等离子活化烧结制备石墨烯/羟基磷灰石复相生物陶瓷

以羟基磷灰石(Hydroxyapatite, HAp)为基体, 石墨烯(Graphene, rGO)作为增强相, 利用等离子活化烧结制备了石墨烯/羟基磷灰石(rGO/HAp)复相生物陶瓷。系统研究了rGO添加量对HAp陶瓷基体物相结构、生物活性及断裂韧性的影响。结果表明, rGO的加入有利于提高HAp陶瓷的生物活性。同时, 复相生物陶瓷的硬度与断裂韧性随rGO添加量的增加均表现出先升高, 后显著降低的变化趋势。当rGO添加量为2wt%时, 样品的硬度与断裂韧性分别达到6.97 GPa和0.84 MPa•m^1/2, 较纯相HAp陶瓷提高了11.5%和37.3%。研究表明rGO的拔出效应是导致复相陶瓷力学性能提高的主要原因。     

SiC含量对机械合金化-热压制备B4C-SiC复合陶瓷的影响

以B₄C、SiC粗粉为原料, 采用机械合金化辅助热压烧结工艺, 在不添加任何助烧剂的情况下于1950℃制备出致密的B₄C-SiC复合陶瓷。通过对烧结样品进行相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性测试, 研究SiC含量对复合陶瓷力学性能的影响; 结合XRD、SEM和TEM对样品进行组分和微观结构分析, 研究其微观结构与力学性能之间的关系。结果表明: 复合陶瓷的相对密度和断裂韧性随SiC含量的增加而增大, 当SiC含量为50wt%时获得最大值为96.1%和4.6 MPa•m^1/2; 复合陶瓷的硬度和抗弯强度随SiC含量的增加呈先增大后减小的趋势, 在SiC含量为20wt%时获得最大值25.5 GPa和480 MPa。SiC相均匀分布在B₄C基体中使得复合陶瓷具有较高的强度; B₄C与SiC之间好的界面相容性以及SiC的高断裂韧性是该B₄C基复合陶瓷韧性得到显著提高的原因。     

固体氧化物燃料电池力学性能和形变行为研究

通过流延成型、丝网印刷和共烧结法成功制备了阳极支撑的平板式固体氧化物燃料电池(SOFCs)。采用陶瓷样品同轴环施力方式和双扭法测试单电池的抗弯强度和断裂韧性分别为156.69 MPa与2.51 MPa•m^1/2。当阳极支撑体由陶瓷(NiO/YSZ)还原为金属陶瓷(Ni/YSZ), 其抗弯强度和断裂韧性分别为104.48 MPa与3.95 MPa•m^1/2。同时电池的弯曲变形测试表明: 单电池经过阳极还原后弯曲变形程度变大, 平整化压力从电池阳极还原前的108 N增加至184 N, 而电池抵抗破裂能力增强。本研究显示, 随着阳极支撑体还原后单电池的断裂韧性显著提高, 将有效减缓其弯曲变形所引起的不利影响, 改善单电池的综合力学性能。     

含有石墨烯阵列的SiC基陶瓷材料的制备与力学性能

碳化硅陶瓷是一种重要工程材料,但具有一定的脆性,这限制了其进一步应用。二维石墨烯具有诸多优良特性,可以作为第二相对碳化硅陶瓷材料进行性能改善。然而石墨烯在陶瓷基体中存在分散性较差等问题,难以发挥其对陶瓷基体的改性作用。为解决以上问题,本工作以陶瓷有机前驱体聚碳硅烷和工业可膨胀石墨为原料,通过前驱体-纳米插层技术制备了少层石墨烯纳米片(GNPs)的体积分数分别为1%、3%和5%的SiC/GNPs陶瓷基复合材料。GNPs在SiC陶瓷基体中呈阵列态平行排布,显示出极高的取向性;随着GNPs含量增加,阵列中GNPs的间距依次递减,表现出一定的微观组织拓扑可调节性;加入GNPs显著提高了SiC陶瓷的断裂韧性,当GNPs含量为3%时,样品的相对密度为98.5%,抗弯强度为445 MPa,断裂韧性达到最高值5.67 MPa·m^1/2,相比纯SiC陶瓷提高了40%,由GNPs引发的裂纹偏转与桥连是主要的增韧机制。而进一步提高GNPs含量,断裂韧性下降至4.37 MPa·m^1/2。这种含有石墨烯阵列的复合材料可以用于新型“结构-功能一体化”SiC基陶瓷器件的设...     

