致密ZrO2陶瓷与石英纤维体的连接

利用B2O3与SiO2、ZrO2在低温下生成液相,以及硼硅玻璃的热膨胀系数随硼含量减少而减小的性质,成功实现氧化锆致密体和石英纤维编织体两种热膨胀系数差异极大材料的连接。通过观察不同温度下样品的连接界面形貌,获得能连接两基体且不损坏内部石英纤维的最佳连接温度;结合对连接界面的物相分析和元素分布分析,探讨氧化锆致密体和石英纤维体的连接机制。     

先驱体转化制备ZrO2改性SiC陶瓷的烧蚀行为

采用先驱体浸渍-裂解法,以聚碳硅烷和正丁醇锆为原料高温裂解制备了ZrO2改性的SiC陶瓷材料,采用氧乙炔焰对材料进行烧蚀实验,结合XRD、SEM和EDS能谱等测试方法,研究了ZrO2的引入对材料烧蚀行为的影响。结果表明:在制备的ZrO2改性SiC陶瓷中,ZrO2以细碎的颗粒状存在于致密的SiC之间。ZrO2的引入提高了SiC陶瓷材料的抗烧蚀性能,引入质量分数为29%ZrO2后,SiC陶瓷的质量烧蚀率由0.0412g/s降低为0.0195g/s,烧蚀后材料未发生断裂。构建了烧蚀行为模型,可知ZrO2在烧蚀后能相对稳定的存在于烧蚀中心,而SiC被氧化为SiO2向四周流失。     

金属/陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了金属(NiCoCrAl)/陶瓷(Y2O3-ZrO2)微叠层材料,并对其微观结构和力学性能进行了分析.结果表明,金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰.金属层由γ-Ni相构成,层中晶粒为较大的等轴晶.陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成,层中晶粒为较小的柱状晶.在金属层的顶部,存在一些均匀分布的微孔.这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征.断口分析表明,金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用,且层界面存在脱粘的现象.     

莫来石纤维对氧化铝陶瓷性能的影响

选用莫来石纤维为增强体,通过添加适量的烧结助剂,制备莫来石纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,探讨了不同烧结温度和不同纤维含量对复合材料性能的影响规律.结果表明:莫来石纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的相对密度、弯曲强度和断裂韧性随烧结温度和纤维含量的增加先增大后减小,当烧结温度为1450 ℃、纤维含量为15%时,复合材料的弯曲强度、断裂韧性最高,复合材料弯曲强度和断裂韧性分别达到502.36 MPa和3.48 MPa·m~(1/2),比基体材料分别提高63.8%和54.7%;相对密度达到98.41%.纤维的拔出和脱粘消耗了大量的能量,是莫来石纤维增强氧化铝陶瓷复合材料力学性能提高的主要原因.     

ZrO2溶胶对刚玉-莫来石复相陶瓷性能的影响

研究了ZrO2溶胶对刚玉-莫来石复相陶瓷性能和微观结构的影响.结果表明在已有刚玉-莫来石质材料技术的基础上,采用溶胶-凝胶法引入ZrO2,可使ZrO2在主体材料中形成亚微米包裹薄膜,可控制ZrO2的分布,使ZrO2在主体材料中均匀分布,达到定量均匀掺入的目的,从而可获得微观结构可控、晶粒尺寸大小均匀,使ZrO2的作用得以充分发挥,不仅可提高材料的抗热震性,而且可提高材料的高温强度及蠕变性.另外,对于加入氧化锆溶胶的试样,氧化锆粒子的应力诱导相变增韧和微裂纹增韧是刚玉-莫来石质材料热震稳定性提高的主要原因.     

