Al2O3／Al复合材料的制备及性能研究

采用非匀相沉淀法制备纳米Al2O3包裹Al复合粉体,通过热压烧结制备出Al2O3/Al复合材料,利用差热分析仪、SEM、教显维氏硬度计及万能试验机测试研究了复合材料的微观结构及热力学性能.结果表明,经1 050℃/30 min煅烧岳获得的复合粉体成分为α-Al2O3和Al;同单相Al2O3相比,纳米Al的添加降低了瓷体的烧结温度;添加Al的摩尔数分数为10%的Al2O3/Al复合陶瓷的抗弯强度提高10%,断裂韧性提高了86%,硬度值随Al的增加而下降.     

B4C/TiO2/Al复合材料制备及其性能

采用热压法制备了B4C/TiO2/Al复合陶瓷材料，试验结果表明，TiO2和Al的加入，使得B4C/TiO2/Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性比纯B4C陶瓷材料有较大程度的提高；而且，添加相促进了复合材料的烧结.利用热力学和X射线衍射分析研究烧结过程中的化学反应，分析结果表明，复合材料中没有发现TiO2，Al，Al2O3；同时在复合材料中出现了TiB2，因为在热压过程中TiO2与B4C反应生成TiB2.分析了B4C/TiO2/Al复合陶瓷材料的微观结构和增韧机理.     

Al_2O_3基复合耐火材料对感应炉炼铁合金的影响

以刚玉和电熔镁砂为原料,采用干式捣打法制得了含镁铝尖晶石的复合耐火材料,探讨了添加Cr2O3粉及ZrO2粉对材料性能的影响,采用静态侵蚀法对试样进行抗侵蚀试验.结果表明:以刚玉和电熔镁砂为原料制得的复合材料材料,具有较高的耐压强度和抗侵蚀能力;添加Cr2O3粉比添加ZrO2粉具有明显的提高材料性能的效果.     

B4C／TiO2／Al复合材料制备及其性能

采用热压法制备了B4C／TiO2／Al复合陶瓷材料，试验结果表明，TiO2和Al的加入，使得B4C／TiO2／Al复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性比纯B4C陶瓷材料有较大程度的提高；而且，添加相促进了复合材料的烧结．利用热力学和X射线衍射分析研究烧结过程中的化学反应，分析结果表明，复合材料中没有发现TiO2，Al，Al2O3;同时在复合材料中出现了TiB2，因为在热压过程中TiO2-B4C反应生成TiB2．分析了B4C／TiO2／Al复合陶瓷材料的微观结构和增韧机理．     

Al2O3基复合耐火材料对感应炉炼铁合金的影响

以刚玉和电熔镁砂为原料,采用干式捣打法制得了含镁铝尖晶石的复合耐火材料,探讨了添加Cr2O3粉及ZrO2粉对材料性能的影响,采用静态侵蚀法对试样进行抗侵蚀试验．结果表明：以刚玉和电熔镁砂为原料制得的复合材料材料,具有较高的耐压强度和抗侵蚀能力;添加Cr2O3粉比添加ZrO2粉具有明显的提高材料性能的效果．     

硅酸锆陶瓷的制备与表征

以锆英石为原料、Y2O3为稳定剂,采用常压烧结工艺,制备了系列的硅酸锆陶瓷,并利用阿基米德法、维氏硬度法、XRD和SEM技术分别对硅酸锆陶瓷的密度、物相变化和显微结构进行了表征.结果表明,不同配比样品的密度随烧结温度的增加仅有较小幅度的增加,随着Y2O3添加量的增加样品维氏硬度先增大再减小,温度升高有助于硬度的提高,样品的物相均由ZrSiO4和稳定ZrO2组成,Y2O3添加量的增加促进了ZrSiO4的分解和稳定ZrO2的生成,气孔及稳定ZrO2的存在是影响材料密度的重要因素.     

原位合成Al_2O_3/FeAl复合材料的组织与性能

利用Fe-Al-Fe2O3体系的放热反应,原位热压合成了Al2O3/FeAl复合材料.借助XRD和SEM等研究了复合材料的物相组成和显微结构,以及Al2O3生成量对复合材料显微结构和力学性能的影响.结果表明:经1 250℃保温1.5h热压烧结的块体材料主要由FeAl及少量Al2O3相构成,FeAl基体为片层结构,增强相Al2O3分散在基体和晶界处.随着Al2O3含量的增加,基体晶粒尺寸明显减小,同时对材料起增强增韧作用.在Al2O3含量为1.2wt%时,试样的抗弯强度达到最大值1 329.22MPa;在Al2O3含量为0.8wt%时,试样的断裂韧性达到最大值29.95MPa·m1/2.此值正好处于金属与陶瓷材料性能链的断缺处.因此,本研究结果对于完善材料性能体系具有重要意义.     

