纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3+Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元,利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3 ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中,纤维状共晶组织体积分数较高,ZrO2纤维直径已达到纳米/微米尺度;在过共晶复相陶瓷中,层片状共晶组织体积分数较高,Al2O3 ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为,本试验所获得的复相陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下,只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米/微米级尺度上的1 3复合的Al2O3 ZrO2纳米/微米晶内型复相陶瓷。     

SHS制备纳米/微米结构抗弹陶瓷可行性研究

针对用于现代装甲防护的高性能抗弹陶瓷，以SHS冶金技术，通过材料原位合成手段并在大过冷条件下熔体发生共生共晶反应，快速一次性制备出自燃自组装、具有1-3复合晶内型结构的纳米／微米结构Al2O3-ZrO2共晶复相陶瓷。Vickers压痕试验发现该陶瓷具有较高的断裂韧性并表现出较强的塑变行为，SEM观察发现该复相陶瓷的裂纹扩展路径主要受纳米／微米结构(Al2O3-ZrO2)共晶结构所控制，影响该陶瓷韧化行为的主要因素在于以“内晶型”纳米相所构成的独特的增韧机制。试验预示着采用SHS冶金技术，通过控制Al2O3/ZrO2复相陶瓷成分和凝固行为(如采用离心冷却控制技术)，可以制备出用于现代装甲防护的高性能、低成本、高可靠性新型抗弹复相陶瓷面板。     

高性能陶瓷内衬复合煤粉喷枪的研制

采用燃烧合成方法制备了Al2O3陶瓷内衬复合煤粉喷枪,但单一的Al2O3陶瓷内衬层韧性差,抗热震性能低,造成喷枪的寿命短.通过在(CrO3+AD燃烧体系中添加ZrO2组元,采用SHS重力分离技术,制备出了高强度、高韧性的陶瓷内衬复合弯管煤粉喷枪,陶瓷内衬层为具有共晶结构的Al2O3=ZrO2复相陶瓷.在共晶结构中,ZrO2纤维直径可达到纳米/微米尺度,从而使陶瓷基体得以强化;同时棒状共晶结构的生长取向分布,又使陶瓷因棒晶桥接与拔出得以韧化,改善了喷枪陶瓷内衬的高温强度和耐磨性,有效地提高了煤粉喷枪的使用寿命.     

SHS制备纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷力学行为研究

Al2O3-ZrO2复相陶瓷相对密度与硬度均随ZrO2体积分数增加而下降,复相陶瓷的硬度和晶粒尺寸的关系符合正Hall-Patch关系.vickers压痕试验发现,该复相陶瓷的压痕裂纹系统属于中位裂纹系统,而引发复相陶瓷中位裂纹扩展的压痕压制载荷临界值为30kg;Vickers压痕SEM形貌观察显示,亚共晶成分复相陶瓷具有较大的断裂韧性和较高的塑性形变行为.裂纹扩展路径的SEM观察,该复相陶瓷中的裂纹扩展主要受晶内型结构共晶组织中ZrO2纳米相所控制;XRD物相定量分析表明在该复相陶瓷的增韧行为中,ZrO2相所具有的传统的应力诱发相变增韧机制和微裂纹增韧机制较微弱,而纳米相增韧机制则发挥着决定性作用,使得该复相陶瓷中的晶界和相界对陶瓷断裂行为有着极大的影响.     

Al2O3/ZrO2纳米/微米结构自生复相陶瓷组织与性能

通过在铝热剂中添加质量分数为25%的ZrO2(4Y)粉末,借助SHS原位合成技术,快速、直接地制备出t-ZrO2纳米/微米纤维为第2相、Al2O3为基体的晶内型结构复相陶瓷,研究其微观结构、合成机理与力学性能.研究得出,该复相陶瓷是高温陶瓷熔体在SHS所造成的大过冷条件下发生共生共晶反应生成的,SEM与XRD分析表明t-ZrO2相所具有的应力诱发相变增韧机制非常微弱,裂纹扩展主要受纳米/微米晶内型结构控制,从而呈现出强烈的裂纹偏转韧化机制.     

超重力对燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷的影响

通过向铝热剂中引入ZrO2（4Y）粉末，在超重力下以燃烧合成方式，制备出Al2O3／ZrO2（4Y）自生复合陶瓷。XRD分析与SEM图像显示，陶瓷基体由亚微米t-ZrO2纤维成排镶嵌其上、取向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2颗粒分布其上的细小共晶团边界构成。相比于重力下制备的同成分复合陶瓷，因超重力促进燃烧过程、提高燃烧速率并加快液相传质速率，可显著促进液态金属／陶瓷液相／气相三者分离，并使陶瓷熔体成分更趋均匀化，故材料致密度得以大幅提高，相对密度达98．3％。陶瓷基体微观组织更为纯净、细小、均匀，Al2O3／ZrO2（4Y）共晶团体积分数高达96．8％，与重力下燃烧合成的同成分复合陶瓷比较，力学性能得以显著提升，维氏硬度、断裂韧度及弯曲强度分别提高了37．2％、56．4％与69．1％。     

