HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维对称功能梯度生物材料

制备了HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维对称功能梯度材料(FGM),316L不锈钢纤维的含量(体积分数)按20%→10%→0→10%→20%呈轴向对称梯度变化.分析了材料的微观结构和微区元素含量,研究了材料的性能与316L不锈钢纤维含量的关系.结果表明,在HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维对称FGM中,316L不锈钢纤维在微观上呈无序和均匀分布状态,它被包裹于HA(ZrO2)基体中,两者紧密结合.316L不锈钢纤维与HA(ZrO2)基体间的界面表现为部分凹凸不平,紧紧地咬合在一起.在FGM基体中发生了微量的韧化相Fe元素扩散,在韧化相316L不锈钢纤维不发生基体相Ca、P元素的扩散,基体与韧化相之间不发生化学反应.随着316L不锈钢纤维含量的增加,HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维复合材料的断裂韧性和弹性模量逐渐增加,体现了FGM中各梯度层的力学性能缓和设计.按Miao模型计算HA(ZrO2)/316L不锈钢纤维FGM中的残余热应力为515 MPa,FGM的增韧机理主要为纤维的拔出增韧和层间的裂纹偏转增韧.     

真空烧结制备316L不锈钢纤维/HA复合生物材料及其理化性能

用真空烧结成功制备了不同成分316L不锈钢纤维/HA复合生物材料和316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合生物材料,并通过金相显微镜、SEM、EDXA分析了材料的微观结构、断裂性能和微区元素含量。结果表明:不锈钢纤维和纳米ZrO₂ (CaO) 粒子对复合材料具有增强和增韧的作用。综合考虑认为,20% 316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合材料的性能最优,其抗弯强度和抗压强度分别为140.1MPa和348.9MPa。316L不锈钢纤维/HA-ZrO₂ (CaO) 复合材料抗弯强度随316L 不锈钢纤维直径和长度减小而增大,且纤维长度对抗弯强度的影响略大于纤维直径的影响。复合材料微观组织随HA粉末和316L不锈钢纤维成分变化呈规律性变化,没有出现明显的裂纹或孔隙,HA和316L不锈钢纤维结合紧密,界面平整,两相融合程度较高。5% 316L不锈钢纤维复合材料表现为脆性断裂,而10%、20%、40% 316L不锈钢纤维复合材料均表现为韧性断裂,且韧性程度随316L不锈钢纤维含量依次增加。基体与韧化相均相对独立,二者之间不发生任何化学反应,基体HA中发生微量的Fe元素扩散,但在316L不锈钢中不发生基体的扩散。      

共沉淀MgO(10.4mol%)-ZrO2粉体中MgO的固溶度

研究了等温热处理的共沉淀MgO(10.4mol％)-ZrO₂粉体的酸浸滤,并利用XRD和TEM表征了粉体的物相和晶粒尺寸.结果表明:在1450℃,MgO全部溶入ZrO₂晶格,相应的相是四方和立方相;在1350-750℃,只有约2.2mol％MgO溶入ZrO₂晶格,相应的相为四方相;750℃以下,溶入ZrO₂晶格的MgO反而增加,在500℃时,固溶度为7.7mol％MgO,相应的相是立方相.其余的MgO分布在ZrO₂晶粒的表面.     

形核剂对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化过程的影响

采用差热分析(DTA),X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM)等分析手段研究了 TiO₂和TiO₂+ZrO₂两种形核剂对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃的形核和晶化的影响. 结果发现,样品经过不同温度的预形核处理后,采用TiO₂单一形核剂,晶化峰值温度和晶化峰 高度的变化较大,而采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂,晶化峰值温度和晶化峰高度的变化较小. 当形核时间为2h,两种形核剂样品的最佳形核温度分别为745和760℃.晶化后均可得到纳米 结构的β-石英石固溶体晶相,其中采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂样品的晶粒更细小.研究表 明采用复合形核剂的LAS微晶玻璃的形核过程对温度的敏感性小,有利于对形核过程进行控 制,同时形核效率高.     

纳米ZnO对纳米ZrO2(8Y)致密特性及电导率影响研究

采用纳米ZrO₂(8Y)粉和纳米ZnO粉为原料,对掺少量ZnO的ZrO₂(8Y)进行无压烧结研究.实验结果表明,掺少量的ZnO能促进ZrO₂与Y₂O₃的反应,加快四方相向立方相的转变,样品致密度和电导率显著提高.掺0.5wt％ZnO样品在1200℃煅烧2h的陶瓷致密度为94％,700℃时的电导率为9.02×10^-3cm-1·Ω^-1.     

