原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

(Al11La3+Al2O3)/Al复合材料的高温性能及其强化机制

利用Al-La₂O₃的原位反应和粉末冶金工艺制备出(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料。结果表明，高能球磨和高温烧结促进了原位反应，使Al与La₂O₃充分反应并制备出致密无缺陷的材料。对其微观组织的分析表明，微米Al₁₁La₃和纳米Al₂O₃颗粒均匀分散于基体之中。这种复合材料的室温抗拉强度为328 MPa、延伸率为10.5%,350℃的高温抗拉强度为119 MPa、延伸率为10.2%。与传统Al-Cu-Mg-Ag和Al-Si-Cu-Mg耐热铝合金相比，本文的制备的(Al₁₁La₃+Al₂O₃)/Al复合材料其高温抗拉强度提高了大约20%。这种材料的室温强化机制源于Al₁₁La₃和Al     

反应自生Al2O3-Al3Ti-Al 复合材料的抗弯曲性能

将压力铸造(Squeeze-Casting) 与燃烧合成(Combustion-Synthesis) 相结合, 利用TiO₂与Al 之间的反应, 成功地制备了金属相Al 含量不同的Al₂O₃-Al₃Ti-Al 原位复合材料系列。运用三点弯曲方法测试了复合材料的抗弯曲强度和弹性模量。结果表明: 复合材料具有较高的弯曲强度(410～ 490M Pa) 和弹性模量(156～ 216GPa) , 随着金属相Al 含量的增加, 弯曲强度开始有所升高,当A l 体积百分数超过40% 后便明显下降。而弹性模量始终呈降低趋势, 复合材料的高强度源于反应生成细小的Al₂O₃颗粒及Al₃Ti 相的增强作用。      

球磨-转喷微注法制备纳米Al2O3颗粒/Al(7075)复合材料的组织及磨损特性

采用球磨-转喷微注相结合的新工艺制备纳米Al₂O₃颗粒(Al₂O_3p)/Al(7075)复合材料,设计一种转喷微注装置,该装置能将连续、微量的纳米Al₂O_3p注入到Al熔体中。观察纳米Al₂O₃增强相对Al(7075)基体合金材料微观组织的影响,并测试Al(7075)基体和纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损特性。对纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料和Al(7075)基体在不同载荷(15 N、25 N和35 N)下的磨损特性进行对比研究。结果表明:球磨-转喷微注法制备的纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料晶粒较小,且增强相在基体中分布均匀且结合良好;随着载荷增大,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料磨损量的上升趋势慢于Al(7075)基体。载荷为35 N时,纳米Al₂O_3p/Al(7075)复合材料的磨损量较Al(7075)基体少,磨屑尺寸较小,其耐磨性能明显改善,这主要得益于纳米Al₂O_3p的支撑作用和材料的细晶强化作用。      

Ti2AlNb合金表面射频溅射Al/Al2O3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti₂AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al₂O₃复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al₂O₃复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al₂O₃层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al₂O₃颗粒增大;Al/Al₂O₃复合层能有效提高Ti₂AlNb合金的抗热震性能。     

基于三辊分散原料的3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的制备与表征

原料粉体的均匀分散是3Y-ZrO₂/Al₂O₃陶瓷制备的关键。在工程应用中三辊混合适合于超细陶瓷粉体高黏度浆料的分散,有利于降低分散介质用量,减少干燥时间。本工作以商用3Y-ZrO₂粉体(粒径80 nm)和粗细两种Al₂O₃粉体(粒径3μm和0.3μm)为原料,通过三辊混合、干压成型与烧结,制备3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷。通过XRD,SEM和万能试验机研究3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的相组成、显微结构以及弯曲强度之间的关系。结果表明:在3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷中,除常见的Al₂O₃晶粒弥散相和ZrO₂连续相外,还存在最大尺寸5~10μm的Al₂O₃微聚集区。当添加粗Al₂O₃粉时,3Y-ZrO₂会发生从四方相到单斜相的转变。而当添加细Al₂O₃粉时,四方相的衍射峰向右偏移,同时没有检测到单斜相。对1600℃烧结的复相陶瓷样品,两种Al₂O₃粉的适量添加均有利于获得最大的弯曲强度。但对含有细Al₂O₃粉的样品,弯曲强度较粗Al₂O₃粉样品随Al₂O₃体积分数的增加更为平缓。     

Al2O3、TiO2溶胶涂覆粉煤灰/黄土支撑体制备陶瓷膜的研究

用溶胶-凝胶法制备了Al₂O₃、TiO₂两种溶胶,分别涂覆在粉煤灰/黄土支撑体表面制备陶瓷膜,并利用热重分析仪、X-射线衍射仪对膜材料的热稳定性、晶相组成进行分析,并对陶瓷膜的微观形貌、孔隙率、膜通量、膜通量恢复率进行测试与表征。结果表明,烧结温度及干燥条件能有效控制陶瓷膜晶相变化及膜层完整性,Al₂O₃、TiO₂膜材料分别在50,25℃时干燥,600℃时烧结,制得的Al₂O₃膜材料为γ-Al₂O₃,TiO₂膜材料为金红石相TiO₂;Al₂O₃、TiO₂陶瓷膜的孔隙率分别为28.56%、34.12%,膜通量分别为1 092.67和2 983.33 L/(m²·h),膜通量恢复率分别为97%、89%。与未覆膜的支撑体相比,Al₂     

