二硼化锆超高温陶瓷的强韧化

以ZrB_2为基体材料,分别采用添加SiC颗粒(SiC_p)、SiC晶须(SiC_w)和SiC晶片(SiC_(pl))作为增韧相,采用热压烧结技术制备了SiC/ZrB_2陶瓷基复合材料,分析了不同增韧相的种类和添加量对ZrB_2陶瓷强韧化效果的影响,并通过层状结构设计,采用放电等离子体烧结工艺制备出ZrB_2基层状复合陶瓷材料,研究了层状结构对ZrB_2陶瓷强韧化效果的影响。结果表明:添加SiC颗粒、晶须或晶片,采用热压烧结可以制备出接近完全致密的SiC/ZrB_2陶瓷基复合材料;与单独添加SiC颗粒或晶须相比,同时添加SiC颗粒和晶须的增韧效果更加明显,而SiC晶片也可以起到较好的强韧化效果;通过层状结构设计,能够较大幅度地提高ZrB_2陶瓷的断裂韧性,显示了很好的增韧效果。     

二硼化锆基超高温陶瓷的制备及性能

用碳化硅(SiC)颗粒增韧二硼化锆(ZrB2)陶瓷,在氩气流中热压烧结温度为1 950℃、保温1 h,20 MPa压力下成功制备出了致密的ZrB2/SiCp复合材料.ZrB2/SiCp复合材料的致密度随着SiC颗粒添加量的增加而增加.当SiC颗粒的体积分数(下同)为15%时,相对致密度达到100%.ZrB2/SiCp复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC添加量的增加成上升趋势,当SiC颗粒的添加量在15%时同时达得最大值,分别为646 MPa和8.52 MPam·m1/2.SiCp的添加还提高了ZrB2/SiCp复合材料的耐氧化烧蚀性能.     

SiCp1/ZrB2超高温陶瓷的制备及性能

研究了碳化硅晶片(SiCp1)增韧二硼化锆(ZrB2)陶瓷的制备及其力学性能.采用热压烧结方法,在烧结温度1950℃、保温时间1h、压力20MPa、流动氩气气氛下,制备了高致密度的SiCp1/ZrB2复合材料.通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、三点弯曲法和单边切口梁法对SiCp1/ZrB2陶瓷复合材料的物相、显微结构和力学性能进行了研究,结果表明:随着SiCp1的加入,SiCp1/ZrB2复合材料的相对致密度和断裂韧性都得到了较大提高,当SiCp1添加量为15%(体积分数)时,相对致密度达到99%,断裂韧性达到(8.35±0.26)MPa·m1/2,抗弯强度达到(522±49)MPa.用轧膜法制备的SiCp1定向排列的SiCp1/ZrB2复合材料的力学性能略有下降.     

ZrB2基超高温陶瓷的强韧化研究进展

ZrB2具有高熔点 (3245℃)、高硬度(23GPa),高温热稳定性,成为最具潜力的超高温陶瓷,但是ZrB2韧性低的缺点限制了应用范围.本文总结了增韧ZrB2陶瓷的研究进展.目前,提高ZrB2基超高温陶瓷的断裂韧性的方法主要是通过掺入第二相,掺入相包括SiC颗粒、晶须、纤维,短石墨纤维,纳米SiC,氧化锆,Mo,Nb...     

Si3N4及其复合材料强韧化研究进展

简述了氮化硅陶瓷的结构、性能和制备工艺，并分别通过自增韧补强、纤维／晶须强韧化、层状结构强韧化、相变强韧化以及颗粒弥散强韧化等方法对氮化硅陶瓷的强韧化研究进行了分类叙述。     

二硼化锆陶瓷增韧技术的研究进展

本文介绍了近年来二硼化锆陶瓷的增韧技术及其机制,包括弥散颗粒增韧、不同长径比相(晶须、纤维、晶片、碳纳米管等)增韧、ZrO2相变增韧、仿生结构增韧、原位反应增韧、晶须和颗粒协同增韧;展望了二硼化锆陶瓷增韧技术的未来发展趋势.     

