可加工Si3N4／BN复相陶瓷的制备及性能研究

采用化学溶液法混料，然后用氢还原氮化法制备出具有包覆结构的Si3N4／BN纳米复合粉体，复合粉热压后获得较高强度，同时又具有良好加工性能的复相陶瓷。扫描电镜(SEM)，X射线衍射(XRD)分析表明：复相陶瓷中氮化硼以六方晶(h-BN)均匀分布于以α-Si3N4为基体相的晶界与晶内，并抑制α-Si3N4的晶粒长大使基体晶粒细化。良好加工性能的获得是由于h-BN易沿其层间解理以及h-BN与α-Si3N4两相由于热膨胀失配产生的弱界面易在剪切方向剥层所致。     

Ti3SiC2/TiC复相陶瓷原位合成的研究

以Ti、Si和活性炭粉为主要原料,利用热压烧结工艺合成了Ti3SiC2/TiC复相陶瓷.研究了工艺条件尤其是不同保温保压时间对合成产物相组成及微观结构的影响,并结合XRD、SEM和热力学分析等探讨了反应合成机理.结果表明:热压温度为1400℃,25MPa保温保压4h时,得到了均匀、致密的Ti3SiC2/TiC强夹层复合陶瓷,其中TiC颗粒均匀地分布在Ti3 SiC2陶瓷基体中;同时保温保压时间对Ti3SiC2/TiC的合成起关键作用.     

基于自蔓延高温合成技术制备TiB_2-TiC复相陶瓷

采用由自蔓延高温还原合成法制取的TiB2和TiC陶瓷粉料,在不同组成和不同烧结温度下热压制取TiB2-TiC复相陶瓷材料,研究了其力学性能和微观结构特征。结果表明：随着TiB2含量增加,TiB2-TiC复相陶瓷材料的相对密度、硬度和抗弯强度呈现光增后减趋势,当TiB2含量为50％时,材料的力学性能最佳。随着烧结温度提高,复相材料的性能呈现先快后缓趋势增加。     

Si3N4/SiC纳米复相陶瓷化学制备工艺研究

用湿化学方法,通过非均匀成核方式将烧结助剂Al2O3,Y2O3均匀包覆到纳米SiC及Si3N4颗粒表面.经烧结助剂表面包覆修饰后的SiC,Si3N4粉体表现出相似的胶体特性,其等电点IEP分别从pH=3.4,pH=4.4移至pH=8.6,pH=9.2.在pH=7.5时,被覆烧结助剂的SiC,Si3N4颗粒都具有较高的Zeta电位正值,具有良好的分散性.然后,通过胶态悬浮液混合,将纳米SiC均匀分散到Si3N4基体中.从而实现纳米复相陶瓷中各相的均匀混合.实验结果表明,用湿化学方法制备的Si3N4/SiC纳米复相陶瓷材料具有较均匀的显微结构、良好的烧结性能和力学性能.     

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

以Y_2O_3和Al_2O_3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780 ℃保温2 h烧结,烧结体主要由板条状的Si_2N_2O及长柱状的β-Si_3N_4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间.Si_2N_2O相通过反应SiO_2+Si_3N_4=2Si_2N_2O原位生成.Si_2N_2O具有优异的抗氧化性,Si_3N_4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能.实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800 ℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200 ℃时,材料的残余弯曲强度保持不变.     

添加剂对Al2O3／BN可加工陶瓷性能的影响

采用Si3N4和SiC作为Al2O3／BN可加工陶瓷的添加剂，考察了添加剂种类和含量对材料力学性能及可加工性能的影响。研究表明，2种添加剂均对调节体系中由于热膨胀失配所引起的人的内应力起到积极的作用。材料的抗弯曲强度随添加剂含量的增加而提高，同时可加工性能略有降低。尤其是Si3N4的加入使体系在热压烧结过程中原位反应生成液相x-Sialon，显著降低了烧结温度，促进材料的致密化。     

