纳米Si_2N_2O-Sialon陶瓷超塑性挤压试验与模拟研究

文章以Y2O3和Al2O3纳米粉体作为烧结助剂,真空热压烧结非晶纳米Si3N4粉体和纳米AlN混合粉体,制备具有超塑性的平均晶粒直径小于100nm的Si2N2O-Sialon复相陶瓷,研究纳米复相陶瓷的超塑性挤压性能。在1550℃的低温下,纳米Si2N2O-Sialon复相陶瓷实现了以1mm/s的高速率、3.57大挤压比的挤压变形,成形出良好的制件。采用有限元技术模拟Si2N2O-Sialon陶瓷的超塑性挤压过程,得出了不同温度挤压变形的力和行程曲线,以及挤压成形过程中应力和应变的分布情况,与实验结果进行比较,分析了纳米陶瓷超塑性变形的基本规律。研究表明,纳米Si2N2O-Sialon陶瓷具有较好的超塑性,可实现大挤压比挤压变形,可以进行工程陶瓷零件的超塑性成形。     

纳米3Y-TZP 陶瓷薄板超塑性成形研究

采用化学沉淀法制备了纳米级3Y－TZP粉体，制得了粒径尺寸为8－16nm，少团聚的粉体。热压烧结得到相对密度为97％，晶料尺寸为100nm－250nm的3Y－TZP陶瓷片。通过研究成形温度对成形性能的影响，最终采有超塑成形工艺制了半球形陶瓷零件。     

Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷的超塑性变形行为

以Al2O3-ZrO2(3Y)(含摩尔分数3%Y2O3稳定的ZrO2)纳米复相陶瓷为研究对象,研究了其超塑性变形行为以及纳米相复合带来的新变化.超塑性挤压成形试验表明,在1 650℃～1 700℃,材料表现出类似金属材料的良好成形性能,单位挤压力小于25 MPa.当变形温度达到1 750℃,材料呈现出类似金属的"过烧"现象.首次在陶瓷材料变形后的组织中观察到类似于金属材料变形后出现的"锻造流线",并分析了造成这种特殊现象的原因.     

氮化硅陶瓷超塑性研究

以非晶氮化硅纳米陶瓷粉体为起始材料,以纳米氧化钇和氧化铝为添加剂液相烧结获得超塑性陶瓷块体材料,实现氮化硅陶瓷的超塑性拉伸和超塑性成形。氮化硅陶瓷的平均晶粒直径为280nm,在1550℃的较低温度,4.7×10-4/s的相对较高应变速率下,延伸率可达到110%,在成形速率0.2mm/min的条件下,可拉深成形出完好的球形和锥形零件。在室温断口上存在大量的细小的白色氮化硅晶粒;而高温断口上却几乎不存在这样的晶粒,这种不同可以用氮化硅陶瓷材料的超塑性变形机理来解释,也可以证明超塑性变形过程中晶界玻璃相的存在。     

纳米陶瓷超塑加工成形的研究进展

在对纳米陶瓷超塑性拉伸研究进行总结的基础上 ,综述了陶瓷超塑成形的研究进展情况。指出 :陶瓷材料由于其超塑特性 ,所以能够用各种现有的金属塑性成形方法来成形。最佳成形温度范围大约在 12 0 0℃～ 15 0 0℃之间 ,最佳晶粒平均直径为 10 0nm～ 2 0 0nm。     

3Y-TZP/Al2O3陶瓷拉拔模材料及应用研究

采用3Y－TZP/Al2O3陶瓷材料（添加少量的Al2O3以增加基体的硬度和烧结性能）成功地研制开发了TZP陶瓷拉拔模，并且开发出了共沉淀法制取纳米陶瓷粉末技术、成型技术及烧结技术。通过现场拉丝线材试验表明，3Y－TZP/Al2O3陶瓷拉拔模寿命为YG8硬质合金拉拔模的4倍以上。     

氮化硅陶瓷超塑拉深成形规律研究

以非晶氮化硅纳米陶瓷粉体为初始材料,以纳米氧化钇和氧化铝为助剂液相烧结获得超塑性陶瓷块体材料,在1550℃的低温条件下,实现氮化硅陶瓷的超塑性成形。利用描述超塑性材料的Backofen方程,建立陶瓷超塑性成形的刚粘塑性有限元模型,并与实验研究相结合,研究氮化硅陶瓷在不同条件下超塑性拉深成形过程中,成形体径向和厚度方向的尺寸变化,得到了氮化硅陶瓷超塑性拉深成形过程厚度和径向尺寸改变的基本规律。     

陶瓷模具材料的研究与应用

综述了在拉拔、挤压、冲裁、等温锻造等各类模具中应用的陶瓷材料,如金属陶瓷、ZTA、TZP、TZP/Al2O3、TZP/TiC/Al2O3、PSZ、Si3N4、Sialon等的组分、制备工艺和力学性能等方面的研究现状,探讨了陶瓷模具材料研究与应用中存在的问题,展望了陶瓷模具材料的应用前景,提出陶瓷模具材料的增韧补强,尤其是纳米复合和梯度功能复合、模具结构的优化设计和模具材料的表面陶瓷化改性技术以及陶瓷模具可靠性研究等将是提高陶瓷模具力学性能和使用性能的有效措施.     