颗粒级配对固相烧结碳化硅陶瓷的影响

通过粗细碳化硅粉体的颗粒级配实现了致密固相烧结碳化硅(S-SiC)陶瓷的增强增韧, 系统研究了粗粉(~4.6 µm)加入量对烧结试样的致密化、微结构与力学特性的影响。结果表明: 当粗粉加入量不超过75wt%时, 可制备出相对密度≥98.3%的致密S-SiC陶瓷, 烧结收缩率低至14.5%;引入的粗粉颗粒产生钉扎作用, 显著抑制了S-SiC陶瓷中异常晶粒生长, 形成细小的等轴晶粒, 进而提高了S-SiC陶瓷的抗弯强度。同时, 粗粉颗粒的引入导致S-SiC陶瓷的断裂方式由穿晶断裂转变为穿晶-沿晶复合断裂, 使得S-SiC陶瓷的断裂韧性增强。对于粗粉引入量为65wt%的S-SiC陶瓷, 抗弯强度与断裂韧性分别为(440±35) MPa与(4.92±0.24) MPa•m^1/2, 相比于未添加粗粉的S-SiC陶瓷, 分别提升了14.0%与17.1%。     

TiB2颗粒增强反应结合B4C陶瓷的显微结构与性能

以微孔碳、颗粒级配碳化硼粉体、钛粉和硅粉为原料, 通过多孔预制体真空熔渗Si工艺制备了硼化钛颗粒增强的反应结合碳化硼复相陶瓷, 并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、EDS能谱和透射电子显微镜对复合材料的显微结构进行表征。结果表明: 在预制体中钛为15wt%时, 所制备的复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别为313 MPa和5.40 MPa•m^1/2。原位反应生成的硼化钛对材料的增韧补强起到了积极的作用。     

反应烧结B4C/Al2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B₂O₃、Al、石墨和B₄C粉体为原料, 采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷, 对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试, 采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP), 并以AZ陶瓷和B₄C陶瓷为对比靶板, 根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明, 复相陶瓷的主要成分为B₄C和Al₂O₃, 其中主相B₄C约占70wt%, 第二相Al₂O₃约占30wt%, 由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间; 复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm³, 41.5 GPa, 380 MPa和3.9 MPa•m^1/2, 其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%; 复相陶瓷的防护系数为7.34, 比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%; 在约束状态下, 各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。     

B4C-SiC复合陶瓷的制备及其物理力学性能研究

为提升B₄C基陶瓷的力学性能,利用热压烧结工艺在不同压力(30,35,40 MPa)下制备了B₄C-20%SiC(质量分数)复合陶瓷试样,并对其物理力学性能进行了研究。利用阿基米德排水法、压痕法、三点弯曲法、单边切口梁法测定复合陶瓷的密度、气孔率、维氏硬度、弯曲强度以及断裂韧性,同时利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析并表征复合陶瓷的微观组织、物相组成、断口形貌等。研究结果表明,B₄C-SiC复合陶瓷主要由B₄C和SiC两相组成,其微观组织随着烧结压力的增大而变得更加致密;当烧结压力由30增至40 MPa时,B₄C-SiC复合陶瓷的密度由2.22增至2.64 g·cm^-3,气孔率由1.47%降至1.02%,维氏硬度由17.0升至32.6 GPa,弯曲强度由312.7提升至447.6 MPa,断裂韧性由4.79增至7.21 MPa·m^1/2。当烧结压力达到40 MPa时,复合陶瓷断裂过程中,发生裂纹偏转,这种现象与致密的微观组织以及B<...     

