Ti2AlC粉末粒径分布对TiC0.5-Al2O3/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti₂AlC粉末,再与Cu₂O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_0.5-Al₂O₃/Cu复合材料,研究了Ti₂AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明：随着Ti₂AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_0.5和Al₂O₃在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。     

热压烧结制备碳化硅增韧氧化铝刀具复合材料及其力学性能评价研究

氧化铝陶瓷作为制造切削刀具的优良材料,较低的韧性限制了其应用。选用不同含量的碳化硅(2%,5%和10%)加入氧化铝颗粒中,经球磨后,利用真空热压烧结法(1400℃,20MPa)制备Al₂O₃/SiC复合材料。从X射线衍射(XRD)、致密度、硬度、弯曲强度以及断裂韧性等方面对材料性能进行了分析。结果发现,随着SiC的加入,Al₂O₃/SiC复合陶瓷硬度和抗弯强度增大。当SiC质量分数为5%时,其硬度和弯曲强度最大,最大值分别为1071.98HV和379.83MPa,此时断裂韧性也最大,为6.39MPa·m^1/2。     

浆料固相含量对数字光处理成形SiO2基陶瓷性能的影响

随着国内外航空航天事业的快速发展,硅基陶瓷型芯在制备发动机涡轮叶片中起到越来越重要的作用。本工作以氧化硅(SiO₂)粉末和硅酸锆(ZrSiO₄)粉末为原材料,通过数字光处理技术(Digital light processing, DLP)制备SiO₂基陶瓷,主要研究了陶瓷浆料固相含量对DLP成形SiO₂基陶瓷微观组织和性能的影响。随着陶瓷浆料固相含量(体积分数)从50%增加到65%,SiO₂基陶瓷中由石英玻璃转变形成的方石英含量逐渐下降,烧结件的晶粒孔隙逐渐减少。DLP成形SiO₂基陶瓷的径向收缩率由4.65%下降至1.61%,轴向收缩率由8.35%下降至4.17%;而SiO₂基陶瓷的体积密度逐渐提高,气孔率逐渐减小,抗弯强度逐渐上升。最终确定陶瓷浆料的最佳固相含量为65%,此时SiO₂基陶瓷的气孔率为25.4%,室温抗弯强度为9.3 MPa,满足硅基陶瓷型芯的性能要求。     

MgO-Y2O3烧结助剂对光固化成形Si3N4陶瓷显微结构及性能的影响

采用MgO-Y₂O₃作为烧结助剂，利用光固化成形技术、结合气压烧结方法制备了高致密化程度和高性能的Si₃N₄陶瓷。研究了Mg O-Y₂O₃烧结助剂总掺量对光固化成形Si₃N₄陶瓷的相对密度、物相组成、显微结构、热学和力学性能的影响。研究结果表明，随着Mg O-Y₂O₃烧结助剂总掺量的增加，光固化成形Si₃N₄陶瓷的相对密度和平均晶粒尺寸逐渐增大，总掺量为10wt%时，达到最大值，分别为99.01%和0.82μm；而热导率和抗弯强度均呈先增大后降低的变化趋势，并在8wt%达到最大值，分别为59.58 W·m^-1·K^-1和915.54 MPa。     

基于梯度结构的Al2O3/ZrO2陶瓷刀具材料的制备及其力学性能

采用真空热压烧结方式制备了Al₂O₃/ZrO₂梯度复合陶瓷刀具材料,并对ZrO₂含量及梯度结构层厚比进行了优化。层厚比为2.0的AZE20梯度复合陶瓷刀具材料维氏硬度为(18.7±0.33) GPa,抗弯强度为(937±28.5) MPa,断裂韧性为(8.2±0.32) MPa·m^1/2,相比最佳ZrO₂含量的均质复合陶瓷刀具材料AZ20,维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别增加了22%、37.8%和43.8%。梯度结构的设计使表层形成残余压应力,晶粒得到一定程度的细化,更多的ZrO₂晶粒因残余压应力尺寸稳定在t相ZrO₂晶粒尺寸。在复合材料断口形貌中发现,其断裂方式为表层穿晶断裂和中间层沿晶断裂的结合,这种混合断裂方式使刀具整体力学性能得到提高。     

