ap r o p er t i e sm a y b e j m p r o ”e d ，s u c ha st o c h a n g es i n t e r i n gp r o p e r t i e so fa l u m i n a ，t oa c h i e v el i q u i d p h a s es i n t e f i n g ， i p o v ed e “s i t y o f c o m p o s i t e ，p r e v e n tp o w d e r s f r o m a m a l g a m a t i n g a n d g r o w i n g i m p r o v e m i c r o s t r u c t u r eo fs i n t e r e dc e r a m i c s ，a v o i d h e t e r o g e n e o u sd i s t r i b u t i o no fl o wc o n t e n ta d d i t i v eu s i n g t r a d i t i o n a lb a l l m i l l i n gm e t h o d i nt h ep a p e r , l l a n o - s i z ea n dm i c r o - s i z ea 1 2 0 ，a n dt i cp o w d e r sc o a t e dat h i nf i l mc o a r ea sr a w m a t e r i a l s t h em i x t u r e so fc o - c o a t e dp o w d e rw a s h o t p r e s s e di n t oc o m p o s i t e s ( a t c ) t h ep r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y , m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，m i c r o s t r u c t u r e ，t o u g h e n i n gm e c h a n i s ma n dt h e r m a ls h o c k r e s i s t a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o na r ea sf o l l o w s h o t - p r e s s i n gs t u d i e sw e r ec a r r i e do u tu s i n gm i x t u r e so fm i c r o a n dn a n o p o w d e r so fc o c o a t e d a 1 2 0 3a n dt i cf r o m1 5 0 0 。ct o1 6 5 0 c t h er e s u l t so fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h es a m p l e sw e r e a n a l y z e da n dc o m p a r e da f t e rt e s t i n g t h i ss h o w st h a to ft h eo p t i m u mt e m p e r a t u r eo fm i c r o s i z ea t ci s l o w e rt h a nt h a to fn a n o s i z ep o w d e r s ，w h i l et h eo p t i m u mm e c h a n i c a lp r o p e r t yo fm i c r o s i z ea t ci s a l s ol o w e rt h a nt h a to fn a n o s i z ea t e ( t h em i c r o - s i z ea t c h r a m a xi s9 2 2 3 ，o i s6 3 7 m p a ，k 1 c m a ，i s 8 41 ；t h en a n o s i z ea t ch r a m a xi s 9 3 2 3 ，omi s7 8 2 m p a ，k i c m a 。i s9 4 9 ) f u r t h e r m o r e ，t h e c o m p r e h e n s i v em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fm i c r o - s i z ea t cc a n tm a t c ht h a to fn a n o - s i z ea t cw h o s e r e l a t i v ef l u c t u a t i o no f p r o p e r t i e sa r el o w e rw i t hd i f f e r e n tc oc o n t e n ta td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e c o m p a r e d w i t h a 1 2 0 f f t i c c o m p o s i t e ，t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o fa t c c o m p o s i t e a r e s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e d o na c c o u n to fc ob e i n gl i q u i ds t a t ed u r i n gs i n t e r i n g ，t h ef l o w i n gc oc a nm a k e u pm a t r i x p o r e s ，d e c r e a s ep o r o s i t ya n dr e s t r a i ng r a i ng r o w t h ，t h e r e b yt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f a t c c o m p o s i t e sa r ei m p r o v e d t h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r so fn a n o s i z ea t ew i t h8 w t c oc o m p o s i t ew e r e o p t i m i z e dc o n s i d e r i n gt e m p e r a t u r e ，h o l d i n gt i m ea n dc oc o n t e n t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eb e s t s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e ，h o l d i n gt i m ea n dc oc o n t e n to fn a n o s i z ea t cc o m p o s i t ea r e1 6 5 0 c ，3 0 m i n i v ! ! ：里里! ! 兰! 篓! