Al2O3/B4C复相陶瓷制备及其韧化机理的研究进展

Al_2O_3/B_4C作为一种优良的结构部件,在工业及国防领域都具有广阔的应用前景。简要论述了Al_2O_3/B_4C复相陶瓷材料的几种常用制备方法,如自蔓燃高温合成、无压烧结法、热压烧结法、机械合金化法等;重点综述了Al_2O_3/B_4C复相陶瓷材料的几种增韧方式及增韧机理,并简述了Al_2O_3/B_4C复相陶瓷材料的应用;最后,指出了Al_2O_3/B_4C复相陶瓷材料的研究不足之处以及下一步的研究动向。     

稀土氧化物La2O3/Y2O3增韧补强ZTA陶瓷材料及其耐磨性能研究

针对单一相ZrO_2增韧Al_2O_3(ZTA)陶瓷在提高韧性的同时不能合理兼顾其耐磨性能,利用稀土氧化物能促进复合陶瓷材料热压烧结的工艺特点,将La_2O_3/Y_2O_3添加到ZTA陶瓷材料中,XRD衍射图谱表明:La_2O_3/Y_2O_3的添加可以有效阻碍ZrO_2不稳态晶型相变,促进介稳态t-ZrO_2的形成。当添加量为4%(质量分数)时,烧结后晶粒分布最为均匀,致密程度高,其维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性分别比相应未添加稀土氧化物的ZTA材料提高了8%、21%、33%,且La_2O_3与Al_2O_3会发生原位反应生成片状LaAl_(11)O_(18),这种片晶不仅可以阻碍Al_2O_3、ZrO_2颗粒长大,还可通过晶粒拔出等增韧机制提高材料韧性。摩擦磨损试验结果表明:稀土氧化物的添加能提高ZTA陶瓷材料的耐磨性能,添加量为4%时其磨损率最低。     

机械化学合成Ni2Al3/Al2O3去合金化制备Raney-Ni/Al2O3复合粉体

以NiO粉和Al粉为原料,采用机械球磨诱发化学反应制备了Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。利用X射线衍射仪(XRD)和附带能量色散谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体球磨过程中的固态反应过程、表面形貌进行表征。将Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体用浓度为20%的NaOH溶液腐蚀2h,可得到纳米晶结构的Ni/Al_2O_3复合粉体。利用XRD和TEM对其物相和结构进行了表征。结果表明,球磨1h后混合粉末仍为NiO粉和Al粉,球磨3h后NiO粉和Al粉在机械力的作用下反应形成Ni_2Al_3和Al_2O_3粉体,机械力诱发的NiO和Al之间的反应属于突发型反应,继续球磨10h后形成Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体。Ni_2Al_3/Al_2O_3复合粉体在70℃、质量比为20%NaOH溶液中刻蚀2h,可获得Ni/Al_2O_3复合粉体。     

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。     

氧化铝陶瓷增韧技术研究

增强韧性成为Al2O3等结构陶瓷材料研究领域的摘要氧化铝陶瓷材料的脆性极大地限制了该项材料的推广及应用。核心与热点问题。详细探讨了近年来氧化铝陶瓷材料增韧技术的研究现状。     

ZBL低温助烧CaCu3Ti4O12高介电陶瓷的研究

采用固相合成CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)微波介质陶瓷基体粉体,通过XRD衍射仪、SEM扫描电镜表征掺杂ZnO-B_2O_3-La_2O_3(ZBL)低软化点玻璃助烧剂的(CCTO)陶瓷的物相组成及结构特点,研究ZBL玻璃的掺杂量对CCTO样品烧结性能及微波介电性能的影响。研究表明:添加10%(质量分数)ZBL玻璃的CCTO陶瓷在960℃烧结3h,能够获得较好的介电性能:εr=112,tanδ=0.0027,τf=-2×10-6/℃。     

