纳米Al2O3增强铝基复合材料的制备技术和发展方向

纳米颗粒具有极高的增强效率,能够显著提高铝基复合材料的综合性能.纳米Al2 O3/Al复合材料作为其中的代表,具有高弹性模量、高强度和低密度等优势,得到长期的关注和研究.详细介绍了纳米Al2O3/Al复合材料的制备方法,分析了各制备方法的优点和缺点,并对纳米Al2O3/Al复合材料的发展前景进行了展望.     

原位Al2O3/Al-Cu复合材料的制备与组织研究

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有3.6%(质量分数)原位Al2O3颗粒的Al-6.8Cu基复合材料,在基体合金的固液两相区选择580,590,600℃和610℃进行二次加热保温实验,淬火固定其半固态组织。通过光学显微镜及透射电镜观察合金的组织结构,研究Al2O3原位颗粒对材料组织的影响。结果表明:原位Al2O3颗粒对Al-6.8Cu合金的铸态组织具有一定的细化作用,但没有明显的球化作用。在半固态二次加热过程中原位Al2O3颗粒对晶粒长大行为具有抑制作用和球化作用,与基体合金相比,在相同的二次加热条件下晶粒尺寸减小20~40μm。     

反应自生Al2O3-Al3Ti-Al 复合材料的抗弯曲性能

将压力铸造(Squeeze-Casting) 与燃烧合成(Combustion-Synthesis) 相结合, 利用TiO₂与Al 之间的反应, 成功地制备了金属相Al 含量不同的Al₂O₃-Al₃Ti-Al 原位复合材料系列。运用三点弯曲方法测试了复合材料的抗弯曲强度和弹性模量。结果表明: 复合材料具有较高的弯曲强度(410～ 490M Pa) 和弹性模量(156～ 216GPa) , 随着金属相Al 含量的增加, 弯曲强度开始有所升高,当A l 体积百分数超过40% 后便明显下降。而弹性模量始终呈降低趋势, 复合材料的高强度源于反应生成细小的Al₂O₃颗粒及Al₃Ti 相的增强作用。      

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

原位气相生长法制备碳纳米管/Al2O3陶瓷复合材料

以Al₂O₃陶瓷成型体为基体,通过化学气相反应在陶瓷体内原位生长碳纳米管（CNTs）,制备出CNTs/Al₂O₃陶瓷复合材料。结果表明,Al₂O₃陶瓷体中均匀分布有可观量的多壁CNTs,碳管根部嵌于Al₂O₃晶粒间并从晶粒表面生长出。在Al₂O₃陶瓷成型体中原位生长CNTs需严格控制生长条件,尤其是生长温度（850℃）,温度过高和过低都难以长出CNTs,此外造孔剂、碳源和催化剂也影响CNTs的原位生长。对原位生长的CNTs/Al₂O₃复合体进一步高温烧结获得致密化的复合材料,其导电率达3.7 S/m,较纯Al₂O₃提高13个数量级。在陶瓷成型体中原位生长CNTs是一步法制备CNTs/陶瓷复合材料的新方法,可用于发展高性能的结构陶瓷和具有导电导热等多功能特性的新型陶瓷复合材料。     

Al2O3/(纳米)Fe3Al复合材料位错形貌的TEM观测

利用TEM对Fe₃Al/Al₂O₃复合材料的位错形貌进行了观测分析,观察到Fe₃Al/Al₂O₃中丰富的位错组态。根据透射电镜观察,引入Fe₃Al后,Al₂O₃晶内产生大量位错,位错多产生于Fe₃Al于Al₂O₃相界面附近,亚界面的形成使基体晶粒再细化,使强度提高。在Fe₃Al中观察到超点阵位错,对材料起到"有序强化"作用。      

Fe3Al/Al2O3复合材料制备工艺研究

探索了一种新型复合材料的熔渗烧结制备工艺, 它不仅是新工艺的探索, 更重要的是为这种新型材料的无压烧结和开发利用进行了有益的探索。实验表明, 熔渗烧结法是一种可行的复合材料制备方法。      

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

Ti/Al2O3复合材料制备及其力学性能

利用放电等离子烧结(SPS)制备了性能优异的40%(体积分数)Ti/Al2O3复合材料,其弯曲强度、断裂韧性、显微硬度和相对密度分别为897.29MPa、17.38MPa·m1/2、17.13GPa和99.24%.SEM和HREM对复合材料的微观结构分析发现,晶粒细化、位错环强化等是材料强度提高的主要原因;裂纹的偏转和桥联是材料韧性提高的关键所在.     

