光悬浮区熔定向凝固Al_2O_3/Er_3Al_5O_(12)和Al_2O_3/Yb_3Al_5O_(12)共晶陶瓷的制备与性能研究（英文）

本研究探索了光悬浮区熔法制备Al_2O_3/Er_3Al_5O_(12)(ErAG)和Al_2O_3/Yb_3Al_5O_(12)(YbAG)定向凝固共晶陶瓷。在10 mm/h的抽拉速率下成功获得了凝固组织均匀、内部无裂纹或孔洞的高质量共晶陶瓷。通过高分辨三维X射线衍射仪研究了Al_2O_3和RE_3Al_5O_(12)在三维空间的分布与组织结构;利用电子背散射衍射技术分析了定向凝固末期Al_2O_3和RE_3Al_5O_(12)两相的晶体学择优取向和相界面关系。力学性能表征结果显示,Al_2O_3/ErAG和Al_2O_3/YbAG具有优异的力学性能,二者的维氏硬度分别为(13.5±0.4)和(12.8±0.1) GPa;断裂韧性分别为(3.0±0.2)和(3.2±0.1) MPa·m~(1/2)。     

超重力熔铸Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃的晶化行为研究

研究了以超重力熔铸方法制备的Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为, 并结合相图分析了热处理条件对晶化过程的影响规律。实验结果表明, Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为与热处理温度和SiO₂含量密切相关。当热处理温度为1050℃时, 晶化后样品的相组成沿超重力场方向呈现出梯度分布, 自上而下分别为Al₆Si₂O₁₃玻璃陶瓷、纯玻璃相、χ-Al₂O₃玻璃陶瓷。当退火温度为1100℃时, 析出晶相主要为Y₃Al₅O₁₂及Y₂Si₂O₇; 退火温度为1200℃时主要析出Y₃Al₅O₁₂。因此, 以超重力熔铸法制备YAS玻璃结合后续热处理的工艺, 提供了一种快速制备YAS基微晶玻璃的新方法。     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。      

片状Al2O3增强建筑陶瓷板材的制备与性能研究

本研究采用片状Al₂O₃为二维增强体,实现了建筑陶瓷板材的力学强化。探究了片状Al₂O₃粒径与掺量对建筑陶瓷致密度、力学性能、物相组成与微观结构的影响规律,并阐释了片状Al₂O₃的强韧化机制。研究结果表明：随着片状Al₂O₃掺量的增加,建筑陶瓷的吸水率与显气孔率逐渐增加、致密度逐渐降低,但片状Al₂O₃粒径的减小有利于减弱其对建筑陶瓷致密化的抑制作用,使得片状Al₂O₃(粒径为5μm)的强韧化效果明显优于片状Al₂O₃(粒径为10μm);掺加5%(质量分数)片状Al₂O₃(5μm)制得的建筑陶瓷弯曲强度与断裂功可达(71.6±5.5) MPa和(296.2±45.3) J/m²,分别较空白试样(片状Al₂     

激光区熔定向凝固Al2O3/Y3Al5O12 (YAG)共晶的组织与断裂韧性

采用激光区熔高温度梯度快速定向凝固技术从熔体中直接制备Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合陶瓷,以研究其在超高温度梯度(1.0×106 K/m)下的快速凝固组织特征及与激光工艺参数的关系,并对其力学性质进行分析.研究结果表明:凝固组织强烈地受激光扫描速度与功率密度的影响,当二者匹配时,Al2O3相和Y3Al5O12(YAG)相呈现均匀一致,连续分布的层状耦合共晶结构,共晶间距细小(1～2 μm),且随扫描速度的增大逐渐减小;所制备的Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶陶瓷硬度高达19.5 GPa,断裂韧性达到3.6 MPa·m1/2.     