Al2O3基多孔隔热材料表面Al2O3/MoSi2涂层的制备及其性能

采用刷涂法在Al₂O₃基多孔隔热材料表面制备Al₂O₃/MoSi₂涂层,涂层以硅溶胶作为粘结剂,纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维作为耐高温组分,MoSi₂为高发射率组分。通过SEM、XRD对Al₂O₃/MoSi₂涂层微观表面结构、物相组成进行分析。研究纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比和MoSi₂含量对Al₂O₃/MoSi₂涂层耐温性能的影响,并对Al₂O₃/MoSi₂涂层的抗热震性能、发射率进行表征。结果表明,当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比小于1∶1时,热考核后Al₂O₃/MoSi₂涂层表面无裂纹产生;当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比在1∶2~1∶4之间时,Al₂O₃/MoSi₂涂层中的纤维网络较完整。MoSi₂的含量为20%时,Al₂O₃/MoSi₂涂层抗热震实验循环25次后表面保持完好,热考核后在2.5~25 μm波段的平均发射率在0.85左右,具有较高的发射率。      

三维网络结构Al2O3陶瓷/高铬铸铁复合材料干摩擦磨损性能

采用往复式滑动摩擦磨损（SRV）试验机研究了高铬铸铁及三维网络结构Al₂O₃陶瓷增强高铬铸铁复合材料的干摩擦磨损性能,测量了高铬铸铁和Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al₂O₃陶瓷对复合材料磨损机制的影响。结果表明：陶瓷Al₂O₃与高铬铸铁基体之间具有良好的界面结合,复合材料的摩擦系数随摩擦频率和载荷的变化保持稳定,耐磨性远优于高铬铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料的抗磨损性能明显提高,这是由于复合材料中Al₂O₃与高铬铸铁相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;三维Al₂O₃陶瓷骨架在磨损表面形成硬的网络突体并起承载作用,能有效保护金属基体;磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损共同作用。     

燃烧合成ZrB2 / Al2O3 复合粉体及其界面分析

采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B₂O₃ + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB₂ / Al₂O₃ 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB₂ 和Al₂O₃ 为主要存在形式, ZrB₂ 和Al₂O₃ 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB₂ 和Al₂O₃ 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB₂ 的结晶过程有关。      

铝合金熔体氧化制备Al2O3 / SiC/ Ni/ Al-Si多相模糊界面陶瓷基复合材料

针对Al₂O₃ / Al 复合材料中金属相Al 对其高温性能的不利影响, 本试验在高温下将铝合金熔体氧化渗透到注浆成型的SiC/ Ni 多孔预制体中, 制备了Al₂O₃ / SiC/ Ni/ Al-Si 多相陶瓷基复合材料。借助光学显微镜、电子显微镜(SEM) 、X 射线衍射仪(XRD) 、波谱仪( EDS) 等手段分析了预制体和复合材料的相组成、微观结构及界面特征。结果表明, 复合材料的主晶相为Al₂O₃ 与SiC , 相间存在Al (Si) 复合氧化物、NiAl₂O₄ 及Ni 与Al-Si 合金相, 各相界面处成分呈连续过渡变化趋势, 构筑了具有模糊界面特征的多相复合材料。      

Al-TiO2-B系XD合成铝基复合材料的力学性能

本文主要讨论了Al-TiO2-B系XD合成铝基复合材料的力学性能及其增强机理.研究结果表明:当B/TiO2摩尔比从0增加到2时,棒状物Al3 Ti增强相逐渐减少直至消失,Al2O3颗粒分布的均匀性提高,TiB2粒状弥散分布在合金基体中,材料的抗拉强度明显增强,由224.5MPa上升到354.5MPa,延伸率也由3.2%增加到5.6%.Al2O3和TiB2主要以奥罗万机制强化基体,而Al3 Ti则以位错塞积强化基体.     

