原位合成TiB2/Al2O3复相陶瓷显微组织的研究

采用自蔓延燃烧合成法在室温下的空气中制备出了TiB2/Al2O3复相陶瓷,通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析表明:大部分TiB2的形貌为规则的块状,晶粒细小,平均尺寸为几个μm,但也出现了TiB2枝晶和棒状晶。而Al2O3的颗粒较大(10~40μm左右),形状不规则,Al2O3的断口呈层片状,Al2O3和TiB2出现聚集现象。     

Al对反应火焰喷涂TiC-TiB2复相陶瓷涂层的影响

通过静态燃烧合成试验,确定以Ti-B4C-C＋5wt%Al为喷涂反应体系,利用反应火焰喷涂技术在金属表面制备Ti（C0.7,N0.3）-TiB2-Al2O3复相陶瓷涂层.研究发现,涂层为复相非均质层状亚稳结构,由TiC0.7N0.3、TiB2、Al2O3和钛的氧化物相及气孔组成.涂层组织可分为三类：TiB2尺度在微-纳米级呈团簇状分布的Ti（C0.7,N0.3）-TiB2共晶体组织;Ti（C0.7,N0.3）呈块状颗粒、尺寸1～2 μm、其间分布着针状或长条状TiB2的组织;黑色不规则气孔.三类组织的形成原因与不加Al时基本相同,但Al的加入使喷涂体系的反应速率提高,并使涂层陶瓷相增多,组织细化,气孔率下降,显微硬度提高.     

原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷的微观组织与性能研究

利用热压烧结方法原位合成了TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷。通过光学显微镜(OM)、X射线衍射分析仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料物相组成和微观结构进行表征。研究了热压条件下烧结温度对材料物相组成、结构及力学性能的影响。结果表明:烧结温度在1700-1950℃范围内,随着温度的升高,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性都有显著改善。烧结温度为1900℃可得到完全致密的原位合成TiB2-TiC0.8-SiC复相陶瓷,材料的晶粒发育比较完善,条状TiB2和块状TiC0.8晶粒清晰可见。复合材料的维氏硬度、断裂韧性和弯曲强度分别达到23.6 GPa,(7.0±1.0)MPa.m1/2和470.9 MPa。当温度达到1950℃时,由于增强相TiB2晶粒长大,材料的强度降低。TiB2、TiC0.8与SiC颗粒协同,通过裂纹偏转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对复合材料起到颗粒增强增韧的作用。     

高能球磨结合SPS技术制备Al2O3-TiC复合材料及其性能研究

以TiO2、Al、C(石墨)为原料,首先采用高能球磨引导铝热反应合成了Al2O3-TiC纳米复合粉体,然后采用放电等离子体烧结纳米复合粉体制备了Al2O3-TiC复合材料.结果表明,在氩气氛围下高能球磨3h后,原料粉末就发生了铝热反应,合成的Al2O3-TiC复合粉体粒子尺寸大约在100nm左右.采用SPS技术在1450℃保温4min烧结的试样致密度达99.6%,并且结构精细(大部分晶粒＜1μm),两相分布比较均匀,有较好的力学性能和电导性能,抗弯强度为650+21MPa,硬度为19.1±0.2GPa,断裂韧性为4.5±0.2MPa·m1/2,电导率为2.3828×105Ω-1.m-1.     

Tape Casting of Al_2O_3-TiB_2/Al_2O_3-Nano-TiC Multilayer Composites

Ceramic tapes, containing Al2O3-25 wt pct TiB2(B) and Al2O3-25 wt pct nano-TiC (c), have been obtained by tape casting process. Numerous tapes (about 60～80 tapes) were prepared by stacking in turn the composition (B) and (C), laminating under 10 MPa pressure, eliminating the solvent and burning out the polymer additives. The final green bodies were hot pressed at 1750℃ and 30 MPa. The composite has a bending strength of 568 MPa and a fracture toughness of 5.8 M Pa·m1/2. SEM analysis exhibits that Al2O3 particle growth was inhibited by TiC particles in C. but TiB2 particles could not hinder Al2O3 growth in B. The curves of GTA indicates that all organic additives could be removed completely above 600℃     

In Situ Al_2O_3-TiB_2/Al-Cu Composite Fabricated by Reaction Pressing of TiO_2-Al-B-CuO System

The in situ formed Al2O3 and TiB2 particulates reinforced Al-3.3 wt pct Cu alloy composite hasbeen successfully fabricated by reaction pressing of TiO2, Al, B and CuO powders. The in situformed Al2O3 and TiB2 particulates with a size from 10 nm to 2 μm are unifOrmly distributedin the matrix. The composite has a tensiIe Strength of 482 MPa and an elastic modulus of103.3 GPa.     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

激光区熔定向凝固Al2O3/Y3Al5O12 (YAG)共晶的组织与断裂韧性

采用激光区熔高温度梯度快速定向凝固技术从熔体中直接制备Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合陶瓷,以研究其在超高温度梯度(1.0×106 K/m)下的快速凝固组织特征及与激光工艺参数的关系,并对其力学性质进行分析.研究结果表明:凝固组织强烈地受激光扫描速度与功率密度的影响,当二者匹配时,Al2O3相和Y3Al5O12(YAG)相呈现均匀一致,连续分布的层状耦合共晶结构,共晶间距细小(1～2 μm),且随扫描速度的增大逐渐减小;所制备的Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶陶瓷硬度高达19.5 GPa,断裂韧性达到3.6 MPa·m1/2.     