共沉淀法合成ZrO2-ZrW2O8复合材料的工艺研究

以硝酸氧锆[ZrO(NO₃)₂·5H₂O]和钨酸铵(H₄₀N₁₀O₄₁W₁₂·xH₂O)为原料,采用共沉淀法合成了低热膨胀的ZrO₂-ZrW₂O₈复合陶瓷, 着重研究了不同热处理条件对前驱体转变为ZrO₂-ZrW₂O₈复合陶瓷的影响, 并探讨了前驱体生成及其转变的反应历程. 通过X射线衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、热膨胀仪等分析手段对样品的晶体结构、物相转变、断面微观形貌和热膨胀性能进行表征. 结果表明: 采用共沉淀法制备的前驱体在1150℃热处理2h可以合成高纯度、混合均匀的ZrO₂-ZrW₂O₈复合陶瓷; 随烧结时间的延长, ZrW₂O₈衍射峰半高宽逐渐减小, 晶粒在不断长大; ZrO₂-50wt%ZrW₂O₈复合陶瓷在30～600℃内的平均热膨胀系数为-3.2295×10^-6K^-1.     

316L纤维尺寸和含量对HA-ZrO2(CaO)/316L纤维复合生物材料性能的影响

研究了316L纤维的长度、直径与含量对HA-ZrO_2（CaO）/316L纤维生物复合材料的力学性能的影响规律.结果表明：纤维直径为40μm的复合材料力学性能优于纤维直径为50μm的复合材料;纤维长度为0.8～1.2mm的复合材料力学性能优于纤维长度为2～3mm的复合材料;随着纤维体积分数增大,纤维之间相互接触而导致在复合材料中形成的微孔增多,并成为微裂纹源,导致材料力学性能下降.含20vol%直径为40μm、长度为0.8～1.2mm的316L纤维的HA-ZrO_2（CaO）/316L纤维生物复合材料的综合力学性能最佳,其抗弯强度、杨氏模量、断裂韧性和相对密度分别为140.1MPa、117.8GPa、5.81MPa·m~（1/2）和87.1%.复合材料微观组织随HA粉末和316L纤维成分的变化呈规律性变化,没有出现明显的裂纹或孔隙,316L纤维与HA-ZrO_2（CaO）基体紧紧地咬合在一起,其结合主要靠基体对316L纤维的物理附着力所致.基体中发生微量Fe元素扩散,但在316L纤维中不发生基体Ca、P元素的扩散.含5%316L纤维复合材料表现为脆性断裂,而含10%、20%、40%316L纤维复合材料均表现为韧性断裂,且韧性程度随316L纤维含量的增加而增大.     

晶须和相变复合增韧陶瓷的复合增韧模型

建立了晶须和相变复合增韧陶瓷的复合增韧模型,其中晶须增韧考虑了裂纹桥联和裂纹偏转两种机理;相变增韧在考虑体膨胀作用的基础上,用切应变影响因子来考虑切应变增韧效应．计算结果表明,相变增韧、桥联增韧和裂纹偏转增韧存在相干性,相变增韧降低晶须增韧效果,而晶须增韧促进相变增韧效果,SiC_w／ZrO₂（2mol％Y₂O₃）／Al₂O₃断裂韧性的计算结果与实验结果吻合．     

水热盐溶液卸压法制备氧化物粉体

本文采用一种新的水热粉体制备方法-水热盐溶液卸压法,制得了α-Al₂O₃粉体、AlO（OH）纤维以及ZrO₂和AlO（OH）复合氧化物粉体．发现以1mol／LAl（NO₃）₃溶液作为前驱物,0．2mol／LFe（NO₃）₃为添加剂,在300℃可制得α－Al₂O₃粉体．以1mol／LAl（NO₃）₃溶液为前驱物;1mol／LKBr为添加剂,在350℃可制得长径比为13：1的AlO（OH）纤维．当采用AlCl₃、ZrOCl₂溶液为前驱物,Zr/Al的比例为1：3时,在240℃可制得纤维状AlO(OH)颗粒和球形ZrO₂颗粒的复合氧化物粉体．     

热障涂层用La2O3、Y2O3共掺杂ZrO2陶瓷粉末的制备及其相稳定性

采用反向化学共沉淀法制备了热障涂层用La₂O₃-Y₂O₃-ZrO₂（LaYSZ）原始复合粉末, 将原始粉末团聚造粒和热处理后得到适于等离子喷涂的团聚粉末. 采用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、扫描电子显微镜（SEM）、霍尔流速计、X射线衍射（XRD）等方法分别对LaYSZ的化学组成、微观形貌、流动性和松装密度、高温相稳定性进行了研究. 结果表明: LaYSZ团聚粉末室温呈四方ZrO₂结构, 在1150℃热处理2h后为致密的球形或近球形颗粒, 粉末流动性较好, 适于等离子喷涂. LaYSZ团聚粉末在1300℃热处理100h后仍保持单一的四方ZrO₂晶型, 而8YSZ中有12mol%的四方相转变为单斜相; LaYSZ在1400℃热处理100h后, 单斜相含量为2mol%, 而8YSZ中单斜相含量达到47mol%, 表明La₂O₃、 Y₂O₃共掺杂稳定ZrO₂较单一Y₂O₃ 稳定ZrO₂具有更好的高温相稳定性.     

