常压烧结制备亚微米晶Al2O3陶瓷及其力学性能研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结法制备亚微米晶Al2O3陶瓷。研究了烧结温度、烧结助剂对Al2O3陶瓷的致密化过程、显微结构及力学性能的影响。结果表明:添加一定量的复合助剂MgO-Y2O3可起到促进Al2O3陶瓷致密化,细化显微结构,并改善其力学性能的作用。经1450℃常压烧结1h可获得相对密度达99.6%、平均晶粒尺寸约0.71μm的亚微米晶Al2O3陶瓷,其维氏硬度和断裂韧性分别为18.5GPa和4.6 MPa·m1/2。     

SPS制备亚微米晶氧化铝陶瓷

以商业α-Al₂O₃粉体为原料, MgO为烧结助剂, 采用放电等离子烧结技术(SPS)制备亚微米晶氧化铝陶瓷. 系统研究了烧结温度、烧结助剂含量对亚微米晶氧化铝陶瓷的致密化过程及显微结构的影响. 分析结果表明, 1250℃以及0.05wt%分别是最佳的烧结温度和烧结助剂含量; 在此条件下获得的亚微米晶氧化铝陶瓷, 其相对密度达到99.8%TD(theoretical density),平均晶粒尺寸约0.68μm,显微硬度(HV5)达到20.75GPa,在3～5μm中红外范围内直线透过率超过83%. 当MgO掺杂量超过0.1wt%时, 第二相MgAl₂O₄形成, 引起光散射, 降低红外透过率.     

Y2O3和纳米AlN协同作用对氮化铝陶瓷烧结性能及热传导的影响

在微米氮化铝粉体中添加含量为4%的Y2O3和不同含量的纳米AlN粉体制备氮化铝陶瓷,研究了Y2O3和纳米AlN协同作用对微米氮化铝陶瓷烧结性能和热传导性能的影响。结果表明,Y2O3优先与纳米AlN粉体表面的Al2O3反应生成活性较高的第二相Al5Y3O12,相比于Y2O3与微米AlN粉体表面Al2O3反应生成的Al5Y3O12,具有更低的熔化温度及更好的流动性;同时,纳米AlN粉体的高比表面能也促进氮化铝陶瓷的致密化进程。二者的协同作用有效地促进氮化铝陶瓷的致密烧结,改善第二相的微观分布,从而能在较低的烧结温度下获得具有较高热导率的氮化铝陶瓷。当Y2O3和纳米AlN粉体的添加量(质量分数)分别为4%和1.5%时,在1800℃烧结得到的氮化铝陶瓷密度为3.26 g·cm-3,第二相以连续相的形式分布于氮化铝晶界处,热导率为151.75 W/(m.K)。     

微波烧结Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的研究

以分析纯Al(NO3)3.9H2O·NH3.H2O和50 nm的SiC粉体为原料,采用溶胶-凝胶法制备干凝胶,经热处理合成Al2O3/SiC纳米复合粉体。利用微波烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并与常规烧结比较,分析了两种烧结方法对制备试样的力学性能影响。结果表明,与常规烧结相比,微波烧结可以提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性,改善材料的显微结构,促进致密化和晶粒生长。     

Li2CO3-B2O3-V2O5掺杂ZnO-TiO2陶瓷低温烧结的研究

以Li2CO3、B2O3和V2O53种常见的低熔点氧化物为烧结助剂,用传统固相法制备了Li2CO3-B2O3-V2O5掺杂的ZnO-TiO2微波介质陶瓷,并利用XRD、SEM等研究了ZnO-TiO2陶瓷的烧结行为、物相组成、显微结构特征及微波介电性能等。结果表明,当掺入3%(质量分数)Li2CO3-B2O3-V2O5时,在840℃烧结2h可制备出体积密度为4.99g/cm3的ZnO-TiO2陶瓷,达到理论密度的96.5%以上,εr、Q.f、τf分别约为24、22900GHz、-4×10-6/℃。     

超重力下燃烧合成大体积凝固态Al2O3/ZrO2（4Y）研究

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)混合粉末,以超重力下燃烧合成方式,制备出Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷微观结构、生长机理与力学性能.XRD、SEM与EDS结果显示,Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷基体为亚微米t-ZrO2纤维成三角对称分布其上、取向各异的棒状共晶团,而Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷则以分布均匀的微米级t-ZrO2球晶为基体.Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷的强化归因于小尺寸共晶团边界及残余压应力增韧、相变增韧机制引发的高断裂韧性所致;同时,细小t-ZrO2球晶所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所引发的高断裂韧性也使Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷得以强化.     

液相烧结氧化铝陶瓷的致密化机理

以CaO-MgO-SiO2玻璃为烧结助剂,对液相烧结Al2O3陶瓷的致密化机理进行了研究.研究结果表明,烧结助剂可显著促进Al2O3陶瓷的致密化,其致密度随烧结助剂含量的增加而提高,液相烧结激活能为265kJ/mol,表明扩散控制为其致密化机理.     