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! g ! ! ! ! ! ! ! ! 壁 。一 a n d 8 w t ，r e s p e c t i v e l y c o m p a r e d w i t hc o a t e da t ec o m p o s i t e ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o f b a l l m i l l i n ga t cc o m p o s i t ed e c r e a s e d d u et oh e t e r o g e n e o u sd i s t r i b u t i o no f t i ca n dc o t h em i c r o s t r u c t u r e so fn a t c 8c o m p o s i t ew e r ei n v e s t i g a t e db ys e m ，t e m ，e d s ，a n dh r e m t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ec o m p o s i t ea r ec o m p o s e do f - a 1 2 0 3 ，t i ca n dc o ，a n dt h e r ei sn on e wp h a s ea f t e r s i n t e r i n g t h e t i cp a r t i c l e sa r ed i s t r i b u t e du n i f o r m l yt h r o u g h o u tt h ea 1 2 0 3m a t r i x ，t h ef r a c t u r e s u r f a c e so fn a t c 8c o m p o s i t ea r eu n e v e n t h em i x e di n t e r g r a n u l a ra n dt r a n s g r a n u l a rf r a c t u r em o d ei s f o u n da n ds o m eg r a i n sa r ep u l l i n go u to c c a s i o n a l l y t h ep l a s t i ct r a n s f o r m a t i o no fa b 0 3i sm u c h d i f f i c u l tf o ri t s c o m p l i c a t e dc r y s t a l s t r u c t u r ea n d l a r g e rc r y s t a l l a t t i c ec o n s t a n t s h o w e v e r ，t h e c a p a b i l i t yo fp l a s t i ct r a n s f o r m a t i o no f n a t c 8 c o m p o s i t ei si m p r o v e da f t e ra d d i n gt i ca n dc o v a r i o u s m o r p h o l o g yd i s l o c a t i o n s w e r eo b s e r v e di nn a t c 8c o m p o s i t e ，t h ei m p e d i m e n to ft i cp a r t i c l e sf o r d i s l o c a t i o na n dm a t r i xr e f i n e m e n ta r ef a v o r a b l ef o rs t r e n 【g t ha n dt o u g h n e s si m p r o v e m e n t i na d d i t i o n ， t w i nc r y s t a ls t r u c t u r ei so b s e r v e di na 1 2 0 3m a t r i x h r e ms t u d i e sr e v e a l e dt h a tt h ei n t e r f a c eb o n d i n g m o d eb e t w e e n i n t e r g r a n u l a r t i ca n da 1 2 0 s m a i n l y i ss e m i c o b e r e n ts t a t ea n dt h a to fb e t w e e n i n t r a g r a n u l a rt i ca n da 1 2 0 3m a i n l yi sn o n c o h e r e n ts t a t e t h ei n t e r f a c eb o n d i n g m o d eb e t w e e no fc o a n da 1 2 0 3m a i n l yi ss e m i c o h e r e n ts t a t e t h ea t o ma r r a n g e m e n to fc ot e n d st ob o n dw i t ha 12 0 3c r y s t a l p l a n ea c c o r d i n g t op r e f e r r e do r i e n t a t i o n t h eg r a i nb o u n d a r yo f a l z 0 3t w i nc r y s t a lm a i n l yi sc o h e r e n t - a c c o r d i n gt oc o m p u t a t i o n f o r m u l ao fc r i t i c a l p a r t i c l e s i z ei n p a r t i c l ed i s p e r s i o ns t r e n g t h e n e d m u l t i p h a s ec e r a m i c s t h ec r i t i c a l s i z ed m i na n dd co fn a t c 8c o m p o s i t ea r e 1 i4 8 9 ma n d2 7 0 3 p m ， r e s p e c t i v e l y b e c a u s et h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t so fa 1 2 0 3 a n dt i ca r ec l o s e ，t h et h e r m a lr e s i d u a l s t r e s s t o u g h e n i n g n u m b e ra k i ci so 15 4 m p a - m i f 2 w h i c hm a k e sl i t t l e c o n t r i b u t i o nt o t o u g h n e s s h o w e v e r , t h ec r a c kw a sd e f l e c t e da n db r i d g e dw h e ni te n c o u n t e r e dat i cp a r t i c l e ，w h i c hi n c r e a s e st h e c r a c ke x t e n