BaNb_2O_6/Al_2O_3复相陶瓷的制备及力学性能

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相BaNb2O6引入到Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于1350℃制备BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:BaNb2O6与Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为10%(体积分数)时,1350℃无压烧结和热压烧结制备的BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

Fabrication and Mechanical Property of BaNb2O6/Al2O3 Composite Ceramics

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相 BaNb2O6引入到 Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于 1350 ℃制备 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明：BaNb2O6与 Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了 Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为 10%（体积分数）时,1350 ℃无压烧结和热压烧结制备的 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为 94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和 99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到 BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相 BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

MgO-MnO2-TiO2-SiO2烧结助剂中SiO2的量对低温烧结氧化铝陶瓷材料性能的影响

本文采用MgO-MnO2-TiO2-SiO2复相添加剂作为氧化铝陶瓷的烧结助剂,采用注浆成型工艺,研究了改变添加剂SiO2的量对1400℃和1450℃烧结的Al2O3陶瓷材料性能的影响.运用三点抗弯电子试验机、XRD、SEM分析了低温烧结Al2O3基陶瓷材料的力学性能和断口形貌,讨论了低温烧结Al2O3基陶瓷的烧结机理和性能.结果表明:在1450℃烧结,当不加SiO2时,弯曲强度为194 MPa;当加入0.5%(质量百分含量,下同)SiO2时,烧结Al2O3基陶瓷材料的力学性能最佳,弯曲强度为σ=299 MPa;SiO2量增加到1%时,σ=293 MPa;SiO2加入量在3%时,σ=249 MPa.SiO2的加入量从0.5%到3%对氧化铝的强度都有明显的提高,说明加入SiO2对氧化铝陶瓷的烧结是非常有利的,但随着SiO2加入量的不断加大氧化铝陶瓷力学性能有下降的趋势.     

热压烧结Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷的高温力学性能研究

为提高Al2O3陶瓷的高温力学性能,采用热压烧结工艺(烧结温度1 800℃,烧结压力20 MPa,保温1 h)制备了Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),并研究了ZrB2含量对Al2O3基陶瓷高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:1)在Al2O3基陶瓷中加入第二相ZrB2能有效改善材料的高温抗折强度和高温强度保持率,在1 000和1 200℃时,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温抗折强度,而加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷试样具有最高的高温强度保持率。2)AZS陶瓷的抗热震性能优于纯Al2O3陶瓷。经100℃温差急冷后,加入20%体积分数ZrB2的AZS陶瓷具有最高的残余强度,比纯Al2O3陶瓷提高了17.2%;经300和500℃温差急冷后,加入24%体积分数ZrB2的AZS陶瓷都具有最高的残余强度,比Al2O3陶瓷分别提高了35.3%和20.9%。     

MgO/MgF2掺杂对Al2O3陶瓷烧结、显微结构及微波介电性能的影响

采用搅拌混合法和无压烧结工艺,制备了Mg2+浓度为500 ppm的MgO掺杂和MgF2掺杂的Al2O3陶瓷,系统地研究了MgO和MgF2掺杂对Al2O3陶瓷致密化、显微结构和微波介电性能的影响.研究结果表明:与MgO掺杂相比,MgF2掺杂在较高温度下能更加有效地促进Al2O3陶瓷的致密化.在1550℃烧结条件下,MgF2掺杂的Al2O3陶瓷比MgO掺杂的Al2O3陶瓷的晶粒更大,同时介电常数也更高.但另一方面,MgF2掺杂的Al2O3陶瓷介电损耗也远比MgO掺杂的Al2O3陶瓷要高.同时简单分析了造成此现象的原因.     

无压烧结制备Ti–Al–C系三元层状陶瓷

以TiC粉、Al粉、Ti粉为原料,采用无压烧结工艺制备高纯Ti–Al–C三元层状陶瓷,探究了烧结温度、烧结时间、烧结助剂等对Ti–Al–C系三元层状陶瓷制备的影响。结果表明:在一定范围内提高烧结温度和烧结时间能减少杂质相的产生,不添加助剂情况下在1 400℃下保温3 h能得到80%(质量分数)以上的Ti–Al–C系三元层状陶瓷,该条件下掺入少量Si粉或Sn粉能得到高纯Ti–Al–C系三元层状陶瓷。TiC、Al、Ti和Si质量比为2.0:1.2:1.0:0.1的原料粉末在1 400℃保温3 h能得到纯度99%以上的Ti_3AlC_2陶瓷,TiC、Al、Ti和Sn质量比为2.0:1.2:1.0:0.1与TiC、Al、Ti和Sn质量比为1.0:1.2:1.0:0.1的原料粉末在1 400℃保温3 h均能制备出纯度99%的以Ti_3AlC_2为主晶相的Ti_3AlC_2/Ti_2AlC复相陶瓷。     

纳米TiO2添加剂对Al2O3陶瓷微观结构与烧结性能的影响

用微米级和纳米级两种不同的TiO2作为烧结助剂,研究其对Al2O3陶瓷微观结构和烧结性能的影响.结果表明:纳米TiO2能更好的提高Al2O3陶瓷的烧结活性,降低烧结温度.当TiO2含量为2%时,在1 580℃烧结试样的显气孔率为0.54%;在1 650℃烧结试样的显气孔率为0.16%.纳米TiO2的加入改变了Al2O3陶瓷的微观结构,更有利于Al2O3陶瓷的烧结.     

