碳纳米管-ZrB2-SiC陶瓷基复合材料的制备与性能研究

研究了用热压烧结方法制备的不同碳纳米管(CNTs)含量的ZrB₂-SiC- xwt% CNTs (x=0、1.0、2.5、4.0) 复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构. 用TEM观察了试样的微观结构, 用SEM观察了试样断口形貌和裂纹扩展情况, 并对其强韧化机制进行了分析. 研究表明, 碳纳米管主要分布沉积在ZrB2颗粒内部, 形成内晶型结构, 在CNTs含量为2.5%时, 相对密度、维氏硬度和弯曲强度分别为99.6%、21.7GPa和542MPa, 断裂韧性达到6.10MPa·m^1/2. 碳纳米管加入后材料致密性提高、晶粒细化,所形成的内晶型结构是材料强度和韧性得以提高的原因.     

ZrO2—Al2O3陶瓷复合材料的研究与发展

自70年代发现在ZrO_2冲添加稳定剂能有效利用ZrO_2的马氏体相变来提高陶瓷材料的断裂韧度和强度以来,人们对ZrO_2陶瓷的增韧、增强及制备进行了大量而广泛的研究。迄今已有多种增韧氧化锆陶瓷进入实用阶段。但在Al_2O_3基质中分散ZrO_2粒子韧化氧化铝陶瓷的概念却是最近十来年才认识的。ZrO_2增韧Al_2O_3(简称ZTA)陶瓷复合材料作为第二代韧化陶瓷充分展示了它的潜力,现在其断裂韧度最高可达17MPam~(1/2),强度最高可达2400MPa,比通常陶瓷材料提高了3～5倍。     

ZrO2—SiO2复合材料的制备和力学性能

本文彩和热压烧结法制备了ＺｒＯ２－ＳｉＯ２复合材料，发现ＳｉＯ２基体具有稳定四方ＺｒＯ３的作用，力学性能测试表明，通过二氧化锆的复合，材料的抗弯强度和断裂韧性得到明显的提高，初步研究认为材料性能的改善与四方ＺｒＯ３相变及残余应力有关。     

多孔ZrO2-HA涂层复合材料的制备工艺

采用凝胶成型法制备多孔氧化锆(ZrO2)支架,通过改变循环次数实现了对孔隙率的可控,使其保持在91%～45%之间,并且每循环一次,孔隙率稳定下降4～5%.在多孔ZrO2的表面涂覆羟基磷灰石(HA)涂层.为了防止HA和ZrO2之间的化学反应,中间涂覆了氟磷灰石(FA)层.XRD表明加了FA层作为中间层以后,没有发现反应发生.体视显微照片表明在HA/FA和FA/ZrO2两个界面上没有出现分层和裂纹.层与层之间结合紧密.     

ZrO2及ZrO2陶瓷的应用

５０多年前，ＺｒＯ２在工业上的应用远远没有开发出来，７０年代以来，世界范围内都致力于ＺｒＯ２陶瓷的研究，原因是它在工程应用上显示出了比现代金属刚性件更优异的性能。可以预言，若干年后，ＺｒＯ２在各种工程陶瓷、电子陶瓷、高级耐火材料、喷气式飞机的某些零部件等方面的应用将得到更大的发展。     

TiB2/ZrO2复合材料介电及力学性能研究

以热压烧结制备了TiB2/ZrO2复合材料,研究了其在8.2～12.4GHz的介电特性和力学性能,探讨了材料极化和损耗机理.结果表明,Ib2降低了复合材料的烧结性能;纯ZrO2无明显损耗,Ro2内部价电子随电场移动使基体发生极化,Ib2在材料中形成的导电网络使复合材料复介电常数实部和损耗增加.复合材料的硬度随TiB2体积分数增加而下降,抗弯强度和断裂韧性随TiB2体积分数增加先上升后下降,这是由复合材料相对密度、基体晶粒尺寸以及TiB2的韧化作用等因素共同决定的.     

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.     

原位化学法制备纳米ZrO2/Cu复合材料的研究

为了提高铜基复合材料的强度和电导率,采用具有良好机械性能和热物理性能的ZrO2(3%(摩尔分数)Y2O3)作为增强相,原位化学法制备了ZrO2纳米颗粒增强铜基复合材料,其主要制备工艺包括前驱复合粉体CuO、ZrO2的制备,经氢气还原得到ZrO2/Cu复合粉,再经过压制,真空烧结,复压等工序制得最后的样品.研究了制备工艺包括初压压力,烧结温度、时间对材料性能的影响;结果表明,在初压压力为550MPa,975℃烧结1.5h时,可得到最佳性能复合材料.透射电镜观察表明,在ZrO2/Cu纳米复合粉中,氧化锆纳米颗粒形状为圆形和四方形,平均尺寸约为20nm左右.纳米ZrO2在基体中分布均匀,细化了晶粒,提高材料硬度,使复合材料具有良好的综合性能.随着ZrO2含量的提高,密度、电导率降低,硬度升高.     