基于自蔓延高温合成技术制备Al_2O_3-TiB_2复相陶瓷

采用由自蔓延高温还原技术合成的TiB2陶瓷粉料,结合商业Al2O3粉,在不同组成和不同烧结温度下热压制取Al2O3-TiB2复相陶瓷材料,对该材料的力学性能和微观结构特征进行研究。结果表明：随着TiB2含量的增加,Al2O3-TiB2复相材料的相对密度、硬度和抗弯强度呈现先增加后下降趋势,性能最佳点出现在TiB2含量为50％左右。而随着烧结温度的提高,上述性能呈现先快后慢增加趋势。     

高导热可加工复合材料的制备及性能

研究了氮气气氛无压烧结、气氛压力烧结和气氛热压烧结的制备方法对AlN/BN复合材料致密度的影响,提出了气氛热压烧结法为最佳制备方法.采用热压烧结法制备出高导热可加工的AlN/BN复合材料,并研究了热压烧结中不同BN含量对复合材料的致密度、热导率、强度、硬度等性能的影响,最后结合显微结构图片分析了复合材料在加工过程中裂纹的传播过程,从而解释了材料的可加工性得以提高的机理.     

ZrO2/Al2O3复相泡沫陶瓷过滤器制备工艺研究

采用有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷,研究了各种不同工艺因素对泡沫陶瓷性能的影响。采用XRD、SEM对泡沫陶瓷的相组成及微观结构作了分析与探讨。结果表明,在粘结剂聚乙烯醇加入量为0.5%,减水剂木质素磺酸钙加入量为0.5%,流变剂苏州土加入量为1.5%时,调整分散剂的加入量,当浆料中分散剂四甲基氢氧化铵的质量分数为0.9%时,可获得具有较佳分散性能的浆料。浆料的固相含量为85%时最适合挂浆的需求。对氧化锆氧化铝复合浆料进行进一步分析表明,氧化铝的加入量为20%时,浆料具有较小的粘度。烧结体的XRD分析表明,氧化铝加入量为20%时较好地抑制了t-ZrO2→m-ZrO2转变的发生,将大量的能发挥应力诱导相变的亚稳态四方相氧化锆保留了下来,从而提高了烧结体的力学性能。SEM分析也表明加入适量的氧化铝可有效抑制氧化锆晶粒的长大,并且起到颗粒弥散增强的作用。     

机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料的研究

以WC和α-Al_2O_3为主要原料,采用真空热压烧结工艺制备机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料。测试和分析了烧结样品的相对密度、弯曲强度、断裂韧度、硬度值、相组成以及显微结构。结果表明,当WC添加量为75%,微米α-Al_2O_3添加量为25%,烧结温度为1 600℃时,所制备的WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料性能最佳,相对密度值为99.1%,弯曲强度为706.3 MPa,断裂韧度为8.91 MPa·m1/2,硬度值为19.14 GPa。最佳样品的主晶相为碳化钨(WC)和刚玉(Al_2O_3)。     

B4C/BN层状陶瓷复合材料的研究

采用流延/层的方法制备了B4C/BN层状陶瓷复合材料,研究了材料结构、B4C/BN层厚比、基体厚度对陶瓷材料强度和断裂韧性的影响.采用三点弯曲法和压痕强度法分别测试了材料的弯曲强度和断裂韧性.采用SEM分析手段对层状陶瓷的显微结构和裂纹偏转进行了研究.结果表明,当B4C/BN陶瓷层厚比在15左右时,层状陶瓷的弯曲强度达到448 MPa,断裂韧性达到7.86 MPa.m1/2.BN的弱界面对裂纹的偏转、分层和残余应力增韧是使得陶瓷材料断裂韧性提高的主要原因.     

Ti3SiC2／Y-3TZP陶瓷复合材料可加工性能研究

以Ti3SiC2（10％～50％，体积分数，下同）和3Y-TZP粉为原料，采用等离子体放电烧结（SPS）方法，在外加应力50MPa，烧结温度1300℃条件下，制备了Ti3SiC2／3Y-TZP陶瓷复合材料。研究了Ti3SiC2含量对复合材料的力学性能和可加工性能的影响。实验结果表明，当Ti3SiC2含量大于30％时，复合材料表现出了良好的可加工性能。分析认为，Ti3SiC2材料的微观结构特征和多重能量吸收机制起到了重要作用。     

