碳包纳米氧化锆粉体的烧结行为与力学性能

采用粉体表面包碳技术和两步烧结方法制备出具有良好力学性能的细晶3Y-TZP材料,研究了在无压烧结和两步烧结条件下,碳含量对碳包3Y-TZP材料烧结行为及力学性能的影响.结果表明:对于包裹少量碳的3Y-TZP,与未包碳的试样相比,采用两步烧结不但能提高材料的密度还能细化晶粒;结构致密和ZrO2相变增韧使材料具有较高的维氏硬度和断裂韧性.在碳含量为1.5%时,3Y-TZP材料的维氏硬度和断裂韧性达最大值,碳含量进一步提高使材料中的气孔和缺陷增多,导致材料的性能下降.     

烧结温度对反应烧结氮化硅铁复合材料 物相组成及力学性能的影响

以硅铁粉、Fe-Si_3N_4粉末、钛铁矿粉为原料,采用自蔓燃法制备Si_3N_4-Fe_3Si复合材料。将Si_3N_4-Fe_3Si复合材料试样在1 650,1 700,1 750和1 800℃氮气气氛下进行烧结。采用X射线衍射、红外光谱分析、扫描电镜、维氏硬度等探究了烧结温度对Si_3N_4-Fe_3Si复合材料试样密度、孔隙率、显微结构、物相组成、力学性能的影响,并采用差示扫描量热法(DSC)探究了硅铁-钛铁矿混合物的燃烧过程。结果表明,烧结温度对氮化硅铁复合材料的显微结构、力学性能有显著的影响,随着烧结温度的升高,试样的密度、维氏硬度均增大,Si_3N_4-Fe_3Si复合材料的致密性增加;但弯曲强度和断裂韧性随着温度升高先增大后减小,在1 750℃达到最大值。在1 750℃时,试样的密度、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为3.33 g/cm~3、9.85 GPa、331 MPa和8.5 MPa·m~(1/2)。弯曲强度提高了56%,断裂韧性提高了102%,表现出良好的抗弯强度和断裂韧性。在1 750℃时, Si_3N_4-Fe_3Si烧结试样主要物相为β-Si_3N_4、Y_2Si_2O_7、Fe_3Si和少量的Al_2O_3,完成了α-Si_3N4向β-Si_3N_4的变相,Fe_3Si在高温烧结条件下稳定性良好。     

低熔纯钛用体瓷的研制及其性能研究

采用硼硅酸盐玻璃体系制备低熔钛专用体瓷,研究了体瓷组成与热膨胀系数的关系,并采用XRD和细胞毒性实验分别研究了钛体瓷的晶相组成和生物相容性。结果表明,钛体瓷为不含晶体的均质玻璃体,其热膨胀系数随SiO2含量的增加而减小;通过对比两种配方的烧结温度与力学性能,最终确定体瓷配方和烧结工艺:自制钛体瓷的烧结温度为760℃,抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为(85±4.07)MPa、(1.44±0.04)MPa/m1/2和(3904±21.71)MPa/mm2,硬度稍高于天然牙釉质。XRD结果表明自制钛体瓷为不含晶体的均质玻璃体;细胞毒性为0级,对细胞无抑制作用,可望进一步应用于临床修复。     

温度和助剂含量对放电等离子烧结SiC陶瓷的影响EI北大核心

采用Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)-CaO作为烧结助剂制备SiC陶瓷,通过阿基米德排水法、XRD、SEM、TEM及维氏硬度测试等方法,探究烧结温度及烧结助剂含量对SiC陶瓷相对密度、物相结构、微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1300~1800℃下,SiC陶瓷相对密度、硬度以及断裂韧性都呈现出先增加后降低的趋势,在1700℃达到最大值;1700~1800℃发生了β-SiC向α-SiC的相变;减少烧结助剂含量会增加晶界结合强度,提升硬度,并抑制晶粒生长;在1700℃和7%(质量分数)烧结助剂含量的条件下,获得了最佳的烧结效果,相对密度、硬度和断裂韧度分别为97.9%,23.3 GPa和4.1 MPa·m^(1/2)。     