Al2O3/BaZrO3双陶瓷界面微观组织演化及机理

以Al₂O₃为背层(硅溶胶为粘结剂), 电熔BaZrO₃作为面层材料(钇溶胶为粘结剂), 1550℃烧结后制成50 mm×25 mm×5 mm的Al₂O₃/BaZrO₃双陶瓷试样。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和EDS等手段观察了BaZrO₃层和Al₂O₃/BaZrO₃界面的显微结构, 研究了BaZrO₃与Al₂O₃的界面反应。结果表明, 面层由BaZrO₃基体和分布其上的大小10 μm左右的Y稳定的ZrO₂晶粒组成; Al₂O₃/BaZrO₃界面发生反应形成厚约300 μm的过渡层, 界面反应生成物有BaOAl₂O₃、ZrO₂和BaO·Al₂O₃·2SiO₂。界面从单纯的BaZrO₃/Al₂O₃双陶瓷结构演变为BaZrO₃、ZrO₂、BaO·Al₂O₃、BaO·Al₂O₃·2SiO₂和Al₂O₃等多种物相组成的复杂结构。反应过程中Al元素基本不迁移扩散, BaZrO₃中Ba元素向Al₂O₃所在的位置扩散形成BaO·Al₂O₃, 残留物形成一层条状ZrO₂, 而BaO·Al₂O₃·2SiO₂围绕着EC95(Al₂O₃+5%SiO₂)粉体颗粒周围生成。     

立体光刻增材制造中固含量对Al2O3陶瓷性能的影响

对于陶瓷立体光刻增材制造技术, 光敏树脂浆料的固含量发挥着重要的作用。本工作首先制备了不同固含量的Al₂O₃陶瓷浆料, 并采用立体光刻增材制造技术, 制备了Al₂O₃陶瓷, 并研究了Al₂O₃浆料的固含量与陶瓷性能的关联关系。其次, 探索了固含量对Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能, 以及对Al₂O₃陶瓷的微观结构、力学性能的影响规律。结果表明, 随着固含量增加, 浆料的粘度和剪切应力均增大。在光固化增材制造过程中, 高固含量导致浆料的粘度高于其自流平的临界值, 且Al₂O₃浆料的固化性能与固含量高度相关。此外, 固含量明显影响光固化增材制造的Al₂O₃陶瓷的缺陷。这些制造缺陷对于Al₂O₃陶瓷的力学性能有重要影响。最后, 本工作总结了光敏Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能与Al₂O₃陶瓷的微观结构和力学性能之间的关联关系。浆料的高粘度造成陶瓷的微观结构不均匀, 最终导致其力学强度较差。本研究结果可为陶瓷的光固化增材制造提供一定的参考。     

多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能

为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe₂O₃（0.01wt%~0.09wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的3 mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（3Y-TZP）粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求（≥ 800 MPa）;在无色瓷层中掺杂微量Al₂O₃（0.1wt%）可以改善Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe₂O₃（0.01wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe₂O₃掺杂量的继续增多（≤ 0.09wt%）挠曲强度降低。      

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。     

MgO/Eu2O3共掺杂对Al2O3陶瓷微波介电性能的影响

利用湿化学法制备了MgO/Eu₂O₃共掺Al₂O₃陶瓷, 研究了不同的MgO/Eu₂O₃掺杂量对Al₂O₃陶瓷物相组成、显微结构和微波介电性能的影响。结果表明: 适量的MgO/Eu₂O₃共掺有助于Al₂O₃的致密化和晶粒生长。在介电性能方面, MgO/Eu₂O₃共掺对Al₂O₃陶瓷的介电常数没有明显的影响, 但对介电损耗的影响显著。随着Eu₂O₃含量的增加, Al₂O₃陶瓷的Q×f值会呈现先增加后下降的变化趋势。0.05wt% MgO/0.10wt% Eu₂O₃共掺的样品在1590℃下保温4 h获得的微波介电性能最佳, ε_r~9.82, Q×f ~225, 225 GHz。Q×f值的这种变化可能与样品微观结构的变化相关。先是随着MgO/Eu₂O₃共掺量的增加, 晶粒尺寸不断增加, 晶界不断减少, 这有利于Q×f值的提高; 接着, 当MgO/Eu₂O₃共掺量进一步增加时, 晶粒尺寸不断下降, 晶界增多, 这会导致样品Q×f值的降低。另外, 应力和第二相也可能对Q×f值的变化产生影响。     

