燃烧合成高强韧Al2O3／YSZ共晶系复合管陶瓷内衬

基于燃烧合成理论，在铝热剂中添加ZrO2（4Y）粉末，采用离心技术制备出了高强度、高韧性的Al2O3／YSZ共晶系陶瓷内衬复合管，并研究了离心力、共晶成分对陶瓷内衬显微结构、力学性能及强韧化本质的影响。实验发现，在离心力大于200GPa条件下，熔体以远离平衡态下的共晶方式生长，形成以Al2O3为基体、具有共晶结构的棒晶组织；且存在于棒晶上的ZrO2四方相纤维直径己达到纳微米尺度，使陶瓷基体得以强化和韧化，从而保证Al2O3／YSZ共晶系陶瓷内衬复合管具有较高的综合力学性能。     

纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3+Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元,利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3 ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中,纤维状共晶组织体积分数较高,ZrO2纤维直径已达到纳米/微米尺度;在过共晶复相陶瓷中,层片状共晶组织体积分数较高,Al2O3 ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为,本试验所获得的复相陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下,只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米/微米级尺度上的1 3复合的Al2O3 ZrO2纳米/微米晶内型复相陶瓷。     

超重力下合成Al2O3/YSZ复合陶瓷的组织与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,进行超重力下燃烧合成,制备出Al2O3/YSZ系列成分自生复合陶瓷板材,并对陶瓷结构转变与力学性能进行了研究.共晶成分自生复合陶瓷基体主要是以亚微米ZrO2纤维镶嵌于Al2O3上的共晶团构成,亚共晶成分自生复合陶瓷因发生离异共晶生长,其基体为ZrO2相分布于其边界上的Al2O3晶构成,过共晶成分自生复合陶瓷基体则为ZrO2正方相细小球晶构成.共晶成分的自生复合陶瓷因共晶团基体上高残余压应力与小尺寸共晶团边界,其硬度达至最高值16.7 GPa;而过共晶成分的自生复合陶瓷因ZrO2正方相球晶相变增韧及相变诱发微裂纹增韧,其断裂韧度达至最大值14.6 MPa·m(1)/(2).     

超重力对燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷的影响

通过向铝热剂中引入ZrO2（4Y）粉末，在超重力下以燃烧合成方式，制备出Al2O3／ZrO2（4Y）自生复合陶瓷。XRD分析与SEM图像显示，陶瓷基体由亚微米t-ZrO2纤维成排镶嵌其上、取向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2颗粒分布其上的细小共晶团边界构成。相比于重力下制备的同成分复合陶瓷，因超重力促进燃烧过程、提高燃烧速率并加快液相传质速率，可显著促进液态金属／陶瓷液相／气相三者分离，并使陶瓷熔体成分更趋均匀化，故材料致密度得以大幅提高，相对密度达98．3％。陶瓷基体微观组织更为纯净、细小、均匀，Al2O3／ZrO2（4Y）共晶团体积分数高达96．8％，与重力下燃烧合成的同成分复合陶瓷比较，力学性能得以显著提升，维氏硬度、断裂韧度及弯曲强度分别提高了37．2％、56．4％与69．1％。     

超重力下燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷研究

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,引发超重力下燃烧合成,制备出大尺寸、高致密度Al2O3/ZrO2(Y2O3)自生复合陶瓷板材.XRD,SEM与EDS显示,自生复合陶瓷是以亚微米ZrO2四方相纤维成排镶嵌其上、生长方向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2四方相不规则粒晶分布其上的共晶团边界构成,复合陶瓷的强化不仅归因于分布在棒状共晶团Al2O3基体上的残余压应力与小尺寸共晶团边界,更因共晶团Al2O3基体上的残余压应力增韧、共晶团边界上的微裂纹增韧及应力诱发相变增韧引起的高断裂韧性所致.     

纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3 Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元，利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3-ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中，纤维状共晶组织体积分数较高，ZrO2纤维直径已达到纳米／微米尺度；在过共晶复相陶瓷中，层片状共晶组织体积分数较高，Al2O3-ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为，本试验所获得的复相：陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下，只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米／微米级尺度上的1—3复合的Al2O3-ZrO2纳米／微米晶内型复相陶瓷。     

激光区熔定向凝固Al2O3／YAG／ZrO2亚共晶陶瓷的微观组织

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/YAG/ZrO2三元亚共晶自生复合陶瓷,研究了不同激光扫描速率下亚共晶自生复合陶瓷的微观组织,并与激光区熔定向凝固Al2O3/YAG二元及Al2O3/YAG/ZrO2三元共晶自生复合陶瓷的微观组织进行了对比.结果表明,激光区熔定向凝固Al2O3/YAG/ZrO3三元亚共晶由相互交错分布的α-Al2O3、YAG和c-ZrO2三相组成,无其它结晶相和无定形相;随激光扫描速率的增大,凝固组织发生显著变化,出现了由共晶集群到较为规则的树枝状共晶再到杂乱的树枝状共晶的组织转变.初生相的枝晶生长,使得亚共晶陶瓷的凝固组织明显不同于共晶陶瓷的凝固组织;亚共晶凝固组织呈现典型的小平面非规则共晶形貌,凝固组织主要由Al2O3和YAG两相的小平面生长方式决定,第三组元ZrO2相表现出弱小平面生长特征.     

纳米SiC和添加剂ZrO2对Al2O3基纳米复合陶瓷显微组织和性能的影响

采用极性分散剂,在微米Al2O3基体中加入微米ZrO2和纳米SiC颗粒,用真空热压法制备出了Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并研究了微米ZrO2和纳米SiC的添加对Al2O3/SiC纳米复合陶瓷显微组织及其性能的影响.结果表明:与纯Al2O3比较,适量微米ZrO2和纳米SiC颗粒的加入阻碍了Al2O3晶粒的长大,使复合陶瓷的显微组织非常细小,纳米复合陶瓷烧结后的力学性能大大提高.     

超重力下燃烧合成Al2O3／ZrO2的成分、结构与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,在超重力下燃烧合成制备出不同成分与结构的Al2O3/ZrO2(4Y)大体积复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷成分、显微结构与力学性能之间的关系.XRD、SEM与EDS分析表明,Al2O3/33ZrO2(4Y)是以取向各异且纳微米t-ZrO2纤维呈三角对称镶嵌其上的棒状共晶团为基,其周围分布着t-ZrO2微米球晶;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)则以t-ZrO2微米球晶为基,周围分布着不规则形状的αAl2O3晶及少量的共晶团组织.与国外定向凝固Al2O3/ZrO2(Y2O3),Al2O3/33ZrO2(4Y)复合陶瓷比较强硬性的提高可归因于材料的高致密性、小尺寸缺陷及残余压应力增韧、相变增韧机制所导致的高断裂韧度;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)虽在硬度上有所下降,但弯曲强度与断裂韧度却比国外同类材料分别提高了19.0%与311.1%,故材料的强化可认为是因t-ZrO2微米球晶基体所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所诱发的高断裂韧度所致.     

以超重力熔铸新技术快速制备Al2O3/YAG/YSZ三元共晶陶瓷

研究一种大块致密Al2O3/YAG/YSZ三元共晶陶瓷的快速制备新技术,以Al/Fe2O3/Y2O3/ZrO2为反应剂,通过诱发各组元间的燃烧合成反应,首先获得陶瓷(Al2O3/YAG/YSZ)和金属(Fe)的混合熔体;随后利用两种熔体的密度差异,在超重力场中实现陶瓷熔体和金属熔体的彻底分离和凝固.在超重力场作用下,先凝固的陶瓷相局部沉陷到金属熔体中,并受到金属熔体对之施加的接近2 MPa的瞬态等静压力,因此得以实现完全致密化.微观结构分析表明,所获得的三元共晶陶瓷的相组成和晶粒形貌沿超重力方向呈现明显的梯度渐变特征.     