稀土(Ln=Y/Yb)掺杂对Sm2Zr2O7陶瓷材料结构及热导率的影响

利用稀土Ln=Y/Yb对Sm_2Zr_2O_7进行A位取代掺杂,通过固相合成法制得Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料。分别利用XRD分析材料的晶体结构,SEM观察其显微形貌,激光导热仪测试其热扩散系数并计算得到热导率。结果表明,Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料为立方烧绿石结构,晶粒分布均匀,Yb~(3+)/Y~(3+)的掺杂降低了陶瓷材料的热扩散系数和热导率,其中Yb的作用更为明显。     

层状Ti3SiC2陶瓷的组织结构及力学性能

利用热压烧结TiH₂,Si和C粉获得了致密度大于98%的层状Ti₃SiC₂陶瓷。利用压痕法,在不同的载荷下测定了材料的维氏硬度, 发现其硬度值随载荷的增加而降低,在最大载荷30kg时,硬度值为4GPa。压痕对角线没有发现径向裂纹的出现。 这归因于多重能量吸收机制——颗粒的层裂、裂纹的扩展、颗粒的变形等。利用三点弯曲法和单边切口梁法测定了材料的强度和韧性分别为270MPa和6.8MPa·m1/2。Ti₃SiC₂材料的断口表现出明显的层状性质,大颗粒易于发生层裂和穿晶断裂,小颗粒易被拔出。当裂纹沿平行于Ti₃SiC₂基面的方向扩展造成颗粒的层裂,当裂纹沿垂直于基面的方向扩展时,裂纹穿过颗粒的同时,在颗粒内部发生偏转,使裂纹的扩展路径增加。裂纹的扩展路径类似人们根据仿生结构设计的层状复合材料。裂纹在颗粒内的多次偏转、裂纹钉扎以及颗粒的层裂和拔出等是材料韧性提高的主要原因。此外,在室温下得到的荷载-位移曲线,说明Ti₃SiC₂材料不象其它陶瓷材料的脆性断裂,而是具有金属一样的塑性。     

复相增韧Al_2O_3基复合材料成分设计初探

一、前言 陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、比模量大、化学稳定性好等优点,但作为结构零件,陶瓷材料的韧性往往不能满足使用要求。因此,提高陶瓷材料的韧性将是材料科学发展的一大方向。 理论研究表明,陶瓷断裂韧性可用下式表示:K_(IC)=(αE_(γi))~(1/2)。E是杨氏模量,γi是破坏能量。所以,通过改善孔隙、应力、晶粒等来提高陶瓷材料的破坏能量,可以达到韧化陶瓷的目的。50年代,人们曾在陶瓷中添加金属,利用金属塑变来吸收一部分外负载能量;70年代末,发现了ZrO_2马氏体相变可有效地提高陶瓷材料的断裂韧性;纤维或晶须增韧陶瓷材料的研究也在广泛深入地进行中。但金属陶瓷的脆性改善有限,相变韧化致使材料高温强度大幅度下降,纤维增韧陶瓷的制备工艺比较复杂。本文以Al_2O_3陶瓷为基,力图将上述陶瓷增韧的诸方法加以综合,探讨该类陶瓷基复合材料的复相韧化成分和机理,为进一步深入研究陶瓷基高性能复合材料作准备。 二、试验材料及方法     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。     

先进陶瓷刀具材料的发展与应用

先进陶瓷刀具材料具有耐高温、耐磨损、抗氧化等优良特性。在高速切削加工中得到了广泛的应用,本文介绍了国内外先进复合陶瓷刀具材料的性能和发展状况,针对陶瓷刀具材料的强度低和脆性大的缺点,阐述了目前比较常用的几种陶瓷刀具材料的增韧手段和机理以及先进陶瓷刀具的应用现状。     