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。     

SHS／PHIP法制备Ti3AlC2陶瓷的力学性能

测试了用SHS/PHIP法制备出Ti3AlC2陶瓷的弯曲强度、断裂韧性、维氏硬度以及压缩性能.实验结果表明,用SHS/PHIP法制备出的Ti3AlC2陶瓷具有较高的室温弯曲强度(330.8MPa)、断裂韧性(5.7MPa·m1/2)和较低的维氏硬度(2·9GPa).Ti3AlC2陶瓷的室温变形抗力为823MPa,并且变形温度越高,变形抗力越小,塑性特征越明显.较低维氏硬度和良好的力学性能赋予了用SHS/PHIP法制备出Ti3AlC2陶瓷非常好的加工性能.     

烧结温度对WZV材料力学性能和显微结构的影响

为了开发一种新型刀具材料,以WC、ZrO2和VC为原料,利用热压烧结工艺,分别在1500、1550、1600℃和1650℃烧结温度下制备了4种相同成分的WC/ZrO2/VC(WZV)复合材料.分析了烧结温度与刀具材料相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性之间的关系,研究了烧结温度对刀具材料力学性能和显微结构的影响,确定了该材料合理的烧结温度为1550℃.试验结果表明,ZrO2质量分数为10%的WZV复合粉末经过48 h的高能球磨,在1550℃、30 MPa的热压烧结条件下,可获得相对密度为99.2%,维氏硬度为17.6 GPa,抗弯强度为786 MPa,断裂韧性为11.51 MPa.m1/2的优异性能.此外,通过对材料显微结构和断裂方式的分析,发现烧结温度对材料的断裂方式具有重要影响.     

MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的制备

采用热压烧结方法制备MoS2/Ti3SiC2(MoS2质量分数为2%)的层状复合材料.研究了不同烧结温度对烧结试样性能的影响.研究表明,在1 400℃,30 MPa压力和保温2 h条件下,可以得到致密度达99%以上的MoS2/Ti3SiC2复合材料;在Ti3SiC2中添加MoS2后,烧结温度越高维氏硬度越大;在1 400℃,烧结试样维氏硬度达6 220 MPa,高于纯Ti3SiC2材料的4 000 MPa;MoS2有良好的导电性能,使得烧结试样的电导率比较高,在1 400℃,烧结试样电导率达9.68×106 S·m-1,是纯Ti3SiC2材料的2倍.     

烧结温度对20%ZrO_2(3Y)/Al_2O_3复相陶瓷力学性能和微观结构的影响

20%纳米ZrO2(3Y)粉末加入到高纯亚微米Al2O3粉中,采用高压干压成型方法和恒速升温多阶段短保温烧结方法制备出不同烧结温度下的复相陶瓷。研究烧结温度对复相陶瓷力学性能的影响,通过XRD,EDS和SEM对复相陶瓷进行元素组成和微观结构分析。结果表明:烧结温度在很大程度上影响着复相陶瓷的力学性能和微观结构,常压烧结1600℃保温8h时,相对密度、维氏硬度和断裂韧性达到最大,分别为98.6%,18.54GPa和9.3MPa·m1/2,而基体晶粒尺寸为1.4~8.1μm,ZrO2相变量为34.6%。1600℃下复相陶瓷具有优质的微观结构,断裂方式为沿晶-穿晶混合断裂模式。ZrO2(3Y)粉体的加入,从相变增韧、内晶型颗粒增韧和裂纹偏转等多个方面提高了复相陶瓷的断裂韧性。     

热等静压制备亚微米细晶氧化铝陶瓷的研究

采用商业氧化铝粉体为原料,MgO为烧结助剂,采用干压结合冷等静压成型素坯,再经适当温度预烧得到具有一定密度的预烧体,对预烧体的晶粒生长与致密化过程进行了研究.素坯在1275℃/160MPa下热等静压烧结2h后得到了平均晶粒尺寸为650～850nm的氧化铝陶瓷.通过万能材料试验机、显微硬度仪测试抛光样品力学性能,得到其三点抗弯强度为(620±30) MPa,硬度HV10为(19.7±0.4)GPa,断裂韧性约2.52MPa·m1/2.     