燃烧合成高强韧Al2O3／YSZ共晶系复合管陶瓷内衬

基于燃烧合成理论，在铝热剂中添加ZrO2（4Y）粉末，采用离心技术制备出了高强度、高韧性的Al2O3／YSZ共晶系陶瓷内衬复合管，并研究了离心力、共晶成分对陶瓷内衬显微结构、力学性能及强韧化本质的影响。实验发现，在离心力大于200GPa条件下，熔体以远离平衡态下的共晶方式生长，形成以Al2O3为基体、具有共晶结构的棒晶组织；且存在于棒晶上的ZrO2四方相纤维直径己达到纳微米尺度，使陶瓷基体得以强化和韧化，从而保证Al2O3／YSZ共晶系陶瓷内衬复合管具有较高的综合力学性能。     

超重力下合成Al2O3/YSZ复合陶瓷的组织与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,进行超重力下燃烧合成,制备出Al2O3/YSZ系列成分自生复合陶瓷板材,并对陶瓷结构转变与力学性能进行了研究.共晶成分自生复合陶瓷基体主要是以亚微米ZrO2纤维镶嵌于Al2O3上的共晶团构成,亚共晶成分自生复合陶瓷因发生离异共晶生长,其基体为ZrO2相分布于其边界上的Al2O3晶构成,过共晶成分自生复合陶瓷基体则为ZrO2正方相细小球晶构成.共晶成分的自生复合陶瓷因共晶团基体上高残余压应力与小尺寸共晶团边界,其硬度达至最高值16.7 GPa;而过共晶成分的自生复合陶瓷因ZrO2正方相球晶相变增韧及相变诱发微裂纹增韧,其断裂韧度达至最大值14.6 MPa·m(1)/(2).     

激光区熔定向凝固Al2O3／YAG／ZrO2亚共晶陶瓷的微观组织

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/YAG/ZrO2三元亚共晶自生复合陶瓷,研究了不同激光扫描速率下亚共晶自生复合陶瓷的微观组织,并与激光区熔定向凝固Al2O3/YAG二元及Al2O3/YAG/ZrO2三元共晶自生复合陶瓷的微观组织进行了对比.结果表明,激光区熔定向凝固Al2O3/YAG/ZrO3三元亚共晶由相互交错分布的α-Al2O3、YAG和c-ZrO2三相组成,无其它结晶相和无定形相;随激光扫描速率的增大,凝固组织发生显著变化,出现了由共晶集群到较为规则的树枝状共晶再到杂乱的树枝状共晶的组织转变.初生相的枝晶生长,使得亚共晶陶瓷的凝固组织明显不同于共晶陶瓷的凝固组织;亚共晶凝固组织呈现典型的小平面非规则共晶形貌,凝固组织主要由Al2O3和YAG两相的小平面生长方式决定,第三组元ZrO2相表现出弱小平面生长特征.     

超重力下燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷研究

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,引发超重力下燃烧合成,制备出大尺寸、高致密度Al2O3/ZrO2(Y2O3)自生复合陶瓷板材.XRD,SEM与EDS显示,自生复合陶瓷是以亚微米ZrO2四方相纤维成排镶嵌其上、生长方向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2四方相不规则粒晶分布其上的共晶团边界构成,复合陶瓷的强化不仅归因于分布在棒状共晶团Al2O3基体上的残余压应力与小尺寸共晶团边界,更因共晶团Al2O3基体上的残余压应力增韧、共晶团边界上的微裂纹增韧及应力诱发相变增韧引起的高断裂韧性所致.     

SHS Flame Spraying TiC-TiB2 Multiphase Coatings

SURFACE COATINGS,which can reinforce thesubassembly surface through an additive cover withbetter mechanical property,play more and moreimportant role in the process of re-manufacture of thelapsed equipment or hardware.In recent years,morescientists begin to concentrate on the SHS reactiveFlame spraying,which is the combination ofself-propagating high temperature synthesis andtraditional technology of thermal spraying.In thismethod,it is characteristic of reactive energy betweenreactants…     

Double SHS of ZrB2 powder

Production of ZrB₂ powder through self-propagating high-temperature synthesis (SHS) from ZrO₂, Mg and H₃BO₃ mixture often leads to incomplete conversion. A new technique, called DSHS (double SHS) has been developed, wherein the reaction product of the first SHS is mixed with calculated amounts of Mg and H₃BO₃ powder and subjected to a second SHS. The ZrB₂ powder produced by DSHS technique yields increased conversion. The NaCl is used as a diluent during SHS to control the particle size of the product. The average particle size of SHS ZrB₂ powder found to be 75–125 nm in range, which decrease to 25–40 nm after DSHS.     