原位自生Al_2O_3-TiC_p/Al基复合材料的热力学分析

采用熔铸法制备了原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料。借助差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等测试技术,对Al-TiO2-C体系的热力学进行了详尽的分析,讨论了过量铝对Al-TiO2-C体系反应的影响。结果表明,通过控制反应温度等工艺参数完全可以获得原位自生Al2O3-TiCp/Al基复合材料,避免副产物Al3Ti和Al4C3的产生。Al-TiO2-C体系原位合成Al2O3-TiCp/Al基复合材料存在着复杂的化学反应。首先在无过量铝的情况下,Al与TiO2发生置换反应,生成了Al2O3和游离态[Ti],而后游离态[Ti]与C结合生成TiC;而存在过量铝的情况下,首先发生铝热反应生成Al3Ti,进而Al3Ti与C结合生成TiC。最终完全获得Al2O3-TiCp/Al复合材料。随着过量Al含量由0增加至70%,Al与TiO2反应生成Al2O3的反应起始温度不断降低。     

Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测

利用TEM对Fe₃Al/Al₂O₃复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe₃Al/Al₂O₃中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe₃Al后,Al₂O₃晶内产生大量位错,位错多产生于Fe₃Al于Al₂O₃相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe₃Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。      

(Al2O3)f/Al复合材料在强界面结合下的疲劳损伤模式

在拉-拉载荷下测定了(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳寿命(S-N)曲线。通过夭折试验以及SEM疲劳断口和纵截面组织结构分析,研究了复合材料的疲劳损伤模式。研究结果表明,(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳极限为750MPa,远高于SCS-6碳化硅纤维增强钛基复合材料。该复合材料兼有钛基和树脂基纤维复合材料疲劳损伤的特点,高应力下由单个裂纹的起源和生长导致复合材料的失效;低应力下,疲劳损伤模式包括纤维劈裂、众多基体裂纹和单个基体裂纹的横向扩展。其中纤维劈裂是主控机制。其更高的疲劳极限可归因于低应力下纤维的纵向劈裂。     

TiO_2/Al烧结反应生成的Al_2O_3/Ti_xAl_y复合材料研究

采用挤压铸造法,先制备 TiO_2/Al 坯块,经随后高温烧结反应,可生成 Al_2O_3/Ti_xAl_y 复合材料。DTA 分析表明 TiO_2粉末与纯 Al 之间的反应具有放热特征。X 射线衍射分析与透射电镜观察发现反应产物主要为α-Al_2O_3与 Ti_xAl_y。反应过程中 TiO_2粉末首先被熔融态 Al 还原成α-Al_2O_3与 Ti,而后 Ti与 Al 通过扩散反应形成多种 Ti_xAl_y 金属间化合物。     

Al2O3/Ti-Al复合材料中Al2O3晶须的原位合成

利用氧对金属Ti、Al粉的部分氧化,原位合成了含有氧化铝晶须的Al2O3/Ti-Al复合材料,通过XRD和SEM等测试手段,发现Al2O3晶须呈网状交叉分布于基体内部的孔隙中.分析了晶须的生成机理,认为氧化铝晶须是通过VLS机理生成,复合材料的原始组成和温度对晶须的显微型貌有直接的影响:随原始组成中铝含量的增加,产物中晶须的数量总体上是在递增的,且发达程度逐渐提高;热处理温度对晶须直径有直接影响,温度升高可以增加晶须直径.     

TiB_2颗粒增强钛基复合材料抗氧化性能

采用粉末冶金法制备了TiB2/Ti颗粒增强钛基复合材料,研究了不同烧结温度(800、900、1000和1100℃)TiB2/Ti复合材料在600、700、800和900℃空气中的恒温氧化行为,分析了TiB2对钛基复合材料氧化动力学行为的影响,并对氧化层表面的相组成、形貌以及氧化层剖面的显微结构进行了分析。结果表明:该复合材料的氧化层表面的氧化产物主要为金红石型TiO2,此外还有Fe2O3、Al2O3和B2O3,未发现其它类型钛的氧化物;TiB2/Ti复合材料800℃恒温空气中氧化的氧化动力学曲线初始阶段氧化速度较快,随着氧化时间的延长,形成的氧化膜减慢了氧化的速度;随着增强体TiB2体积分数的增加和烧结温度的提高,复合材料的抗氧化性能提高,这主要是由于提高烧结温度和提高增强体TiB2的体积分数均有利于氧化层的致密度提高,从而提高了材料的抗氧化性能。     

超重力下燃烧合成TiB_2-TiC共晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成技术,制备出TiB2-TiC共晶复合陶瓷。XRD、SEM与EDS结果表明,复合陶瓷主要由大量细小的TiB2片晶均匀分布于TiC基体上的共晶组织构成,而富钛ε碳化物(Ti,Cr)C1-x则断续分布于TiC基体间,同时在基体中还孤立分布着少量的、形态不规则的α-Al2O3晶粒或Al2O3-ZrO2共晶团组织。高温化学反应使所有产物均呈液态,且超重力的引入诱发熔体内部Stocks流,从而获得液态Ti-Cr-C-B与液态氧化物的分层熔体,液态Ti-Cr-C-B在远离平衡态下发生共晶反应生成TiB2-TiC共晶复合陶瓷。性能测试表明,随着B4C+Ti+C在燃烧体系中质量分数增加,TiB2-TiC共晶复合陶瓷相对密度和断裂韧性变化不大,分别为97%~99%与6.5~7.1 MPa.m1/2,而维氏硬度与弯曲强度则逐渐增加,最高可达28.6 GPa与615 MPa。