氧化铝夹杂破碎与弥散行为的试验研究

金属零件基体中的非金属夹杂物不可避免且对基体力学性能影响严重,而锻造变形是使非金属夹杂物在金属基体中破碎和弥散的主要途径。以钢中常见的Al₂O₃硬性夹杂为研究对象,采用粉末冶金技术与3D打印熔覆成形技术相结合的方法制备了内含不同气孔率Al₂O₃夹杂的金属试样。进行含Al₂O₃夹杂金属试样在系列变形条件下的锻造试验,通过变形后Al₂O₃夹杂的形貌观察,研究分析了夹杂气孔率和锻造工艺参数（变形温度、变形速度、变形路径）对Al₂O₃夹杂破碎及弥散行为的影响。结果表明,夹杂气孔率越高,越易发生破碎行为。降低变形温度或提高变形速度可促进较高气孔率Al₂O₃夹杂的破碎及弥散;对于具有较低气孔率的Al₂O₃夹杂,提高变形温度是加剧其破碎程度的主要方式。同时变形路径的复杂化可显著提高Al₂O₃夹杂的破碎程度,促进其在金属基体中进一步的弥散。     

Cr2O3掺杂量对SnO2压敏电阻微观结构和电气性能的影响

以SnO₂粉、CuO粉、Nb₂O₅粉、Cr₂O₃粉为原料,采用粉末冶金技术烧结制备(98.95-x)SnO₂-1CuO-0.05Nb₂O₅-xCr₂O₃(x=0,0.01,0.02,0.03,0.05,物质的量分数/%)压敏电阻,研究了Cr₂O₃掺杂量对该压敏电阻微观结构和电气性能的影响。结果表明：随着Cr₂O₃掺杂量的增加,烧结试样的相对密度、收缩率、平均晶粒尺寸均先增大后减小,当Cr₂O₃物质的量分数为0.02%时相对密度和收缩率最高,Cr₂O₃物质的量分数为0.01%时晶粒尺寸最大,粒径分布最均匀;随着Cr₂O₃掺杂量增加,SnO₂     

Sb-SnO2掺杂量对Al2O3-13%TiO2复合陶瓷涂层抗结垢性能的影响

以Al₂O₃-13%TiO₂(AT13)和纳米掺锑SnO₂(Sb-SnO₂)粉体为原料,采用等离子喷涂工艺在4145H合金钢基体表面制备了掺杂不同质量分数(0～16%)Sb-SnO₂的AT13复合陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的表面性能、微观形貌、显微硬度、结合强度以及在地层采出水中的抗结垢性能,并与电镀铬层和未处理4145H合金钢进行对比。结果表明：与电镀铬层和未处理4145H合金钢相比,复合陶瓷涂层的水接触角较大,表面能较低,随着Sb-SnO₂掺杂量的增加,水接触角基本呈先增大后减小的趋势,表面能先减小后增大;复合陶瓷涂层具有大量的孔隙;随着Sb-SnO₂掺杂量的增加,硬度整体呈降低趋势,但均高于4145H合金钢和电镀铬层,单位面积结垢质量先减小后增大;掺杂质量分数10%Sb-SnO₂的复合陶瓷涂层具有最大的水接触角、最小的表面能、最小的单位面积结垢质量,平均结合强度为25.7 MPa。     

掺杂Y2O3钨基复合材料在近韧脆转变温区的静载拉伸特性

制备了掺杂质量分数分别为0.5%,2.0%Y₂O₃的钨基复合材料,研究了其显微组织,通过不同温度(25～800℃)下的拉伸试验分析了其近韧脆转变温区的变形特性。结果表明：2种复合材料均存在由轧制变形导致的大量位错,Y₂O₃颗粒对位错运动起到钉扎作用;Y₂O₃掺杂质量分数为2.0%的复合材料的晶粒更细小,发生韧脆转变的温度更低,在300～400℃拉伸时发生半脆性行为,断口区域位错密度在3.8×10¹⁵～3.9×10¹⁵ m^-2,在600～800℃下发生明显塑性变形,位错密度增加至6.2×10¹⁵～6.8×10¹⁵ m^-2。     

Al_2O_3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料的微观结构与性能

采用真空热压烧结技术制备了纳米TiC体积分数为3%~5%的Al2O3/TiC/Mo/Ni微纳陶瓷复合材料,并对其力学性能、相对密度、微观结构和三点弯曲断口形貌进行了研究。结果表明:微纳陶瓷复合材料中存在非典型的灰芯/白环结构;复合材料的断裂方式为穿晶断裂和沿晶断裂的混合形式;添加的纳米粒子分布于Al2O3基体晶粒的内部与晶界,形成了晶内/晶界型结构,细化了晶粒,强化了晶界,提高了复合材料的强度和相对密度,其抗弯强度、断裂韧度、硬度和相对密度分别为970MPa,5.5MPa·m1/2,20.4GPa和99.5%。     

激光功率对选区激光熔化Al2O3/ZrO2(Y2O3)缺陷与力学性能分析

利用选区激光熔化技术对Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)陶瓷粉末进行3D打印试验研究,分析在不同激光功率条件下的缺陷与力学性能。试验结果表明：激光功率对打印过后陶瓷样品缺陷的生成有重要影响。在一定条件下随着激光功率的增加,气孔、裂纹等缺陷减少,并在激光功率为300 W时表现最好,且此时显微维氏硬度最大值约为17.5 GPa。     