Ceramic-lined compound copper pipe prepared by SHS process

Self-propagating high-temperature synthesis(SHS) is a new kind of material synthesis technique, and has characteristics with respect to low energy consumption, short synthetizing time, high production quantity, high product purity and no environmental pollution. When SHS combines with centrifugal casting, ceramic-lined compound copper pipe(CLCCP) can be produced, the inner surface of copper pipe can produce ceramic coatings having good wear and corrosion resistance. In order to increase the densification degree, combining strength and toughness of ceramic layer, the effects of additives such as SiO2, CrO3, Na2B4O7 and ZrO2 are researched, adding SiO2 and CrO3 in thermite, the densification degree of ceramic layer increases, adding Na2 B4 O7 in thermite can increase combining strength, adding ZrO2 in thermite can increase the toughness of ceramic layer. CLCCP is used in tubular billet crystallizer, having excellent service effects and decreasing the production cost of tubular billet.     

SHS制备纳米/微米结构抗弹陶瓷可行性研究

针对用于现代装甲防护的高性能抗弹陶瓷，以SHS冶金技术，通过材料原位合成手段并在大过冷条件下熔体发生共生共晶反应，快速一次性制备出自燃自组装、具有1-3复合晶内型结构的纳米／微米结构Al2O3-ZrO2共晶复相陶瓷。Vickers压痕试验发现该陶瓷具有较高的断裂韧性并表现出较强的塑变行为，SEM观察发现该复相陶瓷的裂纹扩展路径主要受纳米／微米结构(Al2O3-ZrO2)共晶结构所控制，影响该陶瓷韧化行为的主要因素在于以“内晶型”纳米相所构成的独特的增韧机制。试验预示着采用SHS冶金技术，通过控制Al2O3/ZrO2复相陶瓷成分和凝固行为(如采用离心冷却控制技术)，可以制备出用于现代装甲防护的高性能、低成本、高可靠性新型抗弹复相陶瓷面板。     

树脂基复合材料用陶瓷涂层防护性能分析

采用等离子喷涂铝粉作为打底材料在碳纤维增强聚酰亚胺复合材料（PMC）基体上制备了Al2O3和ZrO2轻质陶瓷防护涂层，测试了涂层的剪切结合强度、耐热循环性能、抗冲蚀性能、隔热性能。结果表明，等离子喷涂铝粉作打底层的涂层系统，性能优于电弧喷铝或电弧喷锌作打底层的涂层系统。带有Al2O3涂层的试样失重不到基体材料失重的1／3，Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的冲蚀防护。Al2O3和ZrO2陶瓷涂层都可以为聚酰亚胺复合材料基体提供有效的隔热防护，ZrO2涂层隔热性能优于Al2O3涂层。     

自蔓延高温合成陶瓷内衬复合管的研究进展

概述了自蔓延高温合成(SHS)技术的特点;介绍了陶瓷内衬复合管的制备原理和工艺;分析了SHS在热力学、动力学以及燃烧合成机理上的研究.从提高陶瓷层的结合强度、韧性、致密度、耐腐蚀性等方面,综述了提高SHS陶瓷内衬复合管性能的措施.并指出了SHS陶瓷内衬复合管的研究方向.     

SHS复合管接合界面结构及性能研究

采用Al-Fe2O3-GrO3-Ti燃烧体系，制备出含有FeTi，FeCr，FeAI金属间化合物的金属过渡层与陶瓷层双层复合结构的复合管。研究发现：利用金属间化合物作为梯度过渡层，使得基体与内衬层形成牢固的冶金结合，提高了结合强度；同时，高硬度的金属过渡层与陶瓷层组成的双层复合结构使复合管的使用寿命和安全稳定性显著提高。     

新型连铸结晶器铜管的开发

将自蔓延高温合成技术与离心铸造技术结合，开发了陶瓷内衬复合铜管技术，可在铜管内表面涂敷耐磨性和耐蚀性优良的陶瓷涂层。为提高陶瓷涂层致密度、韧性和结合强度，研究了添加剂的影响，结果表明，在铝热剂中加入SiO2、CrO3可提高致密度，加入N2B4O7可提高结合强度，加入ZrO2可提高断裂韧性。陶瓷内衬复合铜管应用于管坯结晶器，可提高使用寿命，降低成本。     

Synthesis of ZrO2-SiC composite powder and effect of its addition on properties of Al2O3-C refractories

ZrO2-SiC composite powder was synthesized by carbothermal reduction of zircon in argon atmosphere, and it was used as the additive to prepare Al2O3-C refractories. The effects of heating temperature on the synthesis process and the addition of the synthesized composite powder on the properties of the Al2O3-C refractories were investigated. The results show that the synthesized composite powder can be easily obtained by heating the mixture of zircon and carbon black at 1 873 K for 4 h in argon atmosphere, and the relative contents of ZrO2 and SiC in sample reach about 83.7% and 16.3%, respectively. The bulk density, crushing strength and thermal shock resistance of the Al2O3-C refractories can be improved obviously by the addition of the synthesized ZrO2-SiC composite powder.     