ZrO2/Al2O3多孔陶瓷的制备与力学性能

采用凝胶-发泡法制备了ZrO2/Al2O3多孔陶瓷,研究了陶瓷浆料的流变性,固相含量对多孔陶瓷坯体显微结构与力学性能的影响,以及烧结助剂MgO含量与多孔陶瓷抗压强度及气孔率之间的关系.结果表明,在分散剂含量为0.4％(质量分数),球磨4 h,pH值为4的条件下,陶瓷浆料的黏度较低,有利于凝胶注模.固相含量增加,坯体气孔率下降.过高的固相含量使浆料流动困难,注模时引入空气导致坯体内形成较大的气孔甚至裂纹,使坯体抗压强度下降.由ZrO2引起的相变增韧及微裂纹增韧可有效改善多孔陶瓷的力学性能.随烧结助剂含量增加,多孔陶瓷气孔支撑体致密化程度增大,气孔率降低,抗压强度明显升高.多孔陶瓷的抗压强度最高达30 MPa.引入适量的ZrO2及烧结助剂,可制备气孔率适中、抗压强度高的多孔陶瓷.     

超重力下燃烧合成Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷组织性能演化

采用超重力下燃烧合成工艺进行Al2O3-ZrO2 (4Y)共品陶瓷的制备,研究了Al2O3-ZrO2(4Y)共晶陶瓷的凝固行为、组织演化与力学性能的关系.XRD、SEM与EDS分析显示陶瓷基体组织是由表层的微纳米晶组织和心部的ZrO2四方相微米球品组织组成.陶瓷表层微纳米品组织的形成是因Al2O3高熵相率先形核和Al2O3各向异性生长,诱发Al2O3-ZrO2(4Y)小平面-小平面共晶生长所致;处于陶瓷心部的ZrO2四方相微米球晶组织则是因ZrO2高温立方相快速生长,导致Al2O3和ZrO2独立长大所致.力学性能测试结果表明因陶瓷凝固行为引起的显微组织演化,使其表层具有最大的维氏硬度(20.2GPa),而其心部则具有最高的断裂韧性(18.5±1.6MPa·m1/2),陶瓷弯曲强度达至1268±112MPa.     

烧结温度对20%ZrO_2(3Y)/Al_2O_3复相陶瓷力学性能和微观结构的影响

20%纳米ZrO2(3Y)粉末加入到高纯亚微米Al2O3粉中,采用高压干压成型方法和恒速升温多阶段短保温烧结方法制备出不同烧结温度下的复相陶瓷。研究烧结温度对复相陶瓷力学性能的影响,通过XRD,EDS和SEM对复相陶瓷进行元素组成和微观结构分析。结果表明:烧结温度在很大程度上影响着复相陶瓷的力学性能和微观结构,常压烧结1600℃保温8h时,相对密度、维氏硬度和断裂韧性达到最大,分别为98.6%,18.54GPa和9.3MPa·m1/2,而基体晶粒尺寸为1.4~8.1μm,ZrO2相变量为34.6%。1600℃下复相陶瓷具有优质的微观结构,断裂方式为沿晶-穿晶混合断裂模式。ZrO2(3Y)粉体的加入,从相变增韧、内晶型颗粒增韧和裂纹偏转等多个方面提高了复相陶瓷的断裂韧性。     

Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷的低温烧结其微波介电性能

研究了以Li1．0Nb0．6Ti0．5O3(LNT)陶瓷为基体, B2O3-ZnO-La2O3(BZL)玻璃为烧结助剂的复合材料的低温烧结行为及微波介电特性．研究表明,BZL玻璃能有效降低LNT陶瓷的烧结温度,掺入10wt％BZL玻璃的复合材料能够在900℃烧结致密．XRD与SEM分析结果表明,添加BZL玻璃的样品烧结后含有LNT和LaNbTiO6两种晶相,其中LaNbTiO6相是LNT与BZL玻璃在烧结过程中发生化学反应的产物．在LNT陶瓷中添加BZL玻璃使材料的介电常数和品质因数下降,但有助于减小体系的谐振频率温度系数．掺入10wt％BZL玻璃的复合材料在900℃烧结2h后获得了比较满意的微波介电特性:介电常数k≈58,品质因数Q×f≈4800GHz,谐振频率温度系数τf≈11×10-6／℃．     

原位Al2O3pl/Ce-TZP复合材料的显微结构与力学性能

研究了原位生长Al2O3片晶/Ce-TZP复合材料的显微结构与力学性能。结果表明,只要烧结温度适当,引入原位Al2O3片晶可同时提高复合材料的强度和断裂韧性。在所研究的范围内,以含15vol%Al2O3的复合材料有最好的强韧化效果,而增韧效果又比增强效果明显。如果烧结温度过低或者Al2O3含量过高,则复合材料的力学性能反而下降。原位Al2O3片晶/Ce-TZP复合材料的强韧化机理为应力诱导相变增韧和片晶增韧,两者起到协同增韧的作用。     

Al2O3陶瓷制备及性能分析

以纯Al2O3粉、Mg(NO3)2·6H2O、Y(NO3)3·6H2O为原料,于1500℃、1600℃和1700℃常压制备了高纯Al2O3陶瓷,研究了烧结温度和烧结助剂的含量对Al2 O3陶瓷密度、硬度及微观结构的影响.结果表明,添加剂的作用受烧结温度的影响较大,进而影响了烧结体的硬度.     