LiNbO3/Al2O3复合材料的制备及其力学性能

为了研究铁电相LiNbO3对Al2O3陶瓷材料结构及其力学性能的影响,以Al2O3 Nb2O5 和LiCO3为主要原料,分别通过高温固相法和热压烧结法,制备LiNbO3/Al2O3复合材料.对制备的复合材料进行物相分析,抗折强度的测试以及显微形貌观察.结果发现：LiNbO3的加入有利于促进Al2O3的烧结,降低了Al2O3陶瓷的烧结温度.当烧结温度超过1 200℃时,复合材料的主晶相仍然为LiNbO3和Al2O3,但由于少量Li元素挥发,生成物相LiNb3O8.在1 200℃保温3h,通过高温固相法烧结,5vol％ LiNbO3/95vol％ Al2O3复合材料的抗弯强度达到了最高,为162.34MPa.在1 300℃,150MPa（保温保压1h）热压烧结制备的15 vol％ LiNbO3/85 vol％ Al2O3复合材料致密度为92.82％,其抗弯强度和断裂韧性分别为393.94 MPa和2.38 MPa· m1/2.该复合材料中的LiNbO3晶粒出现了非180°畴结构,这种电畴结构有利于改善材料的力学性能.     

TiC含量及烧结温度对Al_2O_3-TiC复合陶瓷材料力学性能的影响

利用热压烧结法制备了Al2O3-TiC复合陶瓷材料,研究了TiC含量、烧结温度对材料致密度、抗弯强度、断裂韧性等性能的影响.结果表明:TiC颗粒的引入,可以有效提高Al2O3-TiC复合陶瓷材料的力学性能,当TiC含量为30Vol%、烧结温度为1 750℃时,Al2O3-TiC复合材料的断裂韧性值和抗弯强度值达到最大,分别为5.08 MPa·m1/2和620 MPa,试样的断裂方式主要为沿晶断裂,同时也含有穿晶断裂.     

Al2O3/(W, Ti)C纳米复合陶瓷材料的力学性能与强韧化机理

采用纳米和亚微米级的α-Al2O3,以及微米级的(W,Ti)C粉体为原料,制备了Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料.在基体Al2O3含有体积分数为11%的纳米Al2O3时复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最优,其抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为840 MPa,6.55 MPa·m1/2和20.1 GPa.TEM实验表明,纳米颗粒的加入明显抑止了基体晶粒的长大,形成了典型的骨架结构,材料的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合.内晶型和晶间型第二相颗粒产生的残余应力场、断裂模式的改变和晶粒细化强化促进了复合材料抗弯强度和断裂韧性的提高.     

纳米TiC对Si3N4基复合陶瓷材料性能和微观结构的影响

用热压法制备了纳米TiC增韧补强的Si₃N₄基复合陶瓷材料,研究了不同TiC含量对复合陶瓷材料力学性能与微观结构的影响.结果表明：纳米TiC颗粒的添加对复合材料的力学性能的提高是有利的,当纳米TiC的质量分数为15%时,复合材料具备较优的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性、HV硬度分别达到895MPa,8.03MPa.m1/2,15.06GPa;不同尺寸的Si₃N₄晶粒形成双峰结构,有利于复合材料性能的提高;其断裂机制为沿晶断裂和穿晶断裂的混合类型.     

Ti3SiC2/TiB2复合材料的制备及其组织和力学性能

以2TiC／Ti／Si／0．2Al／TiB2粉为原料，采用热压烧结工艺成功制备了Ti3SiC2／TiB2复合材料。结果表明：不同TiB2含量的试样中主晶相为Ti3siC2与TiB2两相，没有发现其它杂质相；当复合材料中TiB2的体积分数为10％时，其硬度、抗压强度、弯曲强度、断裂韧性都有显著的提高。经热处理后，Ti3SiC2／10％TiB2复合材料的弯曲强度由367．5MPa     

Microstructure and mechanical properties of high-Cr cast iron bars reinforced Hadfield steel matrix composites

To obtain the compatible material of high hardness and high toughness, Hadfield steel matrix composites, reinforced by high-Cr cast iron bars made of flux-cored welding wires, which were inserted into the Hadfield steel melt, were investigated. The mechanical properties of three materials, i e, composites for as-cast and quenching-water condition, as well as Hadfield steel, were compared. The results show that the alloy powder inside flux-cored welding wires can be melted by the heat capacity of Hadfield steel melt and solidify into high-Cr cast iron bars. The impact toughness of the composite for quenching-water condition is higher than that of the composite for as-cast condition and is lower than that of the Hadfield steel, but it can still meet the requirements of hardness and toughness in industrial application. Regardless of load variation, composite for quenching-water condition shows better wear resistance than those of the composite for as-cast condition and Hadfield steel. The modified fracture toughness and wear resistance of composites are attributed to not only the combining actions of Hadfield steel matrix and high-Cr cast iron bars, but also the effect of heat treatment.     

