原位合成TiB2-SiC基复相陶瓷及其高温摩擦学性能的研究

本研究以SiC为基体，用TiC和B4C为原料，采用新的反应原理生成TiB2，原位合成了TiB2-SiC基复相陶瓷，提高了SiC陶瓷的物理性能和高温摩擦学性能：随着材料中TiB2物相重量百分比的增加，材料的高温摩擦学性能提高。在以下摩擦环境参数下TiB2（wt25％）SiC基复相陶瓷自对偶在空气中高温摩擦磨损性能较好，呈现良好的高温自润滑性能：在升温状态下、空气中、环境温度为200℃-1000℃、外加载荷为0．2MPa、摩擦速度为0．3m／s，温度和外加载荷对TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶比磨损率的影响具有依存性。高温摩擦氧化是TiB2-SiC基复相陶瓷自对偶高温磨损主要机理，磨损试样磨损断面包含摩擦氧化层、过渡层和基体亚表面三层。氧化层和过渡层接触紧密；磨屑具有典型包裹结构。     

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析

为了提高Al2O3陶瓷的抗热震性及强度,在Al2O3基陶瓷中添加SiC、nano-ZrO2+SiC,利用无压烧结工艺,制备了用于太阳能热发电的Al2O3-SiC及Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC复相陶瓷。材料的EPMA分析结果表明:样品中ZrO2颗粒在室温下为以亚稳四方相存在,在裂纹尖端应力场的作用下,ZrO2粒子发生四方相→单斜相的相变吸收能量,从而提高了材料强度及断裂韧性;原料中的部分SiC颗粒发生氧化反应,反应生成莫来石,针棒状莫来石形成桥连结构,阻止热震情况下产生的微裂纹发展成危险裂纹,从而提高材料抗热震性。SEM研究显示,SiC晶粒在外力作用下发生穿晶断裂、被拔出及桥结作用。     

TiB2-TiSi2复相陶瓷的氧化行为研究

采用等温氧化增重法,研究了1650℃热压烧结的TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温氧化行为.通过XRD、SEM等分析手段,研究了高温氧化层的物相组成与显微结构,并结合热力学计算,探讨了TiB2-TiSi2复相陶瓷高温抗氧化机理.研究表明:TiB2-TiSi2复相陶瓷的氧化增重随时间变化符合抛物线变化规律;随着在空气中氧化时间延长,氧化增重初期增加较快,进而增加较为平缓,进入钝化氧化阶段;TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温抗氧化机理为TiSi2先于TiB2与氧发生反应形成TiO2与SiO2保护层,阻碍了氧气与材料的进一步接触,使材料具有高温自愈合抗氧化性,提高了TiB2-TiSi2复相陶瓷的高温使用温度.     

原位合成碳化硅-硼化钛复相陶瓷的高温摩擦性能及其磨损机理

以SiC为基体,用TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了SiC-TiB2复相陶瓷.通过测试SiC和SiC-TiB2的高温摩擦系数和比磨损率与温度、外加载荷的关系,研究了SiC-TiB2复相陶瓷的高温摩擦学性能.在空气中,外加载荷为0.2 MPa,摩擦速度为0.3 m/s时,SiC-TiB2复相陶瓷自对偶(SiC-TiB2/SiC-TiB2)高温摩擦呈现较好的高温自润滑性能.温度对SiC-TiB2/SiC-TiB2摩擦系数和比磨损率的影响与载荷有关.载荷为0.4 MPa时,比磨损率最大.用X射线衍射测试了SiC-TiB2/SiC-TiB2磨屑的组成,用扫描电子镜观察了SiC-TiB2/SiC-TiB2磨损断面,发现高温摩擦氧化是TiB2-SiC/SiC-TiB2磨损的主要机理.磨损断面包含摩擦氧化层、过渡层和基体亚表面3层,氧化层和过渡层接触紧密.磨屑具有典型包裹结构,其主要氧化物是无定形氧化硅.平滑的氧化层改进了摩擦表面的塑变性能,缓冲了摩擦应力,减小了高温比磨损率.     