液相包裹法制备ZTA复相陶瓷的研究

采用液相包裹法制备了ZrO2/Al2O3纳米复合粉体,粉体物相纯净、两相分布均匀、颗粒细小、分散性良好,以自制的粉体为原料,无压烧结ZTA(ZrO2 Toughening Al2O3)复相陶瓷材料,并研究其力学性能与微观结构。结果表明,ZTA陶瓷具有独特的微观结构,氧化铝晶粒呈片状、等轴状和长柱状三种形态,陶瓷力学性能得到改善,其弯曲强度和断裂韧性分别达到495 MPa和6.15 MPa·m1/2。     

SiC/β-Sialon装甲陶瓷的制备及性能

采用无压烧结工艺制备高比强度SiC/β-sialon复相陶瓷。研究了原料组成和第一阶段反应温度对合成β-sialon相的影响,分析了氧化物添加剂和第二阶段烧结温度对材料烧结性能和力学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及万能试验机表征样品的物相组成、微观结构和力学性能。结果表明：用10%（质量分数,下同）的苏州土部分替代Al2O3和SiO2能有效促进β-sialon相的生成,在1500℃保温2h合成出无杂相的β-sialon相;复合添加5%ZrO2和5%Y2O3可促进样品的烧结致密化。当温度为1650℃时,样品的体积密度为2.90g/cm3,抗弯强度和断裂韧性分别达到375MPa和3.24（MPa·m1/2）,弯曲比强度为1.29×105（N·m）/kg,比Al2O3提高了40%以上。     

含有压电陶瓷颗粒的结构陶瓷基复合材料的制备与性能

为了研究压电陶瓷颗粒对结构陶瓷力学性能的影响,把不同的压电陶瓷 颗粒加入到Al2O3结构陶瓷,发现LiTaO3与Al2O3在烧结时能稳定共存,烧结温度高于1400℃时,LiTaO3发生化,冷却后呈网状分布在AlO3基体晶界;低于1400℃烧结,LiTaO3颗粒弥散分布在Al2O3基体中,采用200MPa冷等静压成型,1300℃（保温3小时）空气气氛下无压烧结,最后于1300℃,150MPa（保温保压1h)氩气气氛下热等静压制备了LiTaO3/Al2O3陶瓷复合材料,对其显微结构与力学性能进行了研究,结果表明,LiTaO3体积分数为5％的陶瓷复合材料具有最高的抗弯强度与断裂韧性值,分别达到438．7MPa和5．4MPa.m^1/2,电畴运动和／或压电 应引起的能量耗散是一种新的陶瓷强韧化机制。     

烧成制度对AlN陶瓷性能及显微结构的影响

为了制备结构致密的Al N陶瓷,在Al N粉末中加入2%(w)的Y2O3,经细磨、造粒、成型烘干后,在热压炉内于氮气气氛中1 800~1 950℃分别保温1~4 h无压烧结制得Al N陶瓷,并研究了烧成温度和保温时间对Al N陶瓷致密度、导热性及显微结构的影响。结果表明:随着烧成温度的提高和保温时间的延长,添加Y2O3的Al N陶瓷的晶粒趋于均匀,显气孔率下降,致密化程度提高;当烧成温度为1 850℃,保温时间达到2 h时,Al N陶瓷的相对密度达到99.8%,热导率达到94.8 W·(m·K)-1。     

CaTiO3添加剂对氧化铝陶瓷烧结、显微结构及微波介电性能的影响

CaTiO3添加剂通过湿法球磨与Al2O3粉料混合,并通过无压烧结制备了氧化铝陶瓷,研究了CaTiO3添加剂对氧化铝陶瓷烧结性能、相组成、显微结构和微波介电性能的影响.CaTiO3可以使Al2O3的烧结温度降低至1450℃,但在该温度下烧结的样品由于CaTiO3的加入会产生CaAl12O19第二相.样品中存在大、小两种晶粒,根据EDS能谱分析,大晶粒主要是CaAl12O19,而小晶粒为Al2O3和CaAl12O19的混合相.添加CaTiO3有利于Al2O3陶瓷介电常数的提高,1450℃下掺杂2.5wt％ CaTiO3的氧化铝陶瓷具有较好的烧结性能和微波介电性能,相对密度可达到97.74％,εr～10.86,Q×f～ 8061 GHz.     

无压烧结制备表面微孔碳化硅陶瓷

以碳化硅（SiC）微粉为骨料,Al2O3-Y2O3为烧结助剂,氯化钙（CaCl2）作为造孔剂,采用无压液相烧结制备了表面微孔SiC陶瓷,分析了不同CaCl2含量对SiC陶瓷的烧结性能、显微结构和摩擦性能的影响。结果表明：加CaCl2会降低SiC陶瓷的体积密度、硬度和抗弯强度;可以有效地细化SiC陶瓷晶粒;能在SiC陶瓷...     