近零膨胀ZrO2-ZrW2O8复合材料的制备和表征

以分析纯ZrO2和WO3为原料，通过原位反应法成功制备了ZrO2-ZrW2O8复合材料，研究了其热膨胀性能，并探讨了烧结助剂AJ203对其致密度的影响。采用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和热膨胀仪对制备的样品进行表征。研究结果表明：制备的复合材料的组元为α-ZrW2O8和m-ZrO2；其中ZrO2-33％（质量分数），ZrW2O8复合材料的热膨胀系数近似为零，但致密度不高；添加0．30％（质量分数）Al2O3有效地提高了ZrO2-33％（质量分数）ZrW2O8复合材料的致密度，与出现的新相Al2（WO4）3有关，而且对其零膨胀特性影响不大。     

ZrO2-Si3N4陶瓷复合材料中的化学不相容性

ＺｒＯ_２与Ｓｉ_３Ｎ_４之间存在化学反应生成ＺｒＮ或氧氮化锆,ＺｒＯ_２也可能被氮稳定形成氨稳定的ＺｒＯ_２本文对ＺｒＯ_２－Ｓｉ_３Ｎ_４陶瓷复合材料中的化学不相容性及抑制措施进行了综述．     

ZrO2-膨化石墨/焦炭复合材料的结构和制备

运用两种不同技法制备了ZrO2纳米粒子改性的膨化石墨/焦炭复合材料,应用XRD、SEM和TEM对所得ZrO2改性炭材料进行了表征.技法1:在ZrO(NO3)2及NH4OH溶液中反复交替地浸渍低密度膨化石墨/焦炭块体,随后在1200℃氮氛中热处理,以使在炭块自由表面沉积ZrO2纳米粒子的薄层.技法2:将可膨胀石墨、酚醛树脂粉和ZrOC2 O4-改性的纤维素纤维混合物封装于一容器中,使之经受900℃热激震,随后在氮氛中1200℃热处理,获得改性复合材料.结果表明:复合材料中ZrO2纳米粒子呈现三种尺寸:6nm～30nm为单独的纳米粒子和小微粒;200nm～1000nm为长树突状结构物;1μm～40μm为形如纤维素前驱体的杆状物.     

Al2O3ZrB2/ZrO2复合材料物理和化学相容性分析

在物理相容性分析中,采用△α<0时增强相极限体积含量的计算方法,确定出添加相的最大体积含量Vmax;在化学相容性分析中,应用热力学原理计算分析了Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料体系中各组分间化学反应的可能性.结果表明:在1700℃范围内,添加相ZrB2/ZrO2的最大体积含量Vmax为73.1%,而且不可能发生其他的化学反应.通过Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料的热压烧结制备进行了实验验证.     

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW2O8/ZrO2复合材料.对ZrW2O8/ZrO2前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征.研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW2O8和m-zrO2相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW2O8质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW2O8/ZrO2复合材料在30～600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0.     

ZrO2及ZrO2:CdS薄膜的制备和表征

利用ｓｏｌ－ｇｅｌ方法合成了ＺｒＯ_２薄膜,并通过在ＺｒＯ_２薄膜中复合ＣｄＳ纳米粒子成功地制备了ＺｒＯ_２：ＣｄＳ薄膜．制得的ＺｒＯ_２薄膜透明并具有较好的光透射性,而ＺｒＯ_２的含量及膜厚是影响其光透射性的主要因素．分散在ＺｒＯ_２：ＣｄＳ薄膜中的ＣｄＳ纳米粒子为六方相结构,并具有较好的分散性,其平均尺寸为４～６ｎｍ．实验结果表明：ＺｒＯ_２颗粒的晶化会对薄膜的光学性能及表面形貌产生影响,但ＣｄＳ的形成可以抑制薄膜表面ＺｒＯ_２颗粒的晶化,从而得到较为平滑的薄膜．     

ZrO2薄膜的表层结构

用射频溅射技术制备了ＺｒＯ２薄膜，用恒正电子束分析该谱膜，发现它的的表层存在一高正电子吸收区，它与钇的表面富集有关，提出了相应的模型。     

ZrO2–TiO2Materials

The magnetic, electrical, catalytic, and photocatalytic properties of ZrO₂–TiO₂materials were studied. The ZrO₂–TiO₂system was shown to contain ZrO₂-, TiO₂, and ZrTiO₄-based solid solutions. Procedures for the preparation of high-activity ZrO₂–TiO₂photocatalysts and photostable pigments were developed.     

热压烧结制备Ti3Al/TiC+ZrO2陶瓷复合材料

采用机械合金化和热压烧结制备了Ti3Al/TiC ZrO2复合材料.研究了不同烧结温度(1500,1550℃)及Ti3Al在TiC基体中不同的添加方式对烧结体力学性能的影响,并对烧结体的断口进行了SEM分析.结果表明:在Ti3Al和ZrO2协同增韧补强的作用下,得到的烧结体具有良好的力学性能,其断裂以穿晶和沿晶相结合方式进行,并且出现了内晶.     

ZrO2/钙铝硅系微晶玻璃复合材料热处理制度研究

采用Sol-gel法制备ZrO2/CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃复合材料,通过差热分析、X射线衍射和扫描电镜等对材料进行表征.结果表明:烧结温度范围为1035～1065℃,晶化温度约为870℃条件下所制得的复合微晶玻璃材料主晶相为t-ZrO2和β-CaSiO3,具有较高的抗折强度,可以用于制备高强度牙科材料.     

Ni—ZrO2精细复合材料的热学性能（Ⅰ）：比热

微米量级的金属Ｎｉ粉和纳米量级的ＺｒＯ２超细微粒合成的精细复合材料具有特殊的热学性能。含Ｎｉ量为５０－８０ｗｔ％的复合材料的比热大大高于纽曼－卡普定律的计算值，其原因可能与精细复合材料的中的界面组元所占的比重大大增加有关。     

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.