SiO2添加剂对8%Y2O3稳定的ZrO2涂层热震前后表面形貌的影响

在8％Y2O3稳定的ZrO2陶瓷涂层中添加SiO2，使陶瓷涂层的抗热震性能得到提高，这主要是SiO2的加入使涂层抗热震前后的表面形貌发生了很大的变化。由于ZrO2与SiO2热膨胀系数不同，使涂层利于产生细微的网状裂纹，增加了微裂纹密度和孔隙，从而降低了涂层的弹性模量，释放了涂层中的应力，使涂层的抗热震失效能力得到提高。其中，SiO2加入量为3％(质量分数)效果最佳，过量的加入，会使孔洞加大，促进裂纹的扩展、断裂，不利于提高涂层的抗热震性能。     

Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2热障涂层材料研究

采用Lu2O3/TiO2/Nb2O5作为ZrO2热障涂层材料的稳定剂,研究Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2(15%LTNSZ)热障涂层材料在900℃、40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的热腐蚀行为。结果表明:8%YSZ热障涂层材料热腐蚀2 h后,t相ZrO2全部相变为m相ZrO2,热腐蚀产物为尺寸较大的YVO4晶体;15%LTNSZ热障涂层材料热腐蚀20 h后,m相ZrO2的比例仅为5.5%,热腐蚀产物为尺寸较小的LuVO4晶体。与Y2O3稳定剂相比,Lu2O3/TiO2/Nb2O5稳定剂使ZrO2在40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的抗热腐蚀性能提高1个量级以上。     

金属／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术制备了金属（NiCoCrAl）／陶瓷（Y203-ZrO2）微叠层材料，并对其微观结构和力学性能进行了分析。结果表明，金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰。金属层由γ-Ni相构成，层中晶粒为较大的等轴晶。陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成，层中晶粒为较小的柱状晶。在金属层的顶部，存在一些均匀分布的微孔。这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征。断口分析表明，金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用，且层界面存在脱粘的现象。     

TiN改性钎料连接Si3N4陶瓷的接头高温性能

为提高陶瓷钎焊接头的高温性能,用Ag-Cu-Ti钎料加TiN颗粒作为复合连接材料在半固态下连接Si3N4陶瓷,测试了TiN体积含量不同时接头在600℃时的抗剪强度,用扫描电镜和能谱探针分析高温剪切断口的形貌和成分.结果表明,用Ag-Cu-Ti钎料加TiN颗粒作为复合材料连接Si3N4陶瓷,TiN的体积含量小于15%时,接头600℃时的抗剪强度与不加TiN的接头相比,均有所提高,TiN的体积含量为10%时的抗剪强度达95MPa.     

核反应堆氧传感器用ZrO2陶瓷连接技术研究进展

ZrO_2陶瓷型氧传感器具有测量精度高、范围广以及可直接以电压(或电流)形式输出等特点,在新型核反应堆有着重要的应用前景。然而由于ZrO_2陶瓷材料本身的特点及应用环境的特殊性,有必要进行ZrO_2陶瓷本体或与金属的可靠性连接,实现优势互补。综述了核电领域ZrO_2陶瓷的连接特点及目前用于ZrO_2陶瓷的连接方法,探讨各个连接方法的特点,并指出未来ZrO_2陶瓷连接技术的发展方向。     

CeO2掺杂对ZrO2-Y2O3纳米涂层性能的影响

在45钢基体表面等离子弧喷涂制备了掺杂不同含量CeO2纳米ZrO2涂层,运用XRD,SEM对涂层的组织结构进行了分析,测试了涂层的结合强度和显微硬度,考察了涂层与铝青铜对磨时的摩擦磨损性能．结果表明,CeO2增加了ZrO2涂层的致密性、结合强度和显微硬度．纳米ZrO2涂层中加入CeO2后,增加了ZrO2涂层／铝青铜摩擦副的摩擦系数,增强了纳米ZrO2涂层,耐磨能力．涂层与铝青铜对磨时,随着CeO2含量的增加,ZrO2涂层粘着磨损形式增强,而涂层脆性断裂脱落的趋势减轻．     