Al2O3颗粒形貌对注凝成型ZrO2/Al2O3陶瓷性能的影响

采用3种不同形貌的Al₂O₃原料对注凝成型制备ZrO₂/Al₂O₃（ZTA）陶瓷工艺中悬浮体的流变性能进行了研究。以低毒的单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）制备了ZrO₂/Al₂O₃坯体和陶瓷。讨论了3种不同形貌的Al₂O₃原浆料的分散剂用量、球磨时间和固含量对浆料流变性的影响。Al₂O₃粉体呈扁平状有利于降低浆料的黏度,Al₂O₃粉体呈棒状对生坯强度的提高有利。制得的3种ZrO₂/Al₂O₃坯体颗粒间结合紧密,抗弯强度分别达到21.45,19.87,25.90 MPa。Al₂O₃粉体呈颗粒状有利于最终陶瓷力学性能的提高,陶瓷的抗弯强度及断裂韧性分别为680 MPa和7.49 MPa·m^1/2,453.1 MPa和6.8 MPa·m^1/2,549.4 MPa和6.34 MPa·m^1/2。     

A12O3陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Al2O3陶瓷增韧技术和A12O3陶瓷增强金属基复合材料的研究进展,指出复合增韧是未来A12O3认陶瓷增韧技术的发展方向;金属表面自生Al2O3防护层技术是提高金属耐蚀性,降低成本的有效方法;三维网络Al2O3陶瓷/金属复合材料具有更优良的力学性能;仿生设计和计算机模拟技术是开发新型网络Al2O3陶瓷骨架的重要手...     

Fe/Al2O3复合材料的制备和性能

用石墨埋烧方法制备Fe/Al₂O₃复合材料,对其力学性能和微观结构进行了分析。结果表明:Fe/Al₂O₃复合材料的弯曲强度与断裂韧性均随Al₂O₃含量的升高先升高后降低,当Al₂O₃含量（质量分数）为70%时,其弯曲强度与断裂韧性分别达到602.49 MPa和9.33 MPa·m¹/2,其硬度随Al₂O₃含量先降低后升高。在烧结过程中在Fe颗粒周围形成一种成分为FeO与FeAl₂O₄的壳体,在壳体与Fe颗粒之间存在微裂纹缺陷。壳体的形成和壳体与金属颗粒间的微裂纹钝化了外部应力,从而提高了复合材料的韧性。     

燃烧合成ZrB2 / Al2O3 复合粉体及其界面分析

采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B₂O₃ + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB₂ / Al₂O₃ 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB₂ 和Al₂O₃ 为主要存在形式, ZrB₂ 和Al₂O₃ 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB₂ 和Al₂O₃ 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB₂ 的结晶过程有关。      

Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

Al2O3 短纤维结构分析

综合利用TEM、XRD 及偏光技术研究了D₂Al₂O₃ 短纤维的结构。得出纤维具有分层结构。纤维外表面是由具有H₂Al₂O₃ 的织构所组成, 织构轴为
[011], 纤维心部是细小的D₂Al₂O₃多晶结构。      

多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能

为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe₂O₃（0.01wt%~0.09wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的3 mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（3Y-TZP）粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求（≥ 800 MPa）;在无色瓷层中掺杂微量Al₂O₃（0.1wt%）可以改善Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe₂O₃（0.01wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe₂O₃掺杂量的继续增多（≤ 0.09wt%）挠曲强度降低。      

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。     

纳米Al2O3-碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备及力学性能

采用叠层模压法制备了纳米Al₂O₃-碳纤维织物多尺度增强聚酰胺基（nano Al₂O₃-CFF/PA6）复合材料层压板。借助场发射扫描电子显微镜（FESEM）、同步热分析仪（TGA/DSC）和FTIR,研究了模压温度、压力和纳米Al₂O₃加入量等因素对nano Al₂O₃-CFF/PA6复合材料力学性能的影响。研究表明：在模压温度为230℃、模压压力为3 MPa和保压时间为15 min时,CFF/PA6层压板的弯曲强度为250.3 MPa,层间剪切强度为87.6 MPa,平行层厚方向的冲击强度为41.2 MPa,垂直层厚方向为9.6 MPa。当基体中的Al₂O₃含量达到6wt%时,nano Al₂O₃-CFF/PA6层压板的弯曲强度为387.6 MPa,层间剪切强度为35.7 MPa,平行和垂直层厚方向的冲击强度分别为80.3 MPa和25.6 MPa。