ZA22/Al2O3复合材料切削加工表面质量的研究

采用硬质合金刀具研究了挤压铸造Al₂O₃短纤维强化ZA22合金复合材料的切削加工表面质量。发现在相同切削条件下,该复合材料表面质量优于ZA22合金。高的切削速度、低的进给量及低的切削深度有利于提高该复合材料的切削加工表面质量。随Al₂O₃纤维体积分数增大,复合材料切削加工表面粗糙度降低。     

Al2O3-SiO2纤维增强ZL108合金复合材料的强度特性

用低成本的Al₂O₃-SiO₂系纤维作为增强相,通过加压铸造法制作ZL108合金复合材料,并对该复合材料和ZL108合金进行不同温度下的时效处理和压缩试验。通过DSC、EPMA和TEM分析认为:经488K、0.5h时效处理(T6处理)的V_f 20%的复合材料在573K以下的压缩屈服强度低于ZL108合金,是由于基体中的Mg与Al₂O₃-SiO₂纤维在加压铸造过程中起化学反应而生成MgAl₂O₄,损耗了基体中的大量Mg,导致基体铝合金时效硬化效果很差,所以压缩屈服强度低下。623K、720h保温后的V_f 20%的复合材料的压缩屈服强度比ZL108合金要高得多,是由于在这种温度环境下对ZL108合金来说是过时效,所以纤维的增强怍用显得明显。在高温(673K)下V_f 20%的复合材料的屈服强度比ZL108台金高一倍左右。不论在什么温度场合下V_f5%的复合材料的屈服强度比V_f 20%的复合材料都低。     

短纤维增强透气性莫来石/铁(A3S2/Fe)复合材料烧结特性的研究

本文研究了A₃S₂/Fe复合材料的烧结特性、透气性和纤维增强效果,分析了烧结过程中材料宏观结构和微观组织的形成机理.实验结果表明:纤维增强A₃S₂/Fe复合材料在900～1000℃具有良好的烧结性能,烧成后表层存在一定厚度的硬化层;纤维增强效果显着.材料抗压强度达17～23MPa,相对透气系数为4.30～9.69cm3/(cm2·s·atm).已能满足实际应用的需要.     

层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH₂,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti₃SiC₂陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti₃SiC₂材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti₃SiC₂基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti₃SiC₂材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。     

Y2O3添加量对Al2O3/ZrO2共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y₂O₃添加对Al₂O₃/ZrO₂共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y₂O₃添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2 μm范围内变化。力学测试表明,Y₂O₃摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO₂及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22 )GPa;当Y₂O₃摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y₂O₃的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y₂O₃摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^1/2,这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y₂O₃添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。     

两种Al2O3短纤维增强纯Al复合材料拉伸断裂过程与强化机理研究

选用国产Al₂O₄纤维与英国Saffil纤维怍为增强体,工业纯Al作为基体制成复合材料。在扫描电镜下,进行了微观断裂过程动态观察,并结合强度测定及断口分析探讨了不同情况下的断裂机理。     

La2O3-TiC/W复合材料组织结构与力学性能

采用真空热压烧结法制备La₂O₃-TiC/W复合材料,并对其组织结构和力学性能进行了研究。结果表明：在一定成分范围内,La₂O₃和TiC的加入提高了复合材料的力学性能,La₂O₃和TiC共同作用时的强化效果强于La₂O₃和TiC单独作用的强化效果,但La₂O₃-TiC/W复合材料的密度和相对密度随TiC含量的增加而下降,并进而影响硬度和弹性模量的提高, 适量的La₂O₃有益于相对密度的提高;抗弯强度在1%La2O3 5%TiC/W成分含量时出现最大值901MPa,而断裂韧性在成分含量为0.5%La₂O₃-10%TiC/W时出现最大值10.07MPa·m1/2。本研究中,1%La₂O₃-5%TiC/W成分配比时具有较好的综合力学性能。La₂O₃-TiC/W复合材料的强化机制为细晶强化和载荷传递,韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转和桥接。     