可加工AlN-BN复合陶瓷的制备

以碳热还原法合成的 AlN 粉末和市售 BN 粉末为原料,添加 5%Y2O3 为烧结助剂,利用无压烧结制备 AlN-15BN复合陶瓷,研究了烧结温度对 AlN-15BN 复合陶瓷相变、致密度、微观结构以及性能的影响,结果表明:Y2O3 可与 AlN粉末表面的 Al2O3 发生反应生成液相促进烧结,随着烧结温度的升高,复合陶瓷的致密度、热导率和硬度逐渐增加,片状的 BN 形成的卡片房式结构会阻碍复合陶瓷的收缩和致密。在 1 850℃烧结 3 h,可以制备出相对密度为 86.4%,热导率为104.6 W?m-1?K-1,硬度为 HRA56.2的 AlN-15BN复合陶瓷。研究表明,通过添加加工性能良好的 BN制备可加 AIN-BN复合陶瓷,是解决 AIB 陶瓷复杂形状成形问题的一个重要途径。     

B4Cp／AZ91D复合材料的制备及力学性能

采用搅拌铸造法制备出了B4Cp/AZ91D复合材料.对该复合材料进行显微组织观察表明,B4C颗粒分布较均匀,通过对材料的室温拉伸性能及硬度测试,发现添加了B4C颗粒后硬度明显提高,拉伸强度也有所提高.     

C/C-SiC-ZrC复合材料的制备及其力学性能

利用浆料浸渗技术将纳米ZrC粒子引入到CFRP先驱体中,裂解CFRP获得C/C-ZrC多孔体,然后采用液硅熔渗反应工艺制备了C/C-SiC-ZrC复合材料。使用SEM和XRD对材料微观形貌和组织进行了观察与分析。采用三点弯曲和单边缺口梁法(SENB)对C/C-SiC-ZrC复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别进行了测试。结果表明:采用浆料浸渗技术可以将纳米ZrC粒子均匀的弥散在C/C-ZrC多孔体中,随着引入ZrC纳米粒子含量的增多,C/C-ZrC多孔体孔隙率增大。经液硅熔渗反应后,获得的C/C-SiC-ZrC复合材料具有不同微观组织结构。力学性能测试发现,当纳米ZrC粒子含量为5%(质量分数)时,复合材料弯曲强度和断裂韧性达到了最大值;当ZrC粒子含量超过5%时,其弯曲强度和断裂韧性有所下降,表明适量纳米ZrC粒子的引入,可以改善C/C-SiC-ZrC复合材料的力学性能。     

Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料力学性能研究

以Ti3SiC2(10%～50%,体积分数)和HAp粉为原料,采用等离子体放电烧结(SPS)方法,在外加应力60 MPa,烧结温度1200℃条件下,制备了Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料.研究了Ti3SiC2含量对复合材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,随Ti3SiC2含量的变化,复合材料的强度和韧性均得到了提高和改善.分析认为,Ti3SiC2材料的微观结构特征和增韧机制起到了重要作用.     

碳化硼-硼化钛复合陶瓷的制备

研究了TiB2、TiC、Ti三种添加剂对超细B4C粉末的无压烧结(2 200℃×1 h)密度的影响.结果表明,加入Ti粉末对B4C的烧结没有产生明显的影响,最高密度不超过86%理论密度;而TiB2对B4C的烧结致密化有明显的促进作用,当TiB2含量达到50%时,复合陶瓷的烧结密度达到92%理论密度;TiC对B4C的烧结致密化影响比较复杂,过少或过多时均不能获得最高的烧结密度,当TiC含量为30%时,密度达到最高值(94.5%理论密度).B4C-TiC反应烧结陶瓷由B4C、TiB2、C三相组成.     

AlN和AlN/BN层状复合陶瓷的高温氧化行为

采用循环氧化法对单相AlN和层状AlN/h-BN复合陶瓷在1000及1300℃空气中的氧化动力学曲线进行研究.结果指出,在1000℃时,层状AlN/h-BN复合陶瓷的氧化增量低于单相AlN陶瓷;在1300℃时,其氧化动力学曲线分为缓慢增重、快速氧化增重和抛物线增重3个阶段,由xRD分析及扫描电镜观察发现,在1300℃氧化30 h后,试样已不存在BN相,并且由于界面层BN的氧化挥发而残留有微孔.