Al2O3陶瓷/不锈钢自蔓延高温原位合成连接

以分析纯三氧化二铁和粒度小于10μm的铝粉为反应原料,采用强电流加热的方法点燃,在马氏体不锈钢上原位合成Al2O3陶瓷,形成Al2O3陶瓷/马氏体不锈钢复合材料.利用光学显微镜和扫描显微镜对自蔓延高温合成的Al2O3陶瓷相及其与马氏体不锈钢形成的过渡区进行了显微组织分析;利用电子探针对合成的陶瓷相的成分进行了测定.研究结果表明,在Al/Fe2O3自蔓延高温合成体系中,合成的Al2O3陶瓷的显微组织主要为Al2O3陶瓷相和少量的铁素体与尖晶石相Al2O3·FeO;反应合成原料中过量的Al有利于Al2O3陶瓷相的致密化;反应合成原料坯块的厚度大于2.00 mm时,能获得结合界面状况良好的Al2O3/马氏体不锈钢复合材料.     

超细氮化硼多孔纤维对WC-ZrO2复合材料力学性能的改善

多孔纤维的研究传统上一般局限于催化和环境化学领域。而本研究将一种超细氮化硼多孔纤维被加入WC-8%ZrO₂(质量分数)复合材料,以期改善其力学性能。结果表明,这种纤维的加入使得材料的杨氏模量、硬度和断裂韧性都得到了改善。然而,加入超细氮化硼多孔纤维样品的杨氏模量的提升并不遵循常用于评价陶瓷基材料杨氏模量的混合法则。个别添加了0.05%超细氮化硼多孔纤维的样品的杨氏模量高达692GPa,已经接近纯WC材料的杨氏模量700GPa。这种现象可以通过基于ZrO₂的超塑性实现的纳米材料的小尺寸效应得到解释。     

莫来石纤维块表面处理对MoSi2涂层形貌和性能的影响

分别采用酸煮、热处理、表面刷涂纤维过渡涂料3种方法处理莫来石纤维块体,并以处理后的莫来石纤维块体为基底,刷涂MoSi2、BN粉体配制的乙醇基悬浮液,高温烧结制备高强度连续MoSi2涂层。研究了不同处理手段对块体表面MoSi2涂层形貌(与润湿性直接有关)的影响和经纤维过渡涂料处理后复合材料导热系数、抗弯强度和抗冲击性能的变化。结果表明:经纤维过渡涂料处理的基底表面形成致密层,制备的MoSi2涂层表面平整、厚度均匀,基底材料抗冲击功、抗弯强度分别提高了86.00%,200.69%。     

ZrO2+SiC颗粒强韧化MoSi2复合材料的显微组织和性能

通过显微组织观察和力学性能测试,初步探讨了ZrO2+SiC颗粒对MoSi2基体材料的强韧化效果和机制.结果表明,材料复合具有较好的强韧化协同效应,复合材料中ZrO2相和少量SiC颗粒在基体的间层作用,可抑制MoSi2晶粒长大;断口呈现晶粒细小、裂纹扩展曲折和沿晶与穿晶混合型断裂等特征;ZrO2+SiC颗粒通过弥散强化和细化晶粒使复合材料强度提高,通过晶粒细化、裂纹偏转和分支、微裂纹形成等机制的综合作用使复合材料增韧.     

利用ZrO2固体电解质研究Na3AlF6-SiO2熔盐中的电沉积

利用Y₂O₃稳定的Zr O₂固体电解质(YSZ)管集成构建Pt,O₂(air)|YSZ作为参比、辅助电极的三电极新型电化学池,在完全无碳和1323 K条件下采用Ir丝作工作电极对Na₃Al F₆-5%Si O₂(质量分数)熔盐体系进行循环伏安(CV)及恒电位电解测试,并结合热力学理论计算、SEM观察及EDS分析,研究了熔盐中有关金属在阴极上的析出电位及电沉积规律。结果表明,Si单质在Ir电极上可一步沉积得到,其在CV曲线上的峰电位在-1.65 V,而Al、Na (Zr)等合金化沉积电位负于-1.8 V,且沉积电位依次负向增大。在-1.8 V或-2.0 V电位下电解,还发现有Zr₅Si₄金属化合物颗粒生成,其生成电位在-1.7～-1.8 V之间。沉积的Si、Al、Na金属(合金)主要来源于Na₃Al F₆-Si O₂熔盐本身产生...     