莫来石基陶瓷复合材料的力学性能

采用热压工艺制得致密的莫来石陶瓷和莫来石基陶瓷复合材料(ZTM、SiC晶须-莫来石、SiC晶须-ZTM)。通过引入SiC晶须或ZrO_2,使莫来石基陶瓷的力学性能有明显改善,SiC晶须和ZrO_2复合强韧则效果更为显著。组成为20vol.％SiC晶须-15vol.％ZrO_2-莫来石陶瓷材料,其室温及800℃的抗弯强度和断裂韧性分别为559MPa及425MPa,7.5MPa·m~(1/2)及7.4MPa·m~(1/2)。实验结果表明,莫来石基复合材料的相变增韧与晶须增韧机制的作用对韧性的贡献有良好的加和性。     

不同SiC源对Cf/ZrB2–SiC复合材料微结构和力学性能的影响EI北大核心CSCD

采用新型浆料注射/真空浸渍工艺实现了超高温陶瓷组分与碳纤维的有效复合,并结合低温(1 450℃)热压烧结实现了Cf/ZrB2-SiC复合材料的制备。研究了不同SiC源(SiC粉体和聚碳硅烷PCS)对复合材料微结构和力学性能的影响,结果表明:基于聚碳硅烷优异的流动性实现了陶瓷组分在纤维束内和束间的有效填充,并经低温热压烧结后Cf/ZrB2-PCS复合材料的相对密度为91.3%,主要归结于聚碳硅烷裂解后残留的微量无定性碳起到了表面除氧的作用而促进致密化,但该无定性碳弱化了晶界强度而导致力学性能降低。同时Cf/ZrB2-PCS复合材料表现出非脆性断裂模式且断裂功高达539 J/m^2,较Cf/ZrB2-SiCp复合材料提升高达84.6%;该复合材料断裂功的提升主要归结于裂纹偏转、裂纹分叉和纤维桥联等多种增韧机制的协同效应,大幅度改善了ZrB2基超高温陶瓷材料的损伤容限和可靠性。     

碳化硅晶须补强莫来石复合材料的SPS烧结致密化研究

采用SPS工艺制备了SiC晶须增强莫来石基复合材料。SEM分析结果表明,SiC晶须在莫来石基体中分布均匀,看不到晶须团聚,晶粒中可看到由于快速烧结而导致的微气孔残留;晶须的拔出、解离非常明显,是主要的晶须增韧机制。SiC晶须的取向,在热压烧结条件下呈各向异性。在不同方向的裂纹扩展、亦即材料的断裂韧性,也表现出明显的各向异性。采用30vol％SiC晶须增强莫来石,SPS烧结条件下材料强度比热压高10％左右,为570MPa,KIC为4．5MPa．m^1/2,比纯莫来石提高100％以上。同HP法烧结相比,SPS烧结明显有利于材料致密化。     

晶须增韧陶瓷基复合材料匹配原则及影响因素

晶须增韧陶瓷基复合材料的迅速发展,开辟了一条改善陶瓷材料脆性非常有效的途径。明显的韧化效果以及这类复合材料具有的良好高温力学性能,使其成为高技术陶瓷研究开发的一个前沿领域。笔者综述了晶须增韧陶瓷基复合材料的制备方法和强韧化机制,分析了晶须增韧陶瓷基复合材料匹配原则及影响因素,最后指出晶须增韧陶瓷基复合材料这一研究领域发展趋势。     

