放电等离子烧结SiC/BN复相陶瓷的制备及力学性能

以高纯h-BN和SiC纳米粉体为原料、B_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结制备了h-BN–25%SiC复相陶瓷。用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了h-BN–SiC复相陶瓷的SPS低温烧结行为及烧结温度对烧结试样的致密度、微观结构及力学性能的影响。结果表明:采用SPS烧结技术,在较低温度下即可获得致密度较高的烧结样品,烧结温度的升高,促进了h-BN晶粒的方向性排列,提高了烧结样品的相对密度。随着烧结温度的提高,晶粒尺寸增大,抗弯强度、断裂韧性和弹性模量增大,并具有相同的变化趋势。样品晶粒细小均匀,不同烧结温度样品的断裂方式相同,主要为沿晶断裂,细小SiC颗粒的钉扎效应、晶粒拔出和裂纹偏转提高了复相陶瓷的断裂强度和断裂韧性。在1 600℃烧结所得试样的综合性能较好,其抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为289.2 MPa、3.45 MPa·m1/2和150.9 GPa。     

粉体合成工艺对TiB_2–TiC复相陶瓷微观组织及力学性能的影响

分别以直接法和间接法碳硼热还原工艺合成的TiB_2–TiC复合粉体为原料,采用热压烧结工艺制备了共晶成分的TiB_2–44%TiC(摩尔分数)复相陶瓷,研究了粉体合成工艺和烧结温度对TiB_2–TiC复相陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:以直接法合成粉末为原料烧结的TiB_2–TiC复相陶瓷中,TiB_2晶粒多呈棒状、组织细小均匀;而以间接法合成粉末为原料制备的复相陶瓷中TiB_2晶粒多呈等轴状。随着烧结温度的升高,复相陶瓷致密度提高,晶粒长大,但力学性能变化不明显。以直接法合成复合粉末为原料,在烧结温度为2 000℃、压力为30 MPa、保温时间为1 h工艺条件下制备的TiB_2–TiC复相陶瓷综合性能最佳,其致密度、弹性模量、Vickers硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为99.9%、537 GPa、19.0 GPa、598 MPa、5.3 MPa·m~(1/2)(压痕法)和11.6 MPa·m1/2(单边切口梁法)。TiB_2–TiC复相陶瓷主要的增韧机制为裂纹偏转和分叉。     

热压烧结制备原位复合（TiB2+TiC）/Ti3SiC2复相陶瓷

采用热压烧结法制备了原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对材料的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对材料物相组成、烧结性能、显微结构与力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1 350～1 500℃范围内,随着烧结温度的升高,合成反应进行逐渐完全,材料的密度、抗弯强度和断裂韧性显著提高。1 500℃烧结可得到致密的原位复合(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷,材料晶粒发育较完善,层片状Ti3SiC2、柱状TiB2与等轴状TiC晶粒清晰可见,增强相晶粒细小,晶界干净,材料的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别达到741 MPa,10.12 MPa.m1/2和9.65 GPa。烧结温度达到1 550℃时Ti3SiC2开始发生分解,材料的密度和力学性能又显著下降。     

热压烧结与放电等离子脉冲烧结Al2O3-SrFe12O19复相陶瓷的研究

以Al2O3为基体掺人SrFe12O19,在温度为1200℃和1400℃、压力为30MPa下分别采用热压烧结(HP)和放电等离子脉冲烧结(SPS)制备Al2O3—SrFe12O19。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了产物的物相和微观结构,同时对它们作了力学性能测试。试验结果表明．与HP法相比,采用SPS法制备的Al2O3—SrFe12O19复相陶瓷微观结构更致密,力学性能更好。     