溶胶-凝胶法制备TiO_2-Al_2O_3复合光催化剂及其表征

以钛酸四正丁酯为钛源,异丙醇铝为铝源,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-Al2O3复合光催化剂,考察其对甲基橙的吸附性能和在紫外光照射下的光催化活性。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N2吸附-脱附等对催化剂的晶相结构、化学组成及BET比表面积和孔径分布等进行了表征。结果表明TiO2-Al2O3复合光催化剂由TiO2和Al2O3组成,其中TiO2为单一的锐钛矿晶相,Al2O3为非晶态,Al2O3的存在可抑制TiO2晶粒的生长。在n(Ti)/n(Al)=12,500℃煅烧3h制得的TiO2-Al2O3复合光催化剂比表面积达99.21m2/g,平均孔径为22.39nm,累计孔容积为0.4493cm3/g。在500℃煅烧制得的复合光催化剂具有最佳的光催化活性和吸附性能。与纯TiO2相比,相同条件下TiO2-Al2O3复合光催化剂的光催化活性和吸附性能都有较大提高。     

共烧结法制备梯度致密化Al2O3中空纤维膜

用实验室自制的Al2O3中空纤维膜为基膜,以Al2O3粉末分散液和Al粉分散液为原料,用真空抽滤法与浸渍法制备过渡层,再浸涂勃母石溶胶,烧结形成梯度致密化Al2O3中空纤维膜.讨论了梯度致密化Al2O3中空纤维膜的形貌、泡点压力、膜孔径与渗透性能等因素.结果表明,造成膜性能差异的主要原因有:(1)Al2O3粉末与Al粉的熔点差异;(2)真空抽滤形成的滤饼与浸涂形成的吸附层之间的厚度差.同时,所制得的梯度致密化Al2O3中空纤维膜纯水通量为17～2 990 L/(m2·h·0.1 MPa),平均孔径为0.04～0.52 μm.     

Synthesis of Al2O3 matrix composites by reactive infiltration

Reactive infiltration of a NiO-base blended powder with molten aluminium was attempted at 1673 K in order to obtain Al2O3 matrix composites containing a dispersion of Al3Ni, AlNi and/or AlNi3. The NiO powder was barely infiltrated by the molten aluminium after a 3600 s holding time at 1673 K. A continuous layer of Al2O3 was observed to exist at the infiltration front, which prevented any further infiltration. TiB2 particles were added to the NiO powder in order to absorb the heat of reaction between NiO and aluminium. When the TiB2 particle content in the [NiO+TiB2] powder blend was greater than 20 vol%, spontaneous infiltration occurred completely. Thus, it was shown that the addition of the TiB2 particles assisted in the spontaneous infiltration. The specimens produced by the in situ reaction consisted of Al2O3, TiB2 and Al3Ni. Al3Ni was mainly located between the TiB2 and Al2O3. The effect of the TiB2 addition on the infiltration kinetics was to decrease the maximum attainable temperature caused by the exothermic reaction. This in turn prevented the formation of a continuous Al2O3 film at the infiltration front. This resulted in the production of pathways for the infiltration of the molten aluminium and made possible the complete infiltration. This revised version was published online in November 2006 with corrections to the Cover Date.     

原位生成TiB2/ZA27复合材料的制备与性能

以Al熔液为载体,采用原位反应生成形状规则、尺寸细小的TiB₂颗粒相,再将TiB₂颗粒传递到ZA27合金中,形成TiB₂颗粒增强的ZA27复合材料。采用合理的熔炼工艺促进了TiB₂颗粒在基体中的均匀分布。实验结果显示,TiB₂颗粒在ZA27复合材料中,分布均匀,平均直径在3 μm以下。TiB₂颗粒的加入使得复合材料的晶粒明显细化,并随着TiB₂颗粒含量增加,复合材料的抗拉强度、硬度明显提高,2.1%TiB₂/ZA27复合材料与基体合金相比室温抗拉强度提高13%、布氏硬度提高21%,弹性模量也有所提高,在强度、硬度及弹性模量提高的同时,材料的塑性并未恶化,延伸率略有提高,另外,材料的热膨胀系数随着TiB₂颗粒的加入有所降低。     