高压烧结高纯微晶氧化铝陶瓷

以商业生产的高纯纳米α-Al2O3粉(99.9%,质量分数)、分析纯Mg(NO3)2为原料,以两面顶压机高压烧结,制备了纯Al2O3陶瓷及微量MgO掺杂的Al2O3陶瓷,并进行了密度测试与显微结构分析.与常压烧结相比,高压烧结可显著降低高纯Al2O3陶瓷的烧结温度,提高传质速率,大幅度缩短烧结时间,达到快速、低温烧结的效果.与常压烧结明显不同,在高压烧结时,MgO对高纯AlO3陶瓷的烧结致密化几乎没有影响.在4.5GPa,100 ℃高压烧结30 min,制备的纯Al2O3陶瓷的相对密度为97.65%,微量MgO掺杂的Al2O3陶瓷的相对密度达97.93%、平均晶粒尺寸约为4 μm.     

ZrSiO4/Al2O3复相耐磨陶瓷球的烧结工艺研究

以ZrSiO4和α-Al2O3为原料,采用Al2O3-ZrSiO4高温原位烧结反应原理,分别以氧化铝含量为50%,60%,70%,80%的不同比例进行制备、烧结,来制造ZrSiO4/Al2O3复相耐磨陶瓷球。测定其物理性能,研究了不同铝含量对复相耐磨陶瓷球的密度、耐磨性、以及烧结性能的影响,为实际的生产应用奠定了可靠的基础。     

Cr2O3添加对ZTA复相陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用无压烧结制备ZTA复相陶瓷,探究Cr2O3的添加对ZTA复相陶瓷显微组织和力学性能的影响.结果表明:Cr2O3会促进Al2O3晶粒的生长,并出现长条状Al2O3晶粒;随着Cr2O3的增加,复相陶瓷的密度、硬度、断裂韧性均呈现先增大后减小趋势.在Cr2O3添加量为0.6％时具有最佳性能,但过多的Cr2O3会使陶瓷内部...     

超高压成型与无压烧结制备细晶碳化硅陶瓷

借助两面顶超高压设备,通过冷等静压和超高压成型制备了相对致密度>60%的SiC陶瓷生体.在低压流动氮气保护下,无压烧结获得了晶粒尺寸在200 nm左右的高致密的SiC陶瓷.利用扫描电镜、X射线衍射对烧结体的断面形貌和相组分进行分析.结果表明:超高压处理能够提高坯体及烧结体的致密度,并有助于抑制晶粒的长大.添加12%烧结助剂[Al2O3(平均粒度约为80 nm)和Y2O3(平均粒度约为50 nm)],经4.5 GPa,6 min超高压成型的SiC样品,在1 850℃或1 900 ℃烧结0.5h后的相对密度分别达到95.3%和98.3%.这种样品的烧结致密化机制为Y3Al5O12液相烧结.     

ZrO2-Al2O3复相陶瓷的研究

以纳米ZrO 、微米Al O 为原料,采用无压烧结方式制备了ZTA 复相陶瓷。结果表明:nano-ZrO 的 2 2 3 2加入有利于制备细晶ZTA 复相陶瓷。此外,nano-ZrO 的加入对 Al O 陶瓷的显微结构也产生影响,ZrO 颗粒以 2 2 3 2“晶内型”和晶界型两种形式存在。合理的配方组成及制备工艺有利于 Z r O 以四方亚稳相存在。Z r O 含量为 2 23 0 w t % 时,其四方相含量可达 6 9 %,有利于应力诱导相变增韧,该 Z T A 复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别达到 604MPa、6.87MPa·m1/2。     

Mullite–Si_3N_4/SiC复相陶瓷的制备及性能

采用无压烧结工艺制备Mullite–Si_3N_4/Si C(M–SBSN)复相陶瓷,分析了Si C含量、烧结助剂和莫来石添加量对Si_3N_4/Si C(SBSN)陶瓷材料力学性能、耐磨性能和热学性能的影响。结果表明:莫来石的引入显著提高了SBSN陶瓷的烧结特性、抗弯强度、耐磨性和抗热震性,在相对较低的烧成温度(1 600℃)制备了低密度、高耐磨性的M–SBSN复相陶瓷。当莫来石添加量为30%时,样品的耐磨性能最好,磨损量与Al2O3和ZrO_2材料相比降低了80%~85%,而密度只有Al2O3的76%和ZrO_2的48%。摩擦磨损试验后,M–SBSN复相陶瓷材料与Al2O3、ZrO_2材料相比具有更浅的划痕和损伤度,与摩擦磨损试验结果相一致。     

无压烧结Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的研究

以Al2O3颗粒为增强体,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用无压烧结方法,在组分优化的基础上,制备的锆英石基复相陶瓷室温抗弯强度和断裂韧性分别可达371 MPa和3.4 MPa·m1/2;采用XRD、SEM分析样品的相组成和显微结构,结果显示:确定ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2的存在;确定复相陶瓷的强韧化是由Al2O3颗粒引发的裂纹偏转、微裂纹增韧和由ZrSiO4分解而来的ZrO2相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.