添加剂B_2O_3对SiC/h-BN复相陶瓷低温烧结行为及性能的影响

以乱层结构h-BN(t-BN)和SiC纳米粉体为原料,B_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出SiC/h-BN复相陶瓷。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究烧结助剂含量对SiC/h-BN复相陶瓷的低温烧结行为、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:利用SPS低温烧结方法,添加少量B_2O_3添加剂,可有效地提高复相陶瓷的致密度和力学性能。与无添加剂烧结样品相比,烧结助剂的添加降低了样品烧结收缩起始温度,促进样品中片状h-BN晶粒的移动和重排,提高了颗粒间的结合强度。随着烧结助剂添加量的增加,复相陶瓷致密度显著增加,强度和韧性均呈现先增加后降低的趋势,在B_2O_3添加量为5%时,复相陶瓷相对密度和各项力学性能较高,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为96.92%、274.7MPa、2.91MPa·m1/2和127.2GPa,但添加过多B_2O_3,则不利于提高复相陶瓷的力学性能。     

烧结温度对放电等离子烧结氮化硅陶瓷显微结构和力学性能的影响

以亚微米级氮化硅为原料、Al_2O_3–Y_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)烧结技术制备氮化硅陶瓷。用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了烧结温度对氮化硅陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明,采用SPS烧结技术可在较低温度下获得致密度较高、综合力学性能较好的β相氮化硅陶瓷。随着烧结温度的提高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性均不断增大,在1 550℃时,其抗弯强度和断裂韧性分别达到973.74 MPa和8.23 MPa?m1/2。在1 550℃以下,陶瓷样品中β相氮化硅含量可达到98%,显微结构均匀,晶粒发育良好、呈长柱状,晶间紧密连接,晶间气孔较少。继续升高温度,部分晶粒发生异常长大,产生了更多的显微孔洞,抗弯强度急剧下降。     

Y_2O_3添加剂对SiC复相多孔陶瓷烧结性能和力学性能的影响

利用添加造孔剂法制备SiC复相多孔陶瓷。研究了Y2O3添加剂对SiC复相多孔陶瓷的烧结温度及烧结体力学性能的影响机理。结果表明:Y2O3的加入大大降低了SiC复相多孔陶瓷烧结温度,样品的力学性能有所提高,抗弯强度提高18.46%,稀土氧化物占总质量3%时能提高SiC复相多孔陶瓷的抗氧化性,氧化速率降低了66.7%。YAG相在SiC晶界均匀分布,细晶,裂纹偏转及晶界桥联是SiC复相多孔陶瓷的增韧的机理。     

不同烧结温度制备的双相磷酸钙生物陶瓷及其力学性能研究

以煅烧缺钙磷灰石制备的双相磷酸钙(BCP)粉体为原料,采用热压烧结的方法制备了一种可用于骨替代、力学性能优良的生物陶瓷材料.研究了烧结温度对BCP陶瓷力学性能、物相组成和微观形貌的影响.当烧结温度为1100℃和1150℃时,BCP陶瓷的物相组成为HA和β-TCP,断裂方式以穿晶断裂为主;当烧结温度为1200℃时,BCP陶瓷的物相组成为HA和α-TCP,断裂方式为穿晶和沿晶混合断裂模式.当烧结温度为1150℃时,BCP陶瓷的弯曲强度和断裂韧性最高,分别为98 MPa和0.99 MPa·m1/2.     

层厚比和硬夹层组成对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料性能的影响

以B_4C为基体层材料,BNNTs为基体层补强增韧剂,TiB_2为硬夹层,采用水基流延成型和热压烧结工艺制备了B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料。研究了基体层与硬夹层的层厚比、硬夹层组成和烧结温度对层状陶瓷复合材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明:当层厚比为1,硬夹层组份为80 wt%TiB_2+20 wt%B_4C,烧结温度为2050℃时,可以制备出力学性能良好的B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料,其抗弯强度和断裂韧性分别达到570.54 MPa和7.74 MPa·m~(1/2)。     

热压烧结工艺制备SiC/B4C复合材料

以Si粉为烧结助剂,采用真空热压烧结工艺制备了SiC/B4C陶瓷基复合材料.研究了Si的加入和烧结压力对复合材料力学性能的影响.借助X射线衍射、扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:Si与B4C粉料中的游离碳反应,随后固溶到B4C晶体结构中.当Si质量百分含量为8%时,经18.50℃、60 MPa真空热压烧结的复合材料主晶相为B4.C、SiC,相对密度达到99.8%,断裂韧性和弯曲强度分别达到5.04 MPa·m1/2和354 MPa.复合材料力学性能的提高主要是由于烧结体的高致密度以及断裂方式的转变.     