A New Unidirectional Solidified Ceramic Eutectic with High Strength at High Temperature

New eutectic composites such as Al₂O₃/Er₃Al₅O₁₂ or Al₂O₃/GdAlO₃ have recently been fabricated by unidirectional solidification. The eutectic composite has a new microstructure, in which continuous networks of Al₂O₃ phases and oxide compounds (Er₃Al₅O₁₂ or GdAlO₃) interpenetrate without grain boundaries. The eutectic composite is thermally stable and has the following properties. In case of Al₂O₃/Er₃Al₅O₁₂ composite,

1. The flexural strength at room temperature can be maintained up to 2073 K (just below its melting point of about 2130 K),

2. The compressive flow stress at 1873 K and a strain rate of 10^-4/sec is about 8 times higher than that of sintered composites of the same composition,

3. It shows neither weight gain nor grain growth, even upon heating at 1973 K in an air atmosphere for 500 hours. In case of Al₂O₃/GdAlO₃ composite, and

4. It shows substantial plastic deformation at 1873 K with a flexural yield stress of about 700 MPa. It is found that the plastic deformation occurred by dislocation motion in each phase.     

Spectra and laser properties of Er, Yb:phosphate glasses

The effects of Al₂O₃, Yb₂O₃, Er₂O₃ and OH on spectral properties of P₂O₅·Na₂O·SrO·Al₂O₃·Yb₂O₃·Er₂O₃ erbium phosphate glass were studied. 5, 8, 13 mol% Al₂O₃, 4, 5, 6, 7 and 8 mol% Yb₂O₃ and 0.05, 0.2, 0.4 mol% Er₂O₃ were used. It was found Al₂O₃ improves fluorescent lifetime of Er³⁺ ions, but the integrated absorption cross-section of Er³⁺ ions decreases with the increase of Al₂O₃ concentration. Evaluating from energy transfer efficiency of Yb³⁺ to Er³⁺ and spectral parameters of Yb³⁺ and Er³⁺, lower Al₂O₃ content, 6 mol% Yb₂O₃ and 0.2–0.4 mol% Er₂O₃ are preferred for LD pumped microchip laser application. OH groups in glass greatly affect fluorescent intensity and lifetime of Er³⁺, Yb³⁺:phosphate glass. The OH absorption coefficient at 3000 cm⁻¹ should be <1 cm⁻¹ for laser applications. Pumped with a 2 W, 974 nm InGaAs laser diode, CW laser centered at 1530 nm with slope efficiency of 10.6% and maximum output of 43 mW was achieved in our 2 mm thick Er³⁺, Yb³⁺:phosphate glass at room temperature.     

Processing, microstructure and properties of C40 Mo(Si,Al)2/Al2O3 composites

The C40 Mo(Si_0.75Al_0.25)₂/Al₂O₃ composites were prepared by spark plasma sintering (SPS) of mechanically alloyed (MA) powders. The Mo(Si_0.75Al_0.25)₂/0–20 vol.% Al₂O₃ materials, showing micron and submicron composite structure, possess a hardness of 13.9–14.6 GPa but a poor toughness of 1.78–1.80 MPa m^1/2. The addition of 30 vol.% Al₂O₃ leads to the formation of the micron C40 Mo(Si_0.75Al_0.25)₂/Al₂O₃ composite with an intergranular distribution of Al₂O₃, that results in a drop of the hardness to 10.2 GPa and an improvement of the toughness to 3.67 MPa m^1/2. The transition of the cleavage facets to the intergranular fracture with the addition of Al₂O₃ is assumed as the main toughening mechanism.     