片状Al2O3对Al2O3/FEP复合材料热导率的影响

通过混炼工艺制备了片状Al₂O₃填充聚全氟乙丙烯(FEP)复合材料,以颗粒状Al₂O₃为对比样品,研究了片状Al₂O₃形状和尺寸对 FEP基复合材料热导率的影响,利用SEM观察了FEP基复合材料的微观形貌。结果表明：在低填充量下,Al₂O₃颗粒在FEP基体中呈“海岛”状分布,没有形成连续的导热网链,但其热导率明显提高;复合材料拉伸强度与断裂伸长率随Al₂O₃含量的增加而减小;低填充量时复合材料热导率的提高主要来自Al₂O₃的微细片状结构,这种微细片状结构一方面提高了有效导热路径,另一方面增加了颗粒与基体之间接触面积,因此有利于热导率的提高。     

SiO2对铝合金熔体直接氧化的影响

本文研究了在高温空气氛中涂覆在Al-Mg-Si合金表面的SiO₂对铝合金直接氧化的影响规律。实验揭示了SiO₂对Al-Mg-Si合金熔体直接氧化生长表面的形态的影响规律,发现SiO₂有助于Al₂O₃/Al复合材料以光滑的方式进行氧化生长,提高了材料的致密度。实验还发现,SiO₂可消减Al-Mg-Si合金熔体直接氧化所需的孕育期,缩短Al₂O₃/Al复合材料的生长时间。     

Al2O3颗粒增强纯铝基复合材料的研究

本文探讨了用粉末冶金法,采用常规的冶金加工设备和工艺,制造Al₂O₃颗粒增强纯铝基复合材料的可行性。研究了不同Al₂O₃体积含量复合材料的显微组织及力学性能。初步试验了二次热挤压变形对颗粒分布和对基体强化的影响。结果表明,Al₂O₃颗粒与纯铝粉混合,加压烧结制备的复合材料,组织致密,颗粒分布均匀,随Al₂O₃含量增加,复合材料强度、硬度及弹性模量大大提高,Al₂O₃含量小于10%时,塑性不降低。二次热挤压有助于提高颗粒分布的均匀性;并使基体显著强化。     

硅酸铝纤维增强铝基复合材料的疲劳断裂特征

采用压力铸造法, 制得Al₂O₃?SiO₂短纤维增强的铝合金复合材料, 对其弯曲疲劳性能进行了测试, 并详细观察了疲劳裂纹的形成及扩展方式。结果表明: Al₂O₃?SiO₂f/ ZL 108复合材料存在 多种疲劳源; 疲劳裂纹的扩展是通过主裂纹与裂尖前方孔洞的相互联接而进行的, 是不连续的, 沿着纤维及渣球密集的路径扩展; 疲劳过程中主裂纹的形成消耗了大部分的疲劳寿命, 一旦主裂纹形成就快速扩展瞬间断裂。该复合材料的断裂宏观上是脆性的, 但微观上显示出塑性的特征。     

Preparation and properties of nano-SiC strengthening Al2O3 composite ceramics

The processing and mechanical behaviors of Al₂O₃-xwt.%SiC (x = 1, 2, 5, ASx) nano-composites prepared by the in situ synthesis of SiC from polycarbosilane (PCS) were investigated. The composites were densified by hot pressing. The microstructure and mechanical properties of the sintered composites were analyzed. The results showed that a fully dense structure was obtained when a few nano-SiC were doped and that the fracture toughness and strength were highly improved compared with those of monolithic Al₂O₃. The fracture toughness reached 5.1 MPa m^1/2 in AS2 composite. The maximum flexural strength was 516 MPa obtained in AS1 composite.     

Fabrication of nanostructure Al2O3/ZrO2 (Y2O3) eutectic by combustion synthesis melt-casting under ultra-high gravity

A novel method for preparing Al₂O₃/ZrO₂ (Y₂O₃) eutectic was developed by combining combustion synthesis with melt-casting under ultra-high gravity (CSMC-UHG). The application of UHG = 800 g resulted in a high relative density of 99.8%, and an orientation-growth along the UHG direction. The microstructure was composed of aligned growth regimes containing a triangular dispersion of orderly ZrO₂ rods in Al₂O₃ matrix with a spacing of 300 nm. The eutectic had a high fracture toughness up to 17.9 MPa·m^1/2, which was mainly attributed to the nanostructure and the elastic bridge effects of the aligned ZrO₂ rods.     