Mechanism of brittle-ductile transition of a glass-ceramic rigid substrate

The hardness, elastic modulus, and scratch resistance of a glass-ceramic rigid substrate were measured by nanoindentation and nanoscratch, and the fracture toughness was measured by indentation using a Vickers indenter. The results show that the hardness and elastic modulus at a peak indentation depth of 200 nm are 9.04 and 94.70 GPa, respectively. These values reflect the properties of the glass-ceramic rigid substrate. The fracture toughness value of the glass-ceramic rigid substrate is 2.63 MPa?m1/2. The...     

WC-Co超细硬质合金的超声波无损检测

采用单探头直接接触纵波探伤的方法,检测了9根WC-10 Co硬质合金试样的超声波衰减系数α,结合试样的密度、晶粒度、断裂韧性KIc、维氏硬度及抗弯强度进行分析。结果表明:合金的晶粒度越小,超声波衰减系数α越大,断裂韧性越高,而超声波衰减系数与密度、硬度和抗弯强度没有直接的关系。可用超声波在WC-10 Co硬质合金中的衰减行为来评估材料的韧性,从而替代有损的机械方法。     

包覆法制备Gp/SiC复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅（Gp/SiC）复合材料.利用扫描电子显微镜（SEM,EDS）分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.     

UHTCC与钢材界面的剪切型断裂试验研究

为了将超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)应用于大跨径钢箱梁桥,研究双材料界面的力学性能. 采用无切口单边对称加载复合试件,研究UHTCC与钢材界面剪切型裂缝扩展过程. 利用数字图像相关法(DIC),验证该方法用于定量测定双材料界面剪切型断裂韧度的可行性,探究不同界面处理方式对复合试件界面剪切型断裂韧度的影响. 试验结果表明,采用UHTCC-钢材无切口单边对称加载复合试件,结合DIC技术可以实现界面纯剪切型断裂韧度的定量测试;不同界面处理方式对UHTCC与钢材界面剪切型断裂韧度的影响均较小;UHTCC与钢材界面具有较高的剪切断裂韧度,抗剪切性能良好.     

单晶硅表层机械力学特性的各向异性分析

为探究挠性筋结构单晶硅材料的各向异性特性以及KOH腐蚀工艺对其力学性能的影响规律,进行纳米压痕实验,并结合原子力显微镜观察单晶硅表层3个主晶面上压痕裂纹形貌随晶向的变化规律,分析单晶硅材料表层弹性模量、硬度、断裂韧性等机械力学特性参数在(001)、(110)及(111)3个主要晶面上沿各个晶向的变化规律;分析挠性筋结构单晶硅材料(001)晶面的KOH腐蚀工艺对其材料表面机械特性的影响规律.结果表明:挠性筋单晶硅在(001)晶面上弹性模量的各向异性变化幅度明显,硬度及断裂韧性各向异性的变化幅度不大;挠性筋单晶硅在(110)晶面弹性模量和断裂韧性的各向异性变化幅度明显,硬度各向异性变化幅度不大;挠性筋单晶硅在(111)晶面硬度值、弹性模量及断裂韧性参数的变化幅度幅值均较小;确定了单晶硅表层3个晶面裂纹最易扩展的晶向方向,KOH腐蚀工艺使得单晶硅表面质量降低,腐蚀后暴露的表面微裂纹、缺陷等会使得单晶硅(001)晶面表层硬度、断裂韧性降低,从而降低了挠性筋结构的实际断裂强度.     

Effect of optimal aging treatment on magnetic performance and mechanical properties of sintered Nd-Fe-B permanent magnets

The magnetic performance and mechanical properties including hardness, brittleness, fracture toughness and strength characteristics of the as-sintered and the optimal aged Nd-Fe-B magnets were examined in this work. A new method of Vickers hardness indentation combined with acoustic emission was used to test the brittleness of the magnets.The results show that the magnetic properties of the magnets could be improved through aging treatment, especially the intrinsic coercive force. But it is accompanied by a decrease of strength and fracture toughness. Theoretical calculation confirms that acoustic emission energy accumulated count value could be used to characterize the material brittleness. The bending fracture morphologies of the as-sintered and the optimal aged Nd Fe B magnets were investigated with the emphasis on the relationship between mechanical properties and microstructure using a field emission scanning electron microscopy(FE-SEM). The research results indicate that the intergranular fracture is the primary fracture mechanism for both as-sintered and optimal aged Nd Fe B magnets. Aging treatment changes the morphology and distribution of the Nd-rich phases, reducing the sliding resistance between Nd_2Fe_(14)B main crystal grains and lowers the grain boundary strength, which is the main reason for the strength and fracture toughness decrease of the aged Nd-Fe-B magnets.     

Effect of oxidation on fracture toughness of a carbon/carbon composite

The fracture toughness of a carbon/carbon composites oxidized at different temperature for 1 h was measured. The fracture surfaces were examined by scanning electron microscopy (SEM). The results indicate that oxidation temperature has significant effects on the fracture toughness. Fracture toughness decreases with the increase of the weight loss. The SEM images reveal that the decrease of fracture toughness was mainly attributed to the oxidation of the interface in the composite.