Al2O3基多元纳米复相陶瓷的制备及其超塑性

采用溶胶-凝胶法制备了Al2O3-ZrO2（3Y）-Spinel纳米复合粉体，其颗粒大小为20-30nm，粒度分布均匀，无硬团聚。采用真空热压烧结工艺制备了纳米复相陶瓷，结果表明：由于纳米复合粉体中的第二相阻止了基体Al2O3的致密化，纳米复合粉体的烧结温度较普通微米粉体相比并没有大幅度降低，其合适的烧结温度为1450～1500℃。烧结体的超塑性压缩试验表明：在1500℃材料表现出良好的超塑变形能力，变形抗力小于30MPa。在整个压缩变形过程中，材料没有出现明显的应变软化，显示出与超塑性拉伸变形截然不同的特性。     

Ti—6Al—4V板材低温超塑性的研究进展

提高金属材料性能的方法之一是生产平均晶粒尺寸小于1m的合金，它可使合金的强度提高2~3倍。亚微米晶合金出现超塑性的温度比微米晶合金的低得多。经超塑性成型/扩散结合(SPF/DB)可获得亚微米甚至纳米晶合金。超塑成型前的合金不允许存在各向异性，利用大塑性变形如等通道挤压或多重等温锻造可消除合金内的各向异性。俄罗斯研究人员给出获得各向同性亚微米晶Ti-6Al-4V板材的方法，并研究了板材的室温和高温机械性能及其超塑性。 俄罗斯VSMPO提供直径为5mm的Ti-6A-4V合金棒材(6.1Al、4.9V、0.26Fe、0.15O)。在700℃~600℃内逐渐降低…     

Effect of Sintering Temperature and Heating Rate on Crystallite Size,Densification Behaviour and Mechanical Properties of Al-MWCNT Nanocomposite Consolidated via Spark Plasma Sintering

Powder mixture of ball-milled aluminium and functionalized multi-walled carbon nanotubes was compacted via spark plasma sintering(SPS) to study effects of sintering temperature and heating rate. An increase in sintering temperature led to an increase in crystallite size and density, whereas an increase in heating rate exerted the opposite effect. The crystallite size and relative density increased by 85.0% and 14.3%, respectively, upon increasing the sintering temperature from 400 to 600 °C, whereas increasing the heating rate from 25 to 100 °C/min led to respective reduction by 30.0% of crystallite size and 1.8% of relative density. The total punch displacement during SPS for the nanocomposite sintered at 600 °C(1.96 mm) was much higher than that of the sample sintered at 400 °C(1.02 mm) confirming positive impact of high sintering temperature on densification behaviour. The maximum improvement in mechanical properties was exhibited by the nanocomposite sintered at 600 °C at a heating rate of 50 °C/min displaying microhardness of 81 ± 3.6 VHN and elastic modulus of 89 ± 5.3 GPa. The nanocomposites consolidated at 400 °C and 100 °C/min, in spite of having relatively smaller crystallite size, exhibited poor mechanical properties indicating the detrimental effect of porosity on the mechanical properties.     

高强度铝合金板材的温热介质充液成形研究

在温度20℃～300℃的范围内,对厚度1.2mm的7B04-T6高强度铝合金薄板在应变速率分别为0.0006s-1、0.006s-1和0.06s-1的条件下进行了单拉试验,并在此基础上利用MSC.Marc有限元软件进行了筒形件温热介质充液成形的差温热力耦合数值模拟,研究了成形温度、冲压速度和液室压力对于成形性能的影响。结果表明,在冲压速度15mm/min以及液室压力1MPa的情况下,零件的最大成形高度由常温下的20.5mm提高到了300℃时的31.6mm。     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-Ni-Ti陶瓷复合材料的组织与性能