Y2O3改性石墨/CaF2/TiC/镍基合金复合涂层微观组织与摩擦学性能研究

为提高石墨/CaF₂/TiC/镍基合金（GCTN）复合涂层的力学性能和摩擦学性能,运用等离子喷涂技术在45钢表面制备了Y₂O₃改性GCTN复合涂层,研究了Y₂O₃对复合涂层的微观组织、显微硬度、断裂韧性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：Y₂O₃改性GCTN复合涂层主要由γ-Ni、CrB、Cr7C₃、TiC、CaF₂和石墨等物相组成。Y₂O₃在等离子火焰加热作用下与C元素反应生成活性元素Y,Y净化了复合涂层的微观组织,并细化了CrB、Cr₃C7等硬质相晶粒,提高了其致密性。当Y₂O₃质量分数为0.5%时,复合涂层的显微硬度和断裂韧性分别为593.3MPa和6.82MPa·m^1/2,比不含Y₂O₃的复合涂层分别增大了8%和22%,其机理主要是Y₂O₃细化了CrB、Cr₃C₇等硬质相晶粒,起到了细化强化作用。由于GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的显微硬度和断裂韧性显著提高,减少了其黏着磨损和微观断裂磨损,因而GCTN-0.5Y₂O₃复合涂层的摩擦因数和磨损率最小,分别为0.085和0.39×10-3mm3/m。     

In2O3-Mn2O3复合纳米棒的两步水热法合成及其在氢气传感器中的应用

文中以In(NO₃)₃·4.5H₂O为铟源，KMnO₄为锰源，PVP为添加剂，分别以水和无水乙醇为溶剂，通过两步水热法成功合成了In₂O₃-Mn₂O₃复合纳米棒。采用XRD、SEM、XPS对复合材料的物相组成、微观形貌和元素价态进行了表征和分析，并将In₂O₃-Mn₂O₃复合材料组装成气敏传感器元件进行氢气的气敏性能研究。结果表明，相比于In₂O₃,In₂O₃-Mn₂O₃传感器的最佳工作温度降低至325℃,且In₂O₃-Mn₂O₃传感器在重复性实验中对氢气具有高灵敏度，优异的选择性、重复性和稳定性。复合材料表面...     

乏油环境下氧化铝填充氟橡胶的高温摩擦性能研究

为了探究高温乏油环境下氟橡胶（FKM）摩擦性能的变化规律并改善其摩擦性能，在FKM中加入氧化铝（Al₂O₃）,通过机械共混法制备得到FKM/Al₂O₃复合材料，在常温和200℃高温乏油环境下对比分析FKM/Al₂O₃复合材料与FKM材料在不同载荷下的摩擦学性能。结果表明：高载荷和高温使得FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度增大，因而乏油环境下FKM的摩擦性能大幅下降；Al₂O₃粒子的加入提高了FKM在常温和高温下的基体硬度，使得FKM/Al₂O₃复合材料在相同条件下相比FKM的摩擦因数、粗糙度和磨痕深度均有减小；Al₂O₃作为补强材料提高了FKM基体在高温乏油环境下的摩擦性能，复合材料表面分层剥离现象明显减少。复合材料表面元素分析结果表明，Al₂O₃粒子在FKM表面形成了固体润滑膜，改...     

La2O3添加量对激光熔覆铁基合金涂层显微组织和耐磨性能的影响

采用激光熔覆技术在35CrMoV钢表面制备添加La₂O₃质量分数分别为0,0.7%,1.4%,2.0%的铁基合金熔覆层,研究了La₂O₃含量对其显微组织、物相组成、显微硬度、耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能的影响。结果表明：未添加La₂O₃的熔覆层主要物相为FeCr固溶体和少量Cr₂₃C₆,添加La₂O₃后熔覆层中还出现了LaNi₃,当La₂O₃质量分数为1.4%时熔覆层与基体界面平整,冶金结合良好,组织细小且均匀;随着La₂O₃质量分数增加,熔覆层显微硬度先增大后减小,耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能先提高后降低,当La₂O₃质量分数为1.4%,耐磨性能最好,此时熔覆层的摩擦磨损机制由未添加La₂     

MoSi2添加量对放电等离子烧结α-Sialon陶瓷性能的影响

以Y₂O₃为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术制备了以MoSi₂为第二相的α-Sialon陶瓷,研究了MoSi₂添加量（0～10%,质量分数）对陶瓷微观结构和性能的影响。结果表明：添加MoSi₂后,陶瓷中α-Sialon晶粒从等轴状变为长棒状,且随着MoSi₂添加量的增多,长棒状α-Sialon晶粒显著增多,长径比增大,当MoSi₂质量分数为10%时,晶粒尺寸呈现显著的双峰分布;当MoSi₂质量分数从0增加到10%时,陶瓷的相对密度由99.0%增加到99.7%,硬度由21.12 GPa降低到20.44 GPa,断裂韧度由4.80 MPa·m^1/2增加到6.13 MPa·m^1/2;在干切削镍基高温合金时,添加质量分数10%MoSi₂的陶瓷刀具在达到磨损标准时的切削长度是未添加MoSi₂陶瓷刀具的1.5倍,可见该刀具切削性能优异,其...     