Synthesis and characterization of Co3O4/RuO2 composite nanofibers fabricated by an electrospinning method

Co₃O₄-RuO₂ composite nanofibers (NFs) were synthesized by an electrospinning method and were calcinated at 400°C for 1 hr in air. Scanning electron microscopy and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) examinations show that all the synthesized NFs have uniform surface morphology and their diameters are in the range of ~ 30-~70 nm. X-ray diffraction (XRD) results show that crystalline Co₃O₄ phase and RuO₂ phase coexist in the composite NF matrix which is confirmed by X-ray photoemission spectroscopy. In addition, the HRTEM energy-dispersive X-ray spectroscopy mapping results show that the Co₃O₄ and RuO₂ phases are uniformly distributed across the NF matrix.     

SHS/PHIP制备TiC-Al2O3/Fe复合材料的性能

对SHS/PHIP技术制备出的TiC-Al₂O₃/Fe复合材料的性能进行了测试和分析。结果表明,TiC-Al₂O₃/Fe复合材料具有良好的综合力学性能。材料具有很高的比刚度。金属Fe相的加入,较大地提高了材料的抗弯强度和断裂韧性。TiC-Al₂O₃复相陶瓷为典型的脆性断裂;随着Fe含量的增加,材料具有明显韧性断裂的特征。      

SiC-ZrO_2纳米颗粒协同强韧化MOSi_2陶瓷的组织与性能

通过热压烧结制备SiC-ZrO_2/MoSi_2复相陶瓷以及对比试样MoSi_2、ZrO_2/MoSi_2、SiC/MoSi_2陶瓷,利用X射线衍射仪、透射电镜以及力学性能测试仪器等对材料组织和力学性能进行了研究。结果表明:纳米ZrO_2、SiC颗粒的加入可以有效细化MoSi_2基体晶粒,纳米ZrO_2、SiC颗粒协同作用更有利于提高MoSi_2基陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,协同相中纳米SiC颗粒细化和强化MoSi_2基体的效果要好于纳米ZrO_2颗粒;20 vol%SiC+10 vol%ZrO_2+MoSi_2复相陶瓷抗弯强度是MoSi_2的3.8倍,断裂韧度是MoSi_2的2.4倍;在复相陶瓷基体以及粒子周围存在不同特征的位错组态,ZrO_2可以依靠自身相变的体积效应向基体泵入或输送位错,钉扎位错的第二相粒子包括SiC粒子和未相变的ZrO_2小粒子,弥散相特别是晶内型SiC和ZrO_2粒子对复相陶瓷位错的钉扎作用明显。     

热压与放电等离子体烧结两种工艺制备Al2O3/Cu复合材料

由机械合金化法(MA)制得纳米级Al₂O₃颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al₂O₃/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al₂O₃质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al₂O₃/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al₂O₃含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al₂O₃含量相同的Al₂O₃/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。      

Mechanical properties and microstructure of Al2O3/TiAl in situ composites doped with Cr2O3

Al₂O₃/TiAl composites were successfully fabricated from powder mixtures of Ti, Al, TiO₂ and Cr₂O₃ by a hot-press-assisted exothermic dispersion method. The effect of the Cr₂O₃ addition on the microstructures and mechanical properties of Al₂O₃/TiAl composites was characterized, and the results showed that the Rockwell hardness, flexural strength and fracture toughness of the composites increased as the Cr₂O₃ content increased. When the Cr₂O₃ content was 2.5 wt%, the flexural strength and the fracture toughness attained peak values of 925 MPa and 8.55 MPa m^1/2, respectively. This improvement of mechanical properties was due to the more homogeneous and finer microstructure developed from the addition of Cr₂O₃ and an increase in the ratio of α₂-Ti₃Al to γ-TiAl matrix phases.