SiC基层状复合材料界面层的选择

利用凝胶注模成型SiC基体层 ,以喷涂法、流延法、金属箔法、浸涂法分别加涂W ,W -2 % (质量分数 ,下同 )Co ,Ta,BN界面层 ,通过热压烧结制备了SiC/W ,SiC/W -2 %Co ,SiC/Ta ,SiC/BN层状复合材料 .在复合材料高温制备过程中 ,金属W ,W -2 %Co ,Ta与SiC反应生成了碳化物和硅化物 ,失去了金属塑性 ,未能实现裂纹尾流区桥接、残余应力增韧等金属界面层层状复合材料赖以大幅度提高其强韧性的增韧机制 ,其增韧效果仅与BN陶瓷界面层的增韧效果相当 .此外 ,研究表明 ,提高基体层力学性能可以显著提高层状复合材料的强韧性 .制备的SiC/BN层状复合材料的室温三点弯曲强度为 72 9.86± 114 .0 2MPa、室温断裂韧性为 2 0 .5 8± 2 .77MPa·m1 /2 ,其主要增韧机制包括裂纹分叉钝化、裂纹偏转、裂纹并行扩展以及裂纹尾流区片层拔出等     

ZrB2-SiC复相陶瓷的制备及其力学性能研究

以ZrB2和SiC粉为原料,采用Si3N4球为球磨介质,通过热压烧结制备了ZrB2-SiC复相陶瓷.并对ZrB2-SiC复相陶瓷进行了相对密度、力学性能检测和微观结构分析.结果表明:随着ZrB2球磨时间和SiC含量的增加,该复相陶瓷相对密度先增加后略有降低,ZrB2最佳球磨时间为8小时,SiC最佳含量为20vol.%.ZrB2+20vol.%SiC复相陶瓷的相对密度达到98.3%,抗弯强度达到631±4MPa,断裂韧性达到5.4±0.2 MPa·m1/2.随着球磨时间的增加,ZrB2+20vol.%SiC复相陶瓷的断裂方式由穿晶断裂向沿晶断裂转变.     

ZrB2-SiC复相陶瓷的制备及其性能的研究

以ZrB2和SiC粉为原料,采用Si3N4球为球磨介质,通过等静压成型及无压烧结制备了ZrB2-SiC复相陶瓷。实验确定了ZrB2-SiC复相陶瓷的烧结制度,并研究了SiC含量与球磨时间对ZrB2-SiC复相陶瓷体积密度的影响。结果表明:随着ZrB2球磨时间的增加,ZrB2颗粒粒径逐渐减小,复相陶瓷的体积密度逐渐增加;随着SiC含量的增加,复相陶瓷体积密度降低。ZrB2最佳球磨时间为6h,SiC最佳含量为20%,ZrB2-SiC20%(体积分数)复相陶瓷体积密度达到4.98g/cm3。     

晶须框架强韧化多孔莫来石陶瓷

气固反应制备莫来石晶须框架,通过真空浸渗将莫来石前驱体粉引入莫来石晶须框架中,经过1650℃烧结得到晶须框架强韧的多孔莫来石陶瓷,研究了框架结构的莫来石晶须对多孔莫来石陶瓷力学性能的影响。研究结果表明:晶须框架对多孔莫来石陶瓷的强韧化效果明显,其中气孔率为43.5%、晶须含量为90 wt%的晶须强韧陶瓷的增强效果最佳,强度提高了55%;70 wt%晶须含量、气孔率为28%的晶须强韧陶瓷增韧效果最佳,韧性值提高了134%。     

SiC_w/莫来石和SiC_w/Y-TZP/莫来石复合材料的力学性能与显微结构

以莫来石为基体,SiC晶须(SiC_w)和Y-TZP(Y_2O_3稳定的四方ZrO_2多晶)为两种补强剂,采用热压烧结工艺,制备SIC_w/莫来石和SIC_w/Y-TZP/英来石复合材料。研究了复合材料的力学性能与显微结构,并对强化增韧机制进行了分析。结果表明,SiC晶须补强莫来石,可以改善其强度和断裂韧性。若SiC晶须和Y-TZP共同补强英来石,则可以进一步提高其强度和断裂韧性。晶须引起裂纹偏转,晶须拔出以及由ZrO_2相变引起的微裂纹增韧是该复合材料的主要增韧机制。SiC晶须和Y-TZP两种补强剂的共同作用,对莫来石强度和断裂韧性的提高具有叠加或协同效应。     