TiO2—Al—B系反应烧结制备的复相陶瓷和原位Al基复合材料

采用反应烧结方法，利用ＴｉＯ２，Ａｌ和Ｂ粉末间的放热反应的较低的温度下制备Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷和原位生长Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＢ２弥散粒子增强Ａｌ复合，Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＢ２复相陶瓷是密度ρ－０．８的多孔体，由尺寸小于２μｍ，在基体中呈现均匀分布，没有发现Ａｌ３Ｔｉ生成，这种原位Ａｌ基复合材料具有优于ＳｉＣｗ／Ａｌ复合材料的强度。     

Ti-40Al-2B合金微观组织和初生TiB2生长特征

用原位自生法制备了Ti-40Al-2B(wt%)复合材料,并用XRD、SEM对复合材料的相组成和微观组织,特别是TiB₂的形貌进行了研究。结果表明:该合金由TiAl和TiB₂两相组成。其中TiB₂颗粒以初生的块状和共晶的片状或细棒状形式共存。初生TiB₂呈六面棱柱体,端面有清晰的生长台阶,其显露晶面分别为(0001)和｛101 - 0｝。结合晶体生长理论分析认为:TiB₂的生长单元为一个硼原子和六个钛原子组成的三棱柱,硼原子位于三棱柱的中心,生长方式以台阶式生长为主。其中｛112 - 1｝面生长速率最快,｛101 - 0｝面生长速率最慢,导致TiB₂形成以｛101 - 0｝面为棱柱面的六面棱柱结构。      

电场激活燃烧合成( TiB2)PNi/Ni3Al/ Ni功能梯度材料

采用电场激活压力辅助合成技术(FAPAS)制备了(TiB₂)_PNi/(TiB₂)_PNi₃Al/Ni₃Al/Ni梯度材料,主要研究电场激活燃烧合成过程中电场对材料合成及层界面扩散连接的作用。分析了梯度材料各层的界面微观组织及相组成和材料的硬度分布。结果表明,采用FAPAS 技术结合机械合金化工艺制备的(TiB₂)_PNi/(TiB₂)_PNi₃Al/Ni₃Al/Ni 功能梯度材料具有快速、简便和组织均匀密实的特点。梯度材料的陶瓷复合层、Ni₃Al层和Ni板的界面区产生成分的互扩散,形成了良好的冶金结合。从Ni板到陶瓷复合层的硬度呈梯度分布。     

TiAl-B合金片状TiB2晶体表面结构及生长机理

用原位自生法制备了Ti-54Al-xB (at%)合金并利用XRD,SEM对合金的相组成和微观组织进行了研究。结果表明:片状TiB₂基面存在与[0001]晶向平行的细棒状分枝,表面存在与[0001]晶向垂直的薄片凸耳状分枝,它们的晶体学取向与母体的取向一致。片状TiB₂厚度一般小于0.3μm,表面上的凸耳状分枝厚度一般小于0.1 μm。分析表明,在不平衡凝固条件下,片状TiB₂固-液界面前沿产生的富Al边界层和随着片状TiB₂晶体的长大导致固-液界面上B原子过饱和度不均匀性增加的共同作用使固-液界面失稳,从而形成了片状TiB₂的这种表面结构。     

自蔓延冶金法制备 TiB2微粉的生长机理研究

采用自蔓延冶金法制备了TiB2微粉．对相关的反应体系进行了DTA分析，并采用XRD、扫描电镜以及粒度分布技术对燃烧产物及浸出产物进行了分析和表征．结果表明：Mg-B2O3．TiO2之间的反应为固-液-液-固反应机制；燃烧产物主要有TiB2和MgO，以及少量的Mg2TiO4和Mg3B2O6等相组成；随着压样压力增加，TiB2颗粒变小，添加MgO，TiB2颗粒亦减小，添加TiB2，TiB2颗粒则明显增大．结合扫描电镜分析了燃烧产物的微观结构以及微观区域形成的原因，确定了TiB2生长机制为一种在颗粒间生长，另一种在颗粒内部形成．     

Al2O3/TiB2/SiCw三元复合材料的力学性能及显微结构

以Al₂O₃为基体,SiC晶须和TiB₂颗粒两种增韧剂,采用热压烧结工艺制备了Al₂O₃/TiB₂/SiC_w三元复合陶瓷材料。研究了热压工艺参数对材料致密度的影响和晶须含量对该复合材料的力学性能和显微结构的影响。结果表明;随晶须含量的增加,该复合材料的热压温度和保温时间需要相应的增加;晶须拔出、裂纹偏转和晶须的桥接为该复合材料的主要增韧机理;随晶须含量的增加,该材料的室温断裂韧性增加;该材料的断裂韧性随温度的升高而呈增大趋势,并且晶须含量越高,材料的高温断裂韧性增幅越大。