烧结温度对气压烧结氮化硅铁显微结构及性能的影响

以微米级氮化硅铁为原料、Al_2O_3–Y_2O_3为烧结助剂,采用气压烧结制备氮化硅铁复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对氮化硅铁复相陶瓷成分、显微结构和力学性能的影响。结果表明:烧结温度对于氮化硅铁陶瓷的显微结构和力学性能具有显著影响。随着烧结温度的升高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性先增大后降低,在1 770℃时均达到最大值,密度、抗弯强度和断裂韧性分别达到3.31 g/cm~3、435 MPa和6.97 MPa?m~(1/2)。在1 770℃以下时,陶瓷样品中主晶相为长柱状的β-Si3N4,晶粒彼此间结合紧密,陶瓷气孔率较低。温度继续升高,含铁相和氮化硅发生反应,气孔率增大,抗弯强度和断裂韧性开始下降。如果进一步提高硅铁的氮化率,采用游离硅低、铁含量低及纯度较高的氮化硅铁粉末制备氮化硅铁陶瓷,材料的性能有望得到进一步的提高。     

SiC_p/B_4C复合陶瓷的热压烧结及组织性能

以Si粉为烧结助剂,SiC颗粒为增强剂,采用真空热压烧结工艺制备了SiCp/B4C陶瓷基复合材料。研究了SiCp对复合材料力学性能的影响。借助X射线衍射、扫描电镜等分析了复合材料的物相组成和微观结构。研究表明:添加的SiCp中粒径小的颗粒被包裹在主晶相中,粒径较大的颗粒分布在晶界上,形成"晶内-晶间"混合型复合陶瓷。当SiCp含量为4wt.%时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到431MPa和5.41MPa.m1/2。复合材料力学性能的提高主要是由于残余应力引起的晶界强化以及断裂方式的转变。     

放电等离子烧结制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料

采用TiB_2和Ti_3AlC_2微粉为原料,利用放电等离子烧结技术制备TiB_2/Ti_3AlC_2陶瓷复合材料,研究了Ti_3AlC_2含量对TiB_2陶瓷的致密度、物相微观结构以及力学性能的影响。结果发现在压力30MPa、1400℃条件下,添加钛铝碳含量为20~30wt%时制得的陶瓷复合材料含有较多的孔洞,且主要分布在TiB_2颗粒间,样品密度偏低,硬度低于570HV。当添加的Ti_3AlC_2量为40wt%时,样品的微观结构中孔洞数量降低且孔径变小,硬度高达1040HV。提高60TiB_2烧结温度至1600℃,物相TiB_2沿晶面(001)发生较明显的取向,样品60TiB_2的微观结构中孔洞消失或存在量极少,致密度高达4.393g/cm~3,硬度高达2400HV。     

BaNb_2O_6/Al_2O_3复相陶瓷的制备及力学性能

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相BaNb2O6引入到Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于1350℃制备BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:BaNb2O6与Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为10%(体积分数)时,1350℃无压烧结和热压烧结制备的BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

烧结工艺对SiC/Cu–Al复合材料的力学性能及断裂行为的影响

以Cu包裹SiC颗粒为增强体,分别采用真空热压烧结和常压氩气气氛保护烧结方式制备含5%(体积分数)SiC颗粒的SiC/Cu–Al复合材料。研究了不同烧结温度对样品密度、Vickers硬度和弯曲强度的影响。采用X射线衍射、扫描电镜对样品的晶相组成和结构进行了测定。结果表明热压制品相对常压烧结制品的晶相组织均匀,晶粒细小。热压烧结可以大大提高SiC/Cu–Al复合材料的致密度,最高达到理论密度的99.9%。热压烧结的制品的硬度得到提高,550℃热压烧结的制品硬度最高可达到65MPa,575℃烧结时,其最大抗弯强度为190MPa,断裂机制主要是增强的颗粒断裂和基体撕裂。     