机械合金化和热压烧结制备钻杆陶瓷的工艺与性能

基于预防材料老化的理念,采用机械合金化和热压烧结的方法制备了钻杆用陶瓷,研究了烧结温度对陶瓷显微形貌和力学性能的影响.结果表明,当烧结温度为1800℃、1900℃和2000℃时,陶瓷的物相主要由ZrB2、ZrN、SiC、BN(C)、m-ZrO2和ZrOx组成,不同烧结温度下垂直于热压和平行于热压方向的陶瓷中都可见尺寸不...     

纳米SiC增韧Al_2O_3陶瓷复合材料的制备、表征及力学性能研究

以SiC和Si微米粉为添加剂,采用无压烧结工艺制备了纳米SiC增韧的Al2O3陶瓷复合材料,探讨了SiC含量、烧结气氛和烧结温度对复合材料的烧成收缩率、微观形貌、抗弯强度、维氏硬度及断裂韧性的影响。结果显示：SiC的添加使复合材料的烧成收缩率下降,惰性气氛下复合材料的收缩率要大于氧化气氛和还原气氛时的收缩率。在氧化性气氛下烧结时,当SiC添加量为4%时,复合陶瓷的体积密度为3.80 g·cm^-3,抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度均达到最大值,分别为480 MPa、5.12 MPa·m1/2、16.2 GPa。添加SiC后所得复合材料的基体颗粒为椭圆状,粒径为2μm左右,颗粒与颗粒之间结合紧密,颗粒形状的改变可能是因为烧结机理发生变化所致。纳米SiC颗粒位于晶界处,形成了由Al2O3-SiC-Al2O3搭桥联结的晶界,提高了晶界强度,导致裂纹只能在晶内传播。     

烧结温度对BN-ZrB_2-ZrO_2复相陶瓷结构与性能的影响

以h-BN为基体材料,ZrO2、AlN、B2O3和Si等为改性剂,采用反应热压烧结工艺制备BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷,研究了烧结温度对BN基复相陶瓷物相组成、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:提高烧结温度可促进ZrB2相的形成,烧结后的复合陶瓷中出现SiAlON相;随烧结温度升高,样品相对密度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高后降低趋势,烧结温度为1 900℃时材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最高,分别为95.2%、226.0MPa和3.4MPa·m1/2。ZrB2相的存在显著提高了BN基复相陶瓷的力学性能。与热压烧结纯BN陶瓷相比,BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷的抗弯强度提高了183%,且该复相陶瓷主要以沿晶断裂为主,高温下烧结的样品中出现晶粒拔出现象,并伴随有少量穿晶断裂。     

层状SiC/BN陶瓷的制备及抗冲击性能

为发展高性能结构功能一体化的新型陶瓷装甲防护材料,采用流延法结合热压烧结法制备了不同结构设计的层状SiC/BN陶瓷,研究了材料的烧结特性、显微结构、力学性能及抗冲击性能。结果表明:层状结构设计可以实现陶瓷材料的强韧化效果,其失效模式为非脆性断裂,保持结构完整性的能力明显提升;弯曲强度410MPa,断裂韧性7.6MPa·m^{^(1/2})。打靶结果表明层状结构具有较好的动态吸能效果与保持结构完整性的能力,可以抵抗多发弹丸冲击:凹陷深度为7.5mm,破碎锥直径40 mm,动态损伤以环向为主,综合防护能力得到明显提升。     

硼化钛及其单相陶瓷的制备

简单介绍了硼化钛(TiB2)陶瓷的性质及其用途。重点介绍了TiB2原料及其单相陶瓷的制备与生产工艺，其中包括采用碳热还原法、自蔓延高温合成法、机械化学反应法等方法制备TiB2原料；通过添加烧结助剂，采用无压烧结和热压烧结的工艺制备TiB2单相陶瓷。