1Cr18Ni9Ti与TiC-TiB2熔化连接及其陶瓷涂层制备研究

采用超重力场燃烧合成技术,通过液态陶瓷与1Cr18Ni9Ti之间的熔化连接,在1Cr18Ni9Ti基底上制备出具有成分扩散特征的TiC-TiB2陶瓷涂层。XRD、FESEM及EDS分析表明陶瓷涂层由大量细小的TiB2片晶、TiC不规则晶体及少量的Cr基合金相构成,并且陶瓷涂层相对密度、显微硬度及断裂韧性分别达到98.2%、24.6GPa与(14.5±3.5)MPa·m0.5。在1Cr18Ni9Ti基底与陶瓷涂层之间因出现Ti、Cr与C原子向不锈钢基底的单程扩散,使得陶瓷与不锈钢之间存在着富(Fe,Ti)合金碳化物颗粒呈梯度分布的中间过渡层,同时受超重力所限,中间过渡层存在粗大的氧化物夹杂与氧化物夹杂层,致使陶瓷涂层与不锈钢之间的剪切强度仅达到(125±35)MPa。     

TiO2掺杂SmTaO4陶瓷热物理性能研究

热障涂层是燃气轮机高温部件保护的重要材料之一,SmTaO4陶瓷具有优异的高温相稳定性和力学性能,有望成为新型热障涂层材料。本研究采用固相法制备TiO2掺杂SmTaO4陶瓷,研究结果表明：掺杂TiO2未改变SmTaO4陶瓷晶体结构,样品均为单斜相,掺杂2% mol TiO2的SmTaO4陶瓷烧结过程中出现的第二相为Sm0.33TaO3;随着TiO2含量增加,SmTaO4陶瓷的热导率先下降后上升,当TiO2掺杂含量为2%时,热导率最低为1.42W?m?1?K?1,低于SmTaO4（1.59W?m-1?K-1,900℃）,与7-8YSZ相比（2.1~2.7 W?m?1?K?1,100~900℃）下降了近30%。掺杂2%TiO2的SmTaO4陶瓷热膨胀性系数最大值为10.8×10-6K-1,大于YSZ（~10.0×10-6K-1）和SmTaO4（9.62×10-6K-1,1200℃）,与纯SmTaO4相比,TiO2掺杂提高了SmTaO4陶瓷的热膨胀系数。因此,TiO2掺杂SmTaO4陶瓷有望作为新型热障涂层材料使用。     

高能脉冲等离子扫描电沉积ZrO2/Y2O3陶瓷涂层

用高能脉冲等离子扫描电沉积技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备ZrO2/Y2O3复合陶瓷涂层,以提高材料的抗高温氧化性能.陶瓷涂层的表面质量与多项工艺参数有关,通过不同工艺条件下获得的涂层性能对比分析优选出了满意的工艺参数,并分析了相应的作用机理.     

SiO2对Al2O3/40%ZrO2（4Y）凝固陶瓷结构转化的影响

基于超重力下燃烧合成Al2O3/40%Zr O2(4Y),通过调整Si O2引入量,研究Si O2对材料显微结构与形态演化的影响。XRD、EDS、SEM结果表明:添加Si O2不改变复合陶瓷相组成,陶瓷基体主要由t-Zr O2、α-Al2O3以及少量m-Zr O2等组成,而Si O2则以玻璃相形式存在。当Si O2添加量小于6%时,Al2O3/Zr O2以共生共晶方式生长,形成胞状共晶团组织;当Si O2添加量为12%,Al2O3与Zr O2均独立析出,发育成尺寸粗大的Zr O2粒晶与花瓣晶;当Si O2添加量达18%时,该陶瓷发育为结构不完整的共晶枝晶组织。