莫来石/刚玉复相陶瓷热断裂特性研究

通过调整复相陶瓷中颗粒相的组成与级配,利用引入的热膨胀失配机制,控制莫来石/刚玉复相陶瓷显微结构,改善高温复相陶瓷热稳定性,着重研究了莫来石/刚玉复相陶瓷的热断裂特性.研究表明,全部采用莫来石颗粒相时,由于柱状莫来石颗粒极易发生热冲击穿晶断裂,且热膨胀失配导致的微裂纹较长,密度较小,故复相陶瓷热稳定性较差;全部采用刚玉颗粒相时,虽然基质相裂纹扩展至刚玉颗粒表面时穿晶断裂与沿晶的裂纹扩展同时发生,有利于改善复相陶瓷热稳定性,但由于热膨胀失配过度,未经热冲击时已产生宏观裂纹,故热稳定性最差.而采用莫来石/刚玉复合颗粒相,相比例为75/25制备的复相陶瓷试样,热膨胀失配形成的微裂纹较短,密度较大,其热稳定性最优.     

ZrB_2-SiC复相陶瓷制备方法研究现状

综述了ZrB2-SiC复相陶瓷近年来的研究现状。总结了无压烧结、反应热压烧结、热压烧结、放电等离子烧结和一些其他方法制备ZrB2-SiC复相陶瓷的研究成果,并提出了ZrB2-SiC复相陶瓷目前研究中存在的问题和今后潜在的发展方向。     

SiC-TiB2-TiCx复相陶瓷的氧化行为研究

本文采用热等静压原位合成技术制备了TiB2-TiCx和SiC-TiB2-TiCx复相陶瓷,对其高温氧化行为进行了研究.结果表明,添加SiC后陶瓷材料抗氧化性有很大提高.SiC-TiB2-TiCx陶瓷的最高有效抗氧化温度为1200℃,而TiB2-TiCx陶瓷只有700℃.在温度低于1200℃时,SiC-TiB2-TiCx陶瓷的长时间抗氧化性能也优于TiB2-TiCx陶瓷.     

TiB2-BN-AlN复相陶瓷的结构与性能研究

采用不同TiB2、BN、AlN体积配比制备TiB2-BN-AlN复相陶瓷,研究了TiB2、BN、AlN含量的变化对复相陶瓷烧结致密度、组织结构和性能的影响.结果表明:随着BN含量的增加,TiB2-BN-AlN复相陶瓷的致密度和抗弯强度降低,电阻率升高.另一方面,在空气中AlN颗粒表面易水解产生AlOOH和NH3,在热压烧结过程中,AlOOH会分解成Al2O3,同时Al2O3与AlN发生反应生成AlON,使得物质在AlN 晶粒之间扩散,从而提高复相陶瓷的致密度.     

Al_2O_3–SiC复相陶瓷的摩擦磨损特性

用真空热压工艺制备了Al2O3-SiC复相陶瓷.对热压烧结的纯Al2O3以及Al2O3-SiC复相陶瓷进行了摩擦磨损实验,研究了SiC添加量对复 相陶瓷摩擦磨损性能的影响.结果表明:在压力为25 MPa,1635℃热压烧结1h,当SiC的质量含量为5%时,Al2O3-SiC复相陶瓷的耐磨性最佳,虽摩擦系数最大(0.61,Al2O3则为0.46),但磨损率(WR)仪为5×10-4mm3/(N·m).Al2O3-SiC复合材料的磨损机理为脆性断裂引起的磨粒磨损,材料的 WR与断裂韧性(KIc)和Vickers硬度(Hv)的乘积(KIc1/2HV5/8)成反比.     

ZrB2-SiC复相陶瓷的制备及其性能的研究

以ZrB2和SiC粉为原料,采用Si3N4球为球磨介质,通过等静压成型及无压烧结制备了ZrB2-SiC复相陶瓷。实验确定了ZrB2-SiC复相陶瓷的烧结制度,并研究了SiC含量与球磨时间对ZrB2-SiC复相陶瓷体积密度的影响。结果表明:随着ZrB2球磨时间的增加,ZrB2颗粒粒径逐渐减小,复相陶瓷的体积密度逐渐增加;随着SiC含量的增加,复相陶瓷体积密度降低。ZrB2最佳球磨时间为6h,SiC最佳含量为20%,ZrB2-SiC20%(体积分数)复相陶瓷体积密度达到4.98g/cm3。