放电等离子超快速烧结 SiC-Al2O3纳米复相陶瓷

本文介绍用非均相沉淀法制备的纳米SiC-Al2O3复合粉体经放电等离子超快速烧结得到晶内型的纳米复相陶瓷,超快速烧结的升温速率为600℃/min,在烧结温度不保温,迅即在3min内冷却至600℃以下.与热压烧结相比,可降低烧结温度200℃以上.力学性能研究结果表明,在1450℃超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达1000MPa,维氏硬度为 19GPa,断裂韧性也比Al2O3有所提高.TEM像显示纳米SiC颗粒大多分布在Al2O3母体晶粒内,而断裂表面的SEM像表明,穿晶断裂是其主要的断裂模式,这是所制备的纳米复相陶瓷力学性能大幅提高的主要原因.     

低温烧结高性能2Y-TZP材料

通过在2Y-TZP中加入一定量的硅酸盐玻璃相添加剂,在较低的烧结温度下,制备出细晶、具有良好综合性能的2Y-TZP材料.研究了添加剂加入后,2Y-TZP材料烧结特性、显微结构及力学性能.发现加入少量的添加剂后,不但可以明显降低材料的烧结温度,而且由于细晶及相变增韧的共同作用,材料仍具有较高的抗折强度和断裂韧性.讨论了稳定剂含量对低温烧结Y-TZP力学性能的影响,发现较低稳定剂含量的2Y-TZP材料,由于临界相变尺寸小,在断裂过程中,有更多的四方相氧化锆转变成单斜相,相变增韧的效果更好,因而具有更高的断裂韧性.     

TiC_(0.7)N_(0.3)增强ZrO_2基复合材料的微观结构及力学性能

为提高ZrO2基复合材料硬度,采用热压烧结法制备了TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料,并研究了TiC0.7N0.3颗粒增强相对复合材料的物相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明:TiC0.7N0.3的添加具有稳定四方相ZrO2(t-ZrO2)的作用,能增加TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料中t-ZrO2的含量,提高断裂韧性。随着热压烧结温度的升高和TiC0.7N0.3含量的增加,复合材料的硬度升高。1 400℃下热压烧结时,TiC0.7N0.3发生部分分解,分解的N与被还原的ZrO2反应生成ZrN,提高了复合材料的硬度。1 400℃下热压烧结后的35wt%TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的相对密度达99.9%,维氏硬度达17 GPa。而1 300℃下热压烧结后,复合材料断裂韧性较高,为6.48 MPa·m1/2。研究结果为TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的组织控制及性能改进提供了参考。     

微波和常规烧结制备纳米Al_2O_3/3Y-TZP陶瓷

采用共沉淀法制备Al2O3/3Y-TZP纳米粉体,粉体压制后通过微波和常规烧结制备Al2O3/3Y-TZP陶瓷,并研究两种烧结方法对Al2O3/3Y-TZP陶瓷相对密度、抗弯强度、断裂韧性和断口形貌等的影响。结果表明,共沉淀法制得的Al2O3/3Y-TZP纳米粉体晶粒细小、均匀,近似球形,尺寸为40~60nm;随烧结温度的升高,两种烧结方法制备的陶瓷试样相对密度、抗弯强度和断裂韧性均先升高后降低;与常规烧结相比,Al2O3/3Y-TZP陶瓷的微波烧结温度明显降低,时间显著缩短,且晶粒更细小,相对密度、抗弯强度和断裂韧性显著提高。     

常压烧结制备亚微米晶Al2O3陶瓷及其力学性能研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结法制备亚微米晶Al2O3陶瓷。研究了烧结温度、烧结助剂对Al2O3陶瓷的致密化过程、显微结构及力学性能的影响。结果表明:添加一定量的复合助剂MgO-Y2O3可起到促进Al2O3陶瓷致密化,细化显微结构,并改善其力学性能的作用。经1450℃常压烧结1h可获得相对密度达99.6%、平均晶粒尺寸约0.71μm的亚微米晶Al2O3陶瓷,其维氏硬度和断裂韧性分别为18.5GPa和4.6 MPa·m1/2。     