TiC含量对WC-TiC-TaC硬质合金材料微观组织及力学性能的影响

本研究采用真空热压烧结技术, 在1600℃下制备了WC-TiC-TaC硬质合金材料, 研究了TiC含量对其微观组织及力学性能的影响。结果表明, 随着TiC含量的增多, 硬质合金材料的晶粒显著增大。当TiC的含量从10wt% 增加到25wt%时, 硬质合金材料的硬度逐渐增大, 最高可达19.81 GPa, 这是由于TiC的硬度高于基体WC的硬度; 与此同时, 硬质合金材料的抗弯强度和断裂韧度逐渐减小。当TiC的含量为10wt%时, 材料的抗弯强度有最大值, 其值为1147.24 MPa, 这是由于在材料内部形成了均匀、细小的晶粒组织; 在此含量下, 复合材料的增韧机理为细晶增韧、裂纹偏转、裂纹分支、裂纹桥接和韧窝增韧, 其断裂韧度有最大值, 为14.60 MPa·m^1/2。     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

层状ZrB2-SiC-G陶瓷在1300℃下的抗氧化性及其残余强度的研

采用流延-层叠-热压的方法制备了不同石墨界面层的层状ZrB₂-SiC-G超高温陶瓷, 研究其在1300℃下氧化0.5~10 h的氧化行为以及氧化时间对室温残余强度的影响, 观察了增重量随氧化时间的变化, 并对其物相和形貌进行了分析。结果表明, 石墨界面层中添加40vol% ZrB₂和10vol% SiC制备的层状ZrB₂-SiC-G超高温陶瓷, 室温弯曲强度为670 MPa, 断裂韧性为13.7 MPa·m^1/2, 氧化10 h后弯曲强度仍达429MPa, 断裂韧性仍达10.25 MPa·m^1/2, 优异的残余强度是由于表面形成了致密的SiO₂玻璃层而阻止了材料内部被氧化。     

成形压力对SiC/TiB2复合材料组织与性能的影响

基于熔融Si浸渗法制备出较致密的SiC/TiB₂复合材料, 并研究了坯体成形压力对SiC/TiB₂复合材料致密度、相组成、显微组织和力学性能的影响。实验结果表明, 复合材料由TiB₂、SiC和Si相组成。SiC/TiB₂复合材料的显微组织特征为: TiB₂相和SiC相均匀分布, 游离Si填充在TiB₂相和SiC相的空隙处, 且形成了连续相。随成形压力的增大, 复合材料中游离Si含量降低, TiB₂颗粒尺寸减小, 复合材料的力学性能先增加后降低。坯体最佳成形压力为200 MPa, 对应SiC/TiB₂复合材料的体积密度、开口气孔率、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为3.63 g/cm³、0.90%、(354±16) MPa、(6.8±0.2) MPa·m^1/2和(21.0±1.1) GPa。     

(SiCP/Cu)-铜箔叠层复合材料的制备与组织性能

采用浸涂法和热压烧结法制备了（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料,研究了SiC_P含量对材料组织结构、拉伸性能和断裂韧性的影响。结果表明,制备的（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料层间厚度均匀,界面结合力良好,增强颗粒SiC能够弥散分布于黏结相中和界面处。随着SiC_P体积分数的增加,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的抗拉强度和屈服强度都先增加后降低,当SiC_P的体积分数为20vol%（总体积为100）时,其抗拉强度和屈服强度达到最大值,分别为226.5 MPa和113.1 MPa,断裂方式主要为韧性断裂和部分脆性解理断裂。裂纹扩展方向平行于层界面时,材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加略有减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值16.96 MPa·m^1/2;裂纹扩展方向垂直于层界面时,（SiC_P/Cu）-铜箔叠层复合材料的断裂韧性随SiC_P体积分数的增加逐渐减小,SiC_P体积分数为15%时达到最大值12.51 MPa·m^1/2。