硼化锆基碳化硅复相陶瓷

以钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet,YAG)为烧结助剂,通过无压烧结工艺制备了ZrB2-SiC复相陶瓷.研究了复相陶瓷的相组成、抗烧蚀性能以及烧结助剂含量、烧结温度对复相陶瓷力学性能和显微结构的影响.结果表明:复相陶瓷的物相组成主要为ZrB2,SiC和少量玻璃相;添加YAG或提高烧结温度能使材料的晶粒显著长大,并显著提高材料的相对密度和力学性能.当YAG含量为9%(质量分数),烧结温度为1 800℃时陶瓷的相对密度为97.1%、Rockwell硬度HRa为88、弯曲强度为296MPa、断裂韧性为5.6MPa·m1/2.复相陶瓷具有优异的超高温抗烧蚀性能,在2800℃烧蚀30min,烧蚀率仅为0.001 mm/s,烧蚀后的显微结构呈现复杂的多层结构.     

黄杨木制备SiC木质陶瓷的性能与表征

SiC木质陶瓷是近年来应用前景广阔的新型陶瓷材料,以绿色可再生的木材为原材料,通过反应烧结工艺制备出的陶瓷具有优良的高温力学性能。为探究影响生物质陶瓷性能的因素,将黄杨木在800 ℃氮气保护下热解形成生物质炭坯,然后在1 650 ℃和1 900 ℃两种高温下进行熔融渗硅制备SiC木质陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究SiC木质陶瓷的物相组成和微观结构,采用阿基米德排水法和三点弯曲法测定陶瓷的开孔率、密度和弯曲强度,再使用维氏硬度计测定SiC木质陶瓷的显微硬度。研究结果表明:在1 650 ℃下通过熔融渗硅可以得到微观结构均匀的SiC木质陶瓷,在1 650 ℃比在1 900 ℃下熔融渗硅制备陶瓷的力学性能更优异,陶瓷的密度更大,为2.27 g/cm³,此时弯曲强度为192.45 MPa;游离Si会提高SiC木质陶瓷的密度,增强陶瓷的弯曲强度。     

Fabrication and Mechanical Property of BaNb2O6/Al2O3 Composite Ceramics

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相 BaNb2O6引入到 Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于 1350 ℃制备 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明：BaNb2O6与 Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了 Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为 10%（体积分数）时,1350 ℃无压烧结和热压烧结制备的 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为 94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和 99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到 BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相 BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

SiC/β-Sialon装甲陶瓷的制备及性能

采用无压烧结工艺制备高比强度SiC/β-sialon复相陶瓷。研究了原料组成和第一阶段反应温度对合成β-sialon相的影响,分析了氧化物添加剂和第二阶段烧结温度对材料烧结性能和力学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及万能试验机表征样品的物相组成、微观结构和力学性能。结果表明：用10%（质量分数,下同）的苏州土部分替代Al2O3和SiO2能有效促进β-sialon相的生成,在1500℃保温2h合成出无杂相的β-sialon相;复合添加5%ZrO2和5%Y2O3可促进样品的烧结致密化。当温度为1650℃时,样品的体积密度为2.90g/cm3,抗弯强度和断裂韧性分别达到375MPa和3.24（MPa·m1/2）,弯曲比强度为1.29×105（N·m）/kg,比Al2O3提高了40%以上。     

ZrB2-SiCpl复合陶瓷的SPS烧结行为及微观结构

利用放电等离子体烧结（spark plasma sintering,SPS）技术,在烧结温度、保温时间、压力和加热速率分别为1 600℃、5 min、30 MPa和100℃/min条件下制备硼化锆（ZrB2）–15%（体积分数）碳化硅晶片（SiCpl）复合陶瓷。研究ZrB2–SiCpl复合陶瓷的烧结致密化行为、微观结构...