常压烧结制备亚微米晶Al2O3陶瓷及其力学性能研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结法制备亚微米晶Al2O3陶瓷。研究了烧结温度、烧结助剂对Al2O3陶瓷的致密化过程、显微结构及力学性能的影响。结果表明:添加一定量的复合助剂MgO-Y2O3可起到促进Al2O3陶瓷致密化,细化显微结构,并改善其力学性能的作用。经1450℃常压烧结1h可获得相对密度达99.6%、平均晶粒尺寸约0.71μm的亚微米晶Al2O3陶瓷,其维氏硬度和断裂韧性分别为18.5GPa和4.6 MPa·m1/2。     

TaC对Ti(C0.7N0.3)基金属陶瓷的物相、显微结构和力学性能的影响

为了制备高硬度高韧性的Ti(C_0.7N_0.3)基金属陶瓷,采用1 600℃真空无压烧结制备了含TaC的Ti(C_0.7N_0.3)-WC-Mo2C-VC-AlN-Ni/Co系金属陶瓷,研究了不同TaC含量(0wt%、5wt%、10wt%、15wt%)对金属陶瓷的物相、显微结构、力学性能的影响。结果表明,随着TaC含量增加,Ti(C_0.7N_0.3)(200)主峰逐渐向低角度偏移,环形相的厚度逐渐增大,金属陶瓷的维氏硬度和断裂韧性均先增大后减小。当TaC含量为10wt%时,核芯相细化,尺寸离散度最小,环形相发育更完整且均匀,金属陶瓷获得最高的维氏硬度和断裂韧性,分别为(17.79±0.15) GPa和(10.20±0.39) MPa·m^1/2。     

反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷合成工艺优化的研究

利用反应烧结制备Si3N4结合SiC复合材料.设计了L9(34)正交试验方案,研究了原料中Si、添加剂Al2O3、Y2O3的含量对复合材料力学性能的影响,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成了颗粒状的α-Si3N4、针状或棒状的β-Si3N4和少量的Sialon,其中针状或棒状的β-Si3N4和SiC形成三维网络结构,提高了材料的力学性能.优化实验得到的试样力学性能显著提高,其中维氏硬度2205、抗弯强度410MPa、断裂韧性为8MPa·m1/2.     

TiN/3Y-TZP复合陶瓷材料的性能及显微结构研究

在3Y-TZP基体中添加平均粒径为2.7μm的TiN颗粒,利用热压烧结方法制备出TiN/3Y-TZP新型复合陶瓷材料,研究了TiN对3Y-TZP的常温力学性能、微观结构及低温抗老化性能的影响.结果表明:TiN和3Y-TZP具有良好的物理和化学相容性;TiN细化了基体材料,对3Y-TZP表现出显著的增韧补强作用,断裂韧性和抗弯强度最高分别达到13.3MPa·m1/2,1410MPa.初步研究了空气中220℃下TiN/3Y-TZP的抗老化性能,证明添加TiN颗粒可明显提高3Y-TZP的抗老化性能.     

ZrB2-SiC陶瓷的注浆成型与无压烧结

研究了以聚乙烯亚胺 (PEI) 为分散剂,ZrB₂粉体在水相中的分散性能. 结果显示ZrB₂的等电点在pH为5.7,加入PEI后的等电点移到pH为11.5. 以PEI为分散剂,在pH为8.0处制备了固含量达45vol%的ZrB₂-20vol%SiC陶瓷浆料. 采用注浆成型方法制备了相对密度为53%的ZrB₂-SiC陶瓷坯体,并对其进行了无压烧结,同时研究了硼粉为烧结助剂对其致密化及性能的影响. 结果表明：硼粉为烧结助剂,实现了ZrB₂-SiC陶瓷的完全致密化的同时,也降低了ZrB₂-SiC陶瓷的烧结温度,2100℃烧结3h后的陶瓷维氏硬度为(17.5±0.5)GPa,弯曲强度为(406±41)MPa,断裂韧性为(4.6±0.4)MPa·m^1/2.