自蔓延高温合成Al2O3-TiB2复合材料

用自蔓延高温合成法合成了无杂质相的Al2O3-TiB2复合材料.计算了稀释剂添加量对合成反应绝热温度的影响.用XRD法分析了合成物的物相,用SEM观察了材料形貌.结果表明,随着稀释剂添加量的不同,产物的物相组成不发生变化,但Al2O3会呈现多种形态.     

燃烧合成法制备的Al2O3基多孔陶瓷

研究了Al2O3-TiC和Al2O3-TiB2两个体系的多孔陶瓷的制备过程,分析和讨论了产物的相组成、显微结构及成型性以及影响多孔陶瓷性能,如孔径大小、耐腐蚀性能和压缩强度的诸多因素.实验结果表明:布料时有序地改变反应物料的化学组成,可以在产物中不同区域产生不同尺寸的孔洞,形成梯度多孔陶瓷.利用燃烧合成法,可制备出孔径尺寸为1～500μm、酸碱腐蚀质量损失率小于2%、压缩强度为10 MPa左右的多孔陶瓷.     

燃烧合成TiB2-Cu陶瓷基复合材料的无损检测

对自蔓延燃烧合成(SHS)结合准等静压同时致密化技术制备的TiB2-40Cu-8Ni复合材料进行了无损检测研究.选用X射线照相法和X射线计算机断层扫描成像法(CT)作为无损检测手段,对TiB2-40Cu-8Ni复合材料样品进行了缺陷检测.2种方法的检测结果均显示被测材料中未发现宏观气孔和裂纹等缺陷,其主要缺陷形式为陶瓷分布不均匀,且缺陷呈现各种不规则形态.选取CT检测试样中具代表性缺陷的切片位置剖开,进行电子探针实验及剖面的能谱定量分析,其结果与CT检测结果相符.     

In situ formation of TiAl–TiB2 composite by SHS

The preparation of TiAl intermetallic compounds with or without the reinforcement phase TiB₂ was conducted by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) from elemental powder compacts in this study. Effects of initial sample density, preheating temperature, particle size of the reactants, and TiB₂ content on the combustion characteristics, as well as on the composition and morphology of final products were studied. In this investigation, preheating was found to be required for the samples without boron addition to achieve self-sustained combustion, while boron-added compacts showed no need of prior heating, primarily due to the additional reaction heat liberated from the in situ formation of TiB₂. With the addition of boron, the reaction temperature and flame-front propagation velocity were correspondingly increased. Due to the melting of synthesized products caused by high-combustion temperatures, the TiAl–TiB₂ composite was contracted in dimension during the reaction. On the contrary, substantial volume expansion was observed in the sample without boron addition. This means that the in situ formed TiB₂ plays an important role not only in improving the mechanical property, but also in enhancing the densification of final products. XRD analysis of burned products identifies the in situ formed TiB₂ a reinforcing phase, and TiAl the dominant intermetallic phase. In addition to TiAl, another intermetallic compound Ti₃Al known as a major secondary phase in the Ti–Al reaction was detected in all end products of this study.     

自蔓延高温合成TiB2／Al2O3复合材料的力学性能

以普通商用TiO2为原料，与铝粉、碳化硼进行自蔓延（SHS）高温合成TiB2／Al2O3复合材料，通过差热和X射线衍射分析，确定了TiO2、Al及B4C的反应机制，得到了生成TiB2／Al2O3复合粉体的最佳工艺条件。测定了TiB2／Al2O3复合粉体相关的力学性能，得到材料的抗压强度为87．2MPa，抗弯曲强度为104．3MPa。SEM观察发现生成相中存在大量的气相或气孔，生成物微观区域不太均匀，材料的断裂形式主要为脆性断裂，生成物的颗粒尺寸为亚微米级。     

手工自蔓延焊接技术

手工自蔓延焊接技术是一种基于燃烧合成技术和手工电弧焊方法，以燃烧型焊条为焊接材料的新型焊接方法。该焊接方法无需外界能源和设备、操作简单，是野外设备应急焊接修复安装的有效技术手段。SEM、EDAX、XRD分析表明，焊接熔渣为非平衡的高含量三氧化二铝玻璃陶瓷焊接渣系，焊缝合金为过饱和多组元铜基合金，钢结构焊件实现良好的冶金结合；焊接接头抗拉强度达350MPa以上，抗弯强度达1000MPa以上。     

自蔓延热爆合成MoSi2-WSi2复合粉末

以Mo、W和Si粉为原料,采用自蔓延热爆合成制备了不同组分的MoSi2-WSi2复合粉末,并利用X射线衍射仪和扫描电镜对合成产物进行了相组成和产物形貌分析.结果表明:热爆反应产物纯净,MoSi2-WSi2复合粉末中只有MoSi2和WSi2两相存在;颗粒的大小取决于体系的摩尔生成焓,摩尔生成焓越大,颗粒长大越显著;热爆合成反应以Si的熔化为先导,反应机制为熔化-溶解-析出-长大机制.