基于扩展有限元的陶瓷复合材料多重增韧机制

为了提高陶瓷材料的断裂韧性和可靠度,改善材料抵御破坏的能力,将优化的多重增韧机制应用到氧化铝基陶瓷材料的开发中。相变增韧机制可以耗散部分能量,降低裂纹尖端处的应力集中程度,阻止或延缓裂纹扩展速率。当增强相分布较为合理、材料的致密度较高时,裂纹偏转与桥接增韧机制可以有效地削弱裂纹扩展动力,提高材料的断裂韧性。利用扩展有限元（X-FEM）手段讨论了裂纹扩展问题,为分析陶瓷复合材料的多重增韧机制提供了新思路。     

仿生设计的Al2O3／纤维增强树脂层状复合材料

把贝壳珍珠层的韧化机制和结构机理应用于陶瓷基复合材料的仿生设计中，制备出Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂及Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂叠层仿珍珠层复合材料。三点弯曲试验表明，与单相Ａｌ２Ｏ３相比，Ａｌ２Ｏ３／环氧树复合材料的断裂功提高２５％，而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂的断裂功提高８０倍Ａｌ２Ｏ３／环氧树脂复合材料的断裂形貌与珍珠层相似，裂缝曲折扩展；而Ａｌ２Ｏ３／芳纶纤维增强环氧树脂复合材料除具有     

陶瓷基复合材料的研究进展

本文对陶瓷基复合材料的发展和研究情况进行综述分析。主要内容有:陶瓷基复合材料的发展和应用前景;纤维材料,多种陶瓷基体材料的韧化研究;陶瓷基复合材料的制备加工技术;陶瓷增韧的力学机理和材料结构性能的研究情况。最后还就陶瓷基复合材料的进一步发展提出一些粗浅的看法。      

层状复合陶瓷断裂特性

层状复合是一种新型陶瓷增韧构型。本文着重讨论了层状复合陶瓷断裂特性，包括几种主要的增韧机制的分析和影响因素的讨论。     

陶瓷晶界应力设计

陶瓷材料的脆性一直是研究者们之为困扰的问题。在改进陶瓷材料的脆性上，经过近２０年的努力，在多相复合陶瓷的强化与增韧以及氧化锆的相变增韧等方面均取得了显著的效果，但是仍然未能在本质上解决陶瓷材料的脆性问题。本文提出对陶瓷材料的晶界应力进行设计，通过在陶瓷体内的应力作用来造成一个可以转移、消耗和吸收外来能量的机制，以达到本质上解决陶瓷材料的脆性问题。     

SiC陶瓷增韧的研究进展

碳化硅陶瓷以其优异的性能被广泛利用于各种领域，但其脆性限制了其性能的发挥，因此其增韧技术得到广泛研究并取得良好效果。综合评述了碳化硅陶瓷增韧机理和增韧方法的研究进展，包括晶须或纤维增韧、颗粒弥散增韧、表面改性技术增韧、自增韧、层状结构复合增韧的增韧机理和方法进。     

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...     

Research Progress of Laminated Composite Ceramic Cutting Tools

The design of the lamination structure based on bionic shell pearl layer is a successful method for toughening ceramics. Lamination with strong bonding interfaces is used to improve the mechanical property and low fracture toughness of ceramic cutting tools. Based on the idea of demand–design–preparation–analysis–failure, the development and research progress of laminated ceramic tools are reviewed herein. The research status of design, interlayer diffusion reaction, residual stress, toughening mechanism, and crack propagation path of the biomimetic laminated ceramic composite tool materials is mainly introduced. The major topics of current research include the creation of material systems, the evolution of microstructure, and the assessment of macroscopic mechanical properties. The entire mechanical properties of laminated ceramic tools are significantly influenced by the multicomposition design of the ceramic material system and the optimization design of structural parameters of layer number and layer thickness ratio. However, the research on the practical cutting application of laminated ceramic tools is limited. Cutting tool wear characteristics vary between laminated and homogeneous ceramic tools. The development of useful laminated ceramic cutting tools can greatly benefit from the study on failure mechanisms of laminated ceramic tools.