采用真空热压烧结方法制备Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷基复合材料,采用X射线衍射与扫描电镜分析材料的物相组成和显微结构,研究烧结工艺对材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Ni和Ti的添加显著提高复合材料的强度和韧性;温度小于1 600℃时,复合材料的力学性能随热压温度的升高而升高;温度高于1 600℃时,温度升高及保温时间延长不仅会导致Al2O3晶粒的异常长大和Ti(C,N)的分解,而且会使Ni发生聚集现象,复合材料的力学性能下降;当烧结温度为1 600℃、保温时间为30 min时,制备的Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合材料的力学性能最佳,其相对密度达到99.4%,抗弯强度为820 MPa,断裂韧性达到9.3 MPa.m1/2。     

Y2O3-MgO纳米复相红外透明陶瓷制备及其性能研究

以商用Y2O3、MgO纳米粉体为原料,通过球磨混合方法制备了不同Y2O3/MgO配比的Y2O3-MgO纳米复合粉体,使用X射线衍射、扫描电镜、能量色散谱等表征手段对制备粉体的晶体结构、形貌、成分以及均匀性进行了表征。然后采用热压烧结方法制备Y2O3-MgO复相红外透明陶瓷,使用红外光谱仪、维氏硬度计等测试设备对复相透明陶瓷的光学和力学性能进行了分析。重点研究了粉体配比、热压温度、保温和保压时间等关键制备参数对Y2O3-MgO复相红外透明陶瓷晶粒尺度、致密化程度、光学及力学性能的影响。并通过调控粉体制备工艺和热压烧结工艺,制备出了红外透过率达到~80%的Y2O3-MgO复相红外透明陶瓷。同时在Y2O3:Mg0=1:1时,该复相陶瓷的硬度达到了12.3 GPa。     

热压烧结温度对两种金属陶瓷组织性能的影响

金属陶瓷材料具有高硬度、高热稳定性和高耐磨性,提高金属陶瓷材料断裂强度和断裂韧性具有重要应用意义。本文采用粉末冶金热压烧结方法制备了Al2O3+Ti(C,N)和Al2O3+WC两种金属陶瓷材料。通过单边切口梁(SENB)法和三点弯曲等力学性能测试方法探讨了热压温度对两种金属陶瓷材料的力学性能的影响,利用X射线衍射、扫描电镜(SEM)分析了物相组成和断口显微结构。实验结果表明:Al2O3+Ti(C,N)金属陶瓷随着烧结温度的升高,力学性能升高。而Al2O3+WC金属陶瓷随着烧结温度的升高,力学性能下降,在1400℃、10MPa烧结保温15min下力学性能较好。Al2O3+WC金属陶瓷900℃热压缩断裂强度比1000℃热压缩断裂强度高。     

Effect of rod-like grain on properties and toughening mechanism of 3Y-TZP/Al2O3 ceramics

In-situ rod-like A1203 grain was prepared by adding CAS multiphase additives under the sintering condition of 30 MPa, 1 550℃ and 1 h. The sintering behaviors, microstructure, toughening mechanism and access of Al2O3 ceramics were investigated by SEM, EDS and WDW omnipotent electronic mechanical testing machine, etc, and the crack propagating model of cylindrical crystal/3Y-TZP composite toughening Al2O3 ceramics was established. The results show that the composite additives prompt the anisotropic growth of Al2O3 grain, which strengthens toughening effect of 3Y-TZP in 3Y-TZP/Al2O3 composite ceramics. Moreover, the experimental material density is near to theoretical density, bending strength is 556.35 MPa, and fracture toughness is 6.73 MPa.m1/2. The mechanical properties of the materials are obviously improved.     

添MgO-Y_2O_3的Fe-Mo包覆Si_3N_4复合粉末反应烧结中组织形成与演化分析

在非均相沉淀法制备的Fe-Mo包覆Si3N4金属陶瓷粉末中添加助剂MgO-Y2O3进行常压烧结,采用X线衍射仪(XRD)、电子能谱(EDS)、电镜扫描(SEM)等方法研究了不同烧结温度下该金属陶瓷相组成和显微结构等方面的演化趋势。结果表明:温度升高有利于金属相的转变和液相的生成,在复合粉末还原过程中,Si3N4的强还原性将Mo、Fe依次直接还原出来并反应生成Fe3Mo化合物,随着还原温度的升高,该金属间化合物与Si3N4反应生成Fe3Mo3N;同时Mg、Y氧化物与基体反应生成的MgSiO3、Fe17Y2加速了Fe3Mo3N的形成。1 600℃烧结时,Fe3Mo3N仍能稳定存在,但在1 700℃烧结时发生分解,材料组织中出现大量长径比较高的晶须状物质生成,同时表面粘附一层小颗粒物质.烧结温度为1 750℃时,金属小颗粒相仍得以保留,材料基体中晶须状物质消失。     

烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明:两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。