氮化硅基防静电陶瓷球的制备及其性能评价

以TiN作为导电添加相,成功制备出Si₃N₄基防静电陶瓷球,研究了TiN对Si₃N₄基陶瓷球致密化、显微结构、力学性能及电阻率的影响。结果表明：大量TiN的加入阻碍了Si₃N₄的致密化,降低了Si₃N₄基陶瓷的抗弯强度、维氏硬度和电阻率,提高了其断裂韧性;与加入微米级TiN的试样相比,加入相同含量纳米级TiN试样的各项性能更优;纳米级TiN质量分数30%的陶瓷球不仅具有防静电功能,且综合力学性能最佳,其维氏硬度、断裂韧性和压碎强度分别为(1 482±15)HV₁₀,(8.2±0.1)MPa·m^1/2,(417±10)MPa。     

TiB2含量对基于PLC控制的激光选区熔化成形TiB2/4Cr13钢复合材料组织与性能的影响

采用机械球磨和激光选区熔化成形方法,制备了不同TiB₂质量分数(0.6%,1.2%,1.8%)的TiB₂/4Cr13钢复合材料,研究了TiB₂含量对复合材料物相组成、微观形貌、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：复合材料由α-Fe、γ-Fe、TiB₂等相组成;随着TiB₂含量的增加,复合材料的相对密度降低;当TiB₂质量分数为0.6%时,复合材料的组织最为细小均匀,随着TiB₂含量的继续增加,晶粒尺寸增大,且组织中出现裂纹、微孔等缺陷;随着TiB₂含量增加,复合材料的硬度降低,摩擦因数和磨损率增大,点蚀和自腐蚀电位降低,自腐蚀电流密度增大,耐腐蚀性能变差。     

Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具裂纹愈合性能研究

针对陶瓷刀具对裂纹敏感的问题,在Si3N4/TiC陶瓷刀具材料基体中添加ZrSi2裂纹愈合剂,使陶瓷刀具具有了裂纹自愈合能力。当ZrSi2的体积分数为10%时,Si3N4/TiC/ZrSi2陶瓷刀具材料具有较好的综合性能,其抗弯强度为815 MPa,断裂韧性为8.06 MPa·m1/2,维氏硬度为15.91 GPa,并且其相对密度可以达到99.72%。通过维氏硬度计在陶瓷刀具材料表面引入裂纹,研究了以ZrSi2为愈合剂的Si3N4/TiC基陶瓷材料裂纹的最佳愈合参数和愈合机理。研究表明：添加ZrSi2体积分数为10%的Si3N4/TiC/ZrSi2预制裂纹试样,在空气气氛中800 ℃热处理60 min后,其抗弯强度可以恢复到光滑试样的92.02%,试样表面长度为300～350 μm的裂纹完全愈合,并且试样表面形成了一层以ZrO2和SiO2为主要成分的氧化层。分析陶瓷刀具材料的裂纹愈合机理表明：在空气热处理过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2优先与氧气发生反应生成ZrO2、SiO2,这两种氧化物愈合了材料表面的裂纹,恢复了裂纹试样的强度。同时在切削过程中,部分在裂纹处和材料表面的愈合剂ZrSi2的氧化产物ZrO2和SiO2 可以及时修复裂纹,提高刀具的耐磨性。     

碳纤维添加量对MgO-ZrO_2陶瓷抗热震性能和烧结性能的影响

以纳米MgO粉和ZrO_2纤维为原料,以短切碳纤维为添加剂,采用无压烧结工艺制备碳纤维增强MgO-ZrO_2陶瓷,研究了碳纤维添加量对陶瓷烧结性能、物相组成、抗热震性能和显微结构的影响.结果表明:随碳纤维添加量的增加,陶瓷的相对密度和线收缩率降低,显气孔率增大,碳纤维的添加不利于MgO-ZrO_2陶瓷的烧结;抗弯强度随碳纤维添加量的增加先增大后减小,当碳纤维的体积分数为20%时,陶瓷的抗弯强度最大,为287.15 MPa;碳纤维的添加能提高MgO-ZrO_2陶瓷的抗热震性能,当碳纤维体积分数为15%时,陶瓷的抗热震性能最佳.