s i o nr e s i s t a n c et os o m ee x t e n t ，s ot h et o u g h n e s so fc o m p o s i t ei si m p r o v e d t h e r e f o r e ，t h e t h e r m a lr e s i d u a ls t r e s sm a k e sm o r ec o n t r i b u t i o nt ot o u g h n e s st h a nt h a to f c a l c u l a t i o nn u m b e r o w i n gt o g r e a td i f f e r e n c eo ft h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t sa n de l a s t i c m o d u l u sb e t w e e nd u c t i l ec oa n dm a t r i x a 1 2 0 3a n dl o w e rv o l u m ef r a c t i o n ，t h et o u g h e n i n ge f f e c t so f c oa sad u c t i l em e t a lp h a s ea r en o tg o o d h o w e v e r ，t h ee f f e c t so fc oo nc o m p o s i t et o u g h n e s se n h a n c e m e n tm a i n l yi s t of i n eg r a i n t h eg r a i n r e f i n e m e n tn o to n l yi sf a v o r a b l ef o rs t r e n g t ha n dt o u g h n e s si m p r o v e m e n to fc o m p o s i t eb u ta l s o i s f a v o r a b l et oi n c r e a s eg r a i nb o u n d a r i e sw h i c hc a nl i m i tc r a c ke x t e n s i o n t h e “i n t r a g r a n u l a r ”s t r u c t u r ei n n a t c 8c o m p o s i t ei se a s yt ob r i n go u tt r a n s g r a n u l a rf r a c t u r ea n di n d u c ec r a c kd e f l e c t i o nw h e nt h e e x t e r n a lf o r c ea c t so nt h ec o m p o s i t e ，w h i c hc a nh a v ee f f e c t so nc o m p o s i t es t r e n g t ha n dt o u g h n e s s t h et h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c eb e h a v i o r so fn a n o - s i z em o n o l i t h i ca 1 2 0 3 ，a 1 2 0 f l t i c ( a t ) a n dn a t c 8 c o m p o s i t ep r e p a r e db yt h es a m ep r o c e s s i n gw e r es t u d i e db yq u e n c h i n gm e t h o d a n di n d e n t a t i o n - q u e n c h t e c h n i q u e ，r e s p e c t i v e l y a n dt h er e l a t i o nb e t w e e nt h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c ea n dp r o p e r t yp a r a m e t e r s w e r ea n a l y z e db ya p p l y i n gt h et h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c ep a r a m e t e r s ( 最r a n d ”) t h et w om e t h o d s v a b s t r a c t r e s u l t ss h o wt h a tt h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c eo fa ta n da t e c o m p o s i t ea r eb o t hs u p e rt h a nt h a to fa 1 2 0 3 ， a n dt h a to fa t ca r es u p e rt h a nt h a to fa t t h ec o m p o s i t er e s i d u a l s t r e n g t hd e c r e a s e dw h e nt h e r m a l s h o c kn u m b e r si n c r e a s e a ta n da t c c o m p o s i t e sa r es e n s i t i v e t oc y c l i ct h e r m a ls h o c k ，a n da t a r em o r e s e n s i t i v et h a na t c ，w h i c hi sb e c a u s et h a tt h e r m a ls t r e s sc y c l i cf a t i g u ec a u s ec r a c kt i pc r i t i c a l i n t e n s i t y f a c t o rt od e c r e a s ea n dc r a c kl e n g t ht oi n c r e a s ec o n t i n u o u s w h e nc r a c kl e n g t he x c e e dc r i t i c a ls i z ew i l l l e a dt ot h e r m a ls h o c kd a m a g e ， t h ef r a c t u r es u r f a c e ss h o wt h a tt h em i c r o s t r u c t u r eo fn a t c 8c o m p o s i t eb e c o m el o o s ea n dl o o s e a f t e rs i n g l eo rc y c l i ct h e r m a ls h o c k a n dt h e r ea r em o r ep o r e s ，w h i c hi st h er e s u l t so fc r a c ke x t e n s i o n a n dm e r g e n c e t h ei n c r e a s eo fp o r e sr e d u c et h e l o a d i n gc r o s sa r