醇-水溶液加热法制备纳米氧化锆粉体

本研究采用了一种新颖的粉体制备方法-醇-水溶液加热法来制备纳米ZrO₂（Y₂O₃）粉体．实验结果表明：通过选择适当的条件,该方法可制得粒径小、团聚少的纳米ZrO₂（Y₂O₃）粉体．与通常的共沉淀法相比。该方法制得的粉体因形成一种“包裹”结构,使得单斜相含量随煅烧温度的升高而减少,从而更有利于烧结．     

含成形剂的纳米微晶ZrO2粉末压形规律的研究

本文对管道反应制备的纳米微晶ZrO₂（Y₂O₃3mol％）粉末的模压数据进行处理．结果表明,该ZrO₂粉末压形规律遵循黄培云压形方程．根据黄培云压形方程计算出纳米微晶ZrO₂陶瓷粉体的压制模量为11．9～12．7MPa,压制过程的非线性指数为7．15．成形剂量的增加将降低粉末体的压制模量,而其非线性指数却保持不变．结合ZrO₂压坯的孔隙、孔径测定,分析得出纳米微晶ZrO₂粉末理想的成形压力范围应在40-140MPa;这为纳米微晶ZrO₂粉末压形提供了理论基础．     

烧蚀产物ZrO2对ZrC改性C/C复合材料烧蚀的影响

采用ZrOCl₂溶液浸渍法把含锆组元引入碳纤维预制体, 结合热梯度化学气相渗透、高温石墨化工艺制备了ZrC改性C/C复合材料. 用氧乙炔烧蚀测试材料的烧蚀性能, XRD测试材料烧蚀前后的物相组成, 采用SEM观察材料的微观形貌. 烧蚀结果表明：随着烧蚀次数的增加, 若每次烧蚀后不去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率呈先增加后减小的趋势, 最后趋于稳定; 若每次烧蚀后去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率均呈增大的趋势. 产物ZrO₂的蒸发吸收了材料烧蚀表面的热量, 减缓了火焰对烧蚀表面的冲蚀, 材料的线烧蚀率减小, 然而, ZrO₂的蒸发会增加材料的质量损失速度, 导致材料的质量烧蚀率增大.     

RF／DC溅射316L／SiO2复合膜力学性能与显微结构的研究

利用射频／直流磁控测射法制备了316L不锈钢／SiO2复合薄膜,并对其组织,相结构和力学性能进行了测试分析,结果表明,直流磁控溅射316L不锈钢薄膜呈柱状晶结构,主要由Fe-Cr和r-Fe相构成,在Fe-Cr(110)晶面出现明显择优取向,由于SiO2的掺合,使316L不锈钢／SiO2复合薄膜柱状晶变细小,出现明显的二次柱状晶,Fe-Cr的（110）晶面掺优取向消失,而Fe-Cr的（211）晶面衍射峰强度明显增强,316不锈钢膜硬度明显高于316L块体,掺入SiO2的金属／陶瓷复合薄膜耐磨性有显著的提高。     

HA改性短切碳纤维/PMMA生物复合材料力学性能的研究

采用原位合成与溶液共混的方法,制备了纳米羟基磷灰石(HA)-短切碳纤维（C_f）/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)生物复合材料, 研究了HA对HA-C_f/PMMA复合材料的力学性能和微观结构的影响. 采用万能材料试验机测试了HA-C_f/PMMA复合材料的力学性能,用X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）和红外吸收光谱仪(FT-IR)分析测试手段对材料的组成结构及断面的微观形貌等进行了测试和表征. 结果表明,采用卵磷脂改性后的HA纳米片与PMMA基体的界面结合性能得到了有效改善,显著提高了复合材料的力学性能;随着HA含量的增加,HA-C_f/PMMA复合材料的弯曲强度、拉伸强度、压缩强度、弯曲模量和拉伸模量均呈先增大后减小的趋势. 当HA含量在8wt%时,复合材料的力学性能最佳.