Al2O3添加剂对合成MgTiO3陶瓷相组成及介电性能的影响

研究了添加剂Al2O3对MgO和TiO2合成MgTiO3陶瓷烧结性，物相组成和微波介电性能的影响。XRD分析结果表明，没有添加Al2O3是，合成的MgTiO3陶瓷中只含有MgTiO3和MgTi5相,加入Al2O3，MgTiO3陶瓷中除了MgTiO3和MgTi2O5相外，还出现了MgAl2O4相，这是上由于Al2O3和MgO发生固相反应，MgAl2O4的出现虽然阻碍材料的致密化并导致密度下降，但是可能降低反应烧结合成MgTiO3陶瓷的相对介电常数和介电损耗。     

包裹法引入添加剂对Al2O3陶瓷烧结性能和微观结构的影响

介绍了用非均相沉淀法制备添加剂包裹两种粒度的A2O3复合粉体，研究了用包裹法引入TiO2、MnO2、Y2O3复合添加剂对A2O3陶瓷的密度、微观形貌和力学性能的影响。实验结果显示：经1550℃煅烧后，引入复合添加剂的纳米Al2O3陶瓷的相对密度达到99％，硬度值与未引入添加荆的纳米单相Al2O3陶瓷相比提高了18％；微米Al2O3陶瓷引入添加剂之后相对密度和硬度值也分别有很大提高。SEM的显微结构表明，添加剂的使用有利于晶粒的发育和排除气孔，提高材料的致密性。     

Al2O3掺杂对YSZ固体电解质烧结及电性能的影响

研究了用常规共沉淀法掺杂Al2O3对YSZ固体电解质的烧结及电性能的影响．结果表明：适量的Al2O3能提高YSZ材料的烧结性能，促使其致密化，但过量的Al2O3对材料的致密化不利；同时，材料的晶界电导随Al2O3含量的增大表现出先增大后减小的变化趋势，这与Al2O3对YSZ晶界两方面的不同影响有关，Al2O3偏析于晶界一方面能清除晶界上对氧离子电导不利的SiO2，但另一方面也会降低晶界空间电荷层中的自由氧离子空穴的浓度．     

Al2O3/Ni金属陶瓷显微结构和力学性能的研究

采用包裹工艺和热压工艺制备了Al2O3/Ni金属陶瓷.在1450°C热压Ni包裹Al2O3复合粉体得到相对密度＞98%的金属陶瓷,当温度＞1400°C时,随着Ni含量的增加致密度下降.Ni颗粒位于三角晶界,随着含量的增加,断裂方式由沿晶转为穿晶断裂;在A12O3基体中引入Ni颗粒能够降低晶粒尺寸,提高强度和韧性.与单相Al2O3的力学性能相比,综合力学性能较好的NA4金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别提高了19%和35%,分析了金属陶瓷的增强增韧机制.     

MgO和烧结温度对Al_2O_3透明陶瓷显微结构和性能的影响

采用高纯Al2O3粉末为原料,在氢气气氛中烧结了氧化铝透明陶瓷。研究了添加剂MgO和烧结温度对Al2O3透明陶瓷致密化过程、显微结构和性能的影响。实验结果表明,适量掺杂MgO能够抑制晶粒生长,改善烧结性能,提高致密度,0.05%(质量分数)是MgO最佳含量;随着烧结温度的升高,晶粒发育完全,透光率增加,1850℃为最佳烧结温度;在最佳条件下获得的氧化铝透明陶瓷,相对密度为99.72%,平均晶粒尺寸约20μm,总透光率达到93%,显微硬度(HV5)为20.75GPa,抗弯强度达到320MPa。     

La2O3对热压烧结Al2O3性能的影响

以高纯的α-Al2O3为原料,以MgO、La2O3为烧结助剂,采用热压烧结工艺制备Al2O3。用阿基米德法、SEM、XRD等研究了材料的烧结性能、显微结构和相组成;用三点弯曲法测试材料的力学性能,用阻抗仪和氦质谱检漏仪分别测试试样的介电性能和气密性。结果表明：在1500℃烧结制备的材料晶粒细小,平均晶粒尺寸小于1μm,...     

复合添加剂对氮化硅陶瓷致密化的影响

以MgO-Al2O3-Y2O3体系作为烧结助剂,研究添加荆含量对无压烧结氮化硅陶瓷致密化的影响.对MgO、Al2O3、Y2O3三元添加剂进行单纯形格子设计及回归分析.结果表明,复合添加剂的比例对样品致密化及显微结构有着显著的影响.MgO、Al2O3和Y2O3按一优化比例引入到氮化硅陶瓷时可实现最大致密化速率,同时氮化硅大都呈现长柱状β-Si3N4晶粒,具有较大的长径比,显微结构均匀.