氧化锆基双陶瓷层热障涂层表层材料研究进展

双陶瓷层热障涂层是热障涂层技术的发展方向之一。等离子喷涂和电子束-物理气相沉积技术是目前最常用的双层涂层制备技术,但存在的固有缺点影响涂层性能的发挥。可实现非视线沉积的等离子-物理气相沉积技术效率高,能对涂层微观结构进行精准调控,发展潜力巨大。稀土氧化物掺杂ZrO2、A2B2O7型烧绿石和萤石结构化合物、钇铝石榴石、独居石结构的稀土磷酸盐、氧化铝等材料被作为表层陶瓷,分别与传统的6%~8%Y2O3部分稳定的ZrO2（(6~8)YSZ）层组合构成双陶瓷层,可有效降低涂层的热导率,极大地改善抗熔盐热腐蚀性能,提高耐热温度等。如YSZ/CeO2和TiO2共稳定的ZrO2双层涂层可大幅提高隔热性能,La2(Zr0.7Ce0.3)2O7能有效提高整个涂层的使用寿命,钇铝石榴石能阻隔氧渗入YSZ层并防止粘结层金属的氧化,GdPO4能与Na2SO4+V2O5熔盐反应形成稠密反应层并抑制熔盐的进一步渗入,纳米Al2O3可形成致密结构,并提高涂层的抗热腐蚀能力和抗高温氧化能力。但是,绝大部分材料的热膨胀系数较低、断裂韧性较差,限制了涂层整体性能的发挥。结合纳米技术和等离子-物理气相沉积等新的制备技术,改性修饰稀土锆酸盐等表层材料的热物理性能,引入稀土钽酸盐等热导率低、韧性强、阻氧性好的材料,被认为能提高双层涂层的隔热性能和使用寿命。     

离心SHS陶瓷衬管铁过渡层的研究

对离心ＳＨＳ（Ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐａｔａｔｉｎｇＨｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ自蔓延高温合成）陶瓷衬管的铁过渡层组织结构及性能研究发现，铁过渡层与陶瓷层为“抛锚”结合，过渡层与基体层为冶金结合。对铁过渡层进行ＳＥＭ、ＴＥＭ及ＤＥＡＸ分析发现，Ｆｅ层中残存有未分离的陶瓷粒子，具有较高的位错密度及发达的亚晶组织，且发现了少量的索氏体和屈氏体组织，认为这是由于钢基体中的碳渗透到铁层中引起的。这些都是造成铁过渡层硬度较高甚至超过钢基体的原因。     

Pd/ZrO2-Al2O3催化剂中载体制备对CH4转化活性的影响

为推动ZrO2-Al2O3在天然气汽车尾气净化催化剂中的实际应用,并阐明其制备条件对负载催化剂转化活性的影响机制,文章以ZrO2-Al2O3复合氧化物为载体,采用等体积浸渍法制备了Pd/ZrO2-Al2O3催化剂,并在连续流动固定床反应器上研究了ZrO2-Al2O3复合氧化物的制备对催化剂低温CH4氧化活性的影响。结果表明：制备方法中,相比于浸渍法和胶溶法,沉淀法更能提高催化剂活性;锆源、铝源优选中,以Zr(NO3)4为锆源、拟薄水铝石为铝源时能获得较高的催化活性;组分配比中,以w (ZrO2): w (Al2O3)=10:90的催化活性最高。XRD、低温N2吸附、CO脉冲吸附的结构表征表明,ZrO2-Al2O3复合氧化物的大的比表面积、孔容、孔径是促进贵金属Pd分散,提升催化剂低温CH4转化活性的关键因素。