Al2O3保护层对高温下Pt/ZnO/Al2O3电极导电稳定性的影响

本工作研究了Al₂O₃保护层的厚度对高温下声表面波器件电极导电稳定性的影响, 采用激光分子束外延方法在Pt/ZnO/Al₂O₃电极上制备了不同厚度的Al₂O₃保护层。通过测量样品高温环境中的实时电阻, 发现Al₂O₃缓冲层的厚度对电极在高温下的导电稳定性的影响非常大。结果表明, 没有Al₂O₃保护层时, Pt/ZnO/Al₂O₃电极的电阻升温至800 ℃时开始急剧地增加。当包覆40 nm的Al₂O₃保护层时, 电极在升温至900 ℃以上才出现电阻值剧烈增加的现象。而随着Al₂O₃保护层厚度的增加, 电极的电阻在高温下的导电性能也更加稳定。SEM测试结果表明, 经过1000 ℃、1 h的高温测试后, Al₂O₃保护层越薄的Pt/ZnO/Al₂O₃电极, 结块形成的Pt颗粒越大与不连续的Pt空洞更多。这些结果为制备高温下稳定工作的声表面波器件提供了一条新的思路。     

Chemical stability, microstructure and mechanical behavior of LaPO4-containing ceramics

The use of LaPO₄ as a weak interface in composites for high temperature applications was investigated using tape-cast laminates and fiber model systems. Three laminates were fabricated with LaPO₄ as one component and Al₂O₃, Y₃Al₅O₁₂ or LaAl₁₁O₁₈ as the other. The chemical compatibility between the different components of the laminates, as well as the mechanical responses to flexural deformation and the propagation of indentation cracks, were examined. Two fiber model systems (Al₂O₃ fiber/LaPO₄ coating/Al₂O₃ matrix and Y₃Al₅O₁₂ fiber/LaPO₄ coating/Al₂O₃ matrix) were studied by fiber pushout tests to measure the interfacial shear strengths. The interfacial shear strengths were calculated by the linear and shear-lag approaches for different embedded fiber lengths. The results suggest that Y₃Al₅O₁₂ fiber-reinforced composites with LaPO₄ coatings have potential as high temperature materials in oxidizing environments.     

纳米Al_2O_3分布对Al_2O_3/PE-EVA复合材料导热性能与力学性能的影响

旨在将纳米Al2O3分散在聚乙烯(PE)和乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)的共混物中,构建具有选择性分布结构的局域高粒子浓度导热复合材料。采用纳米Al2O3为导热填料,以PE和EVA为基体树脂,使用熔融共混法制备了Al2O3/PE-EVA导热复合材料。利用选择性溶液萃取方法和SEM研究了PE-EVA共混物的相结构及纳米Al2O3在共混物中的分布,评价了Al2O3/PE-EVA复合材料的导热性能与力学性能。结果表明:在PE与EVA质量比为1∶1时可获得具有两相共连续结构的共混物;在两相共连续PE-EVA共混物中引入纳米Al2O3后,发现纳米Al2O3主要分布在PE相中;纳米Al2O3的分布行为及共连续结构的形成有助于提高复合材料的导热性能,在纳米Al2O3质量分数为50%时,与Al2O3/PE复合材料相比,具有选择分布和相连续结构的Al2O3/PEEVA复合材料的热导率提高了21.2%;随着纳米Al2O3质量分数的增加,Al2O3/PE-EVA复合材料的拉伸强度与Al2O3/PE复合材料的拉伸强度相近,同时由于EVA相的增韧作用,其断裂伸长率优于Al2O3/PE复合材料。     

纳米Al_2O_3/聚酰亚胺复合薄膜的介电与力学性能

采用原位聚合与热亚胺化的方法,成功制备了一系列不同纳米Al_2O_3粒子质量分数的纳米Al_2O_3/聚酰亚胺(PI)复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明:纳米Al_2O_3粒子在均匀地分散在PI基体中;当纳米Al_2O_3粒子质量分数为8%时,纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值;纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al_2O_3质量分数的增加而增加。