e a ，a n d i s e a s y t oc a u s es t r e s s c o n c e n t r a t ew h i c hd i r e c t l yl e a dt ot h ed e c r e a s eo ff r a c t u r es t r e n g t h i na d d i t i o n i tw a sf o u n dt h a tt i c p a r t i c l e s a r eo x i d i z e dw h e nt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c eo ft h e r m a ls h o c ki s10 0 0 ，w h i c hi s a l s oo n e r e a s o no f s t r e n g t hs i g n i f i c a n t l yd e c r e a s i n ga tt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e t h eh i g h e rf r a c t u r es t r e n g t h ，f r a c t u r et o u g h n e s sa n dl o w e rt h e r m a le x p a n s i o nc o e f f i c i e n t so fa t a n da t cc o m p o s i t e ，c o m p a r e dw i t hm o n o l i t h i c a 1 2 0 3 m a k et h e m p o s s e s s b e t t e rt h e r m a ls h o c k r e s i s t a n c et h a na 1 2 0 3 t h e r m a lp r o p e r t yp a r a m e t e r so fc o m p o s i t ew e r ec h a n g e dal i t t l ea f t e ra d d i n ga f e wc ob u tt h ef r a c t u r e s t r e n g t h o fa t cc o m p o s i t ew a si m p r o v e dg r e a t l y ，w h i c h e f f e c t i v e l y r e l a x t h e r m a ls t r e s s ，t h e nt h et h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c eo ft h ec o m p o s i t ew a si m p r o v e d i ns u m m a r y , i ns p i t e t h ei m p r o v e m e n to ft h e r m a lp h y s i c a lp r o p e r t i e sw h i c ha r ef a v o r a b l ef o ri m p r o v e m e n to ft h e r m a ls h o c k r e s i s t a n c ei s n tt h em a i nr e a s o no f i m p r o v i n gm a t e r i a lt h e r m a ls h o c k r e s i s t a n c e t h eg r e a ti m p r o v e m e n t o ft h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c eo f c o m p o s i t es h o u l db ea t t r i b u t e dt ot o u g h e n i n ge f f e c to f t h ec o m p o s i t e v a l e n c ee l e c t r o ns t r u c t u r ep a r a m e t e r sa n dc r y s t a lp l a n ee l e c t r o nd e n s i t yo f 一a 1 2 0 3 ，t i ca n dc o w e r em a d eb a s e do nt h ec a l c u l a t i o no f e m p i r i c a le l e c t r o nt h e o r yo fs o l i d sa n dm o l e c u l e s ( e e t ) t h e p r o b a b l eb e t t e rc r y s t a lp l a n eo r i e n t a t i o nr e l a t i o nb e t w e e ni n t e r f a c e sa r ea n a l y z e db ya p p l y i n gr e l a t i v e e l e c t r o nd e n s i t yd i f f e r e n c e ( i n t e r f a c eb o n d i n gf a c t o r ) a p t h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e l a t i v ee l e c t r o n d e n s i t yd i f f e r e n c ei s2 3 6 b e t w e e nt i c ( 1 0 0 ) c r y s t a lp l a n ea n d - a 1 2 0 3 ( 1 1 互o ) c r y s t a lp l a n e ，w h i c h i n d i c a t i n gt h es t r o n g e rb o n d i n g a n ds m a l l e ri n t e r f a c es t r e s sb e t w e e nb i p h a s ei n t e r f a c e s a l t h o u g h i t ss o m ep r o p e r t i e sn e e dt ob e i m p r o v e d t h er e s e a r c hr e s u l t ss h o wt h a tc o - c o a t e d a 1 2 0 3 t i cc o m p o s i t ei sh o p e f u lt ob ea p p l i e di nt h eh i g hp e r f o r m a n c e sc u t t i n gt o o lf i e l d k e y w o r d s ：a l u m i n a ，c o m p o s i t e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，m i c r o s t r u c t u r e s ，t o u g h e n i n gm e c h a n i s m ，c o c o a t i n g t h er e s e a r c ht a s ki ss u p p o r t e db yn a t i o n a ls c i e n t i f i ca n dt e c h n i q u ed