ZrO2-Al2O3复相陶瓷的研究

采用工业ZrO2,Al2O3为原料,通过适当的工艺制备出ZrO2-Al2O3复相陶瓷.研究结果表明:添加Al2O3可有效地抑制ZrO2晶粒的生长,有利于使ZrO2晶粒以亚稳四方相存在,从而提高材料的强度与断裂韧性.Al2O3质量分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别为676.7MPa,10MPa*m1/2.相变增韧与颗粒弥散增韧作用相互叠加提高了复相陶瓷材料的力学性能.     

ZrO2含量对Al2O3/ZrO2复相陶瓷微观结构和力学性能的影响

本研究以耐磨结构陶瓷的应用为目标,研究了Al2O3-ZrO2复相陶瓷中加入不同的ZrO2陶瓷材料对微观结构及其力学性能的影响,分析了ZrO2在复相陶瓷中所起的作用.结果表明:随ZrO2含量的增加,在相同烧结温度下,晶粒变小,材料的力学性能提高.当ZrO2加入量为55％时,复相材料的抗折强度503MPa,断裂韧性12.80 MPa·m1/2,密度4.88 g·cm-3,硬度(HV)为1432 kg ·mm-2.探讨了Al2O3/ZrO2复相陶瓷的增韧机理.     

Al2O3增强ZrO2陶瓷的制备及性能研究

本文采用热分解法制备Al2O3微粉、化学共沉淀法制备(Y,Ce)—ZrO2超细粉,通过适当工艺制备出ZrO2／Al2O3复合陶瓷。经研究发现,添加Al2O3,可抑制ZrO2晶粒的长大,提高基体的强度和韧性。当Al2O3含量达到30%(质量分数)时,复合陶瓷的抗弯强度为986MPa,断裂韧性为13.7MPa*m1／2。材料性能的提高可归结为Al2O3颗粒的弥散增韧和ZrO2陶瓷的相变增韧叠加作用的结果。     

Al_2O_3增强ZrO_2陶瓷的制备及性能研究

本文采用热分解法制备Al2 O3 微粉、化学共沉淀法制备 (Y ,Ce)—ZrO2 超细粉 ,通过适当工艺制备出ZrO2 /Al2 O3 复合陶瓷。经研究发现 ,添加Al2 O3,可抑制ZrO2 晶粒的长大 ,提高基体的强度和韧性。当Al2 O3 含量达到 30 % (质量分数 )时 ,复合陶瓷的抗弯强度为 986MPa ,断裂韧性为 13 7MPa·m1/ 2 。材料性能的提高可归结为Al2 O3 颗粒的弥散增韧和ZrO2 陶瓷的相变增韧叠加作用的结果     

Al_2O_3–SiC复相陶瓷的摩擦磨损特性

用真空热压工艺制备了Al2O3-SiC复相陶瓷.对热压烧结的纯Al2O3以及Al2O3-SiC复相陶瓷进行了摩擦磨损实验,研究了SiC添加量对复 相陶瓷摩擦磨损性能的影响.结果表明:在压力为25 MPa,1635℃热压烧结1h,当SiC的质量含量为5%时,Al2O3-SiC复相陶瓷的耐磨性最佳,虽摩擦系数最大(0.61,Al2O3则为0.46),但磨损率(WR)仪为5×10-4mm3/(N·m).Al2O3-SiC复合材料的磨损机理为脆性断裂引起的磨粒磨损,材料的 WR与断裂韧性(KIc)和Vickers硬度(Hv)的乘积(KIc1/2HV5/8)成反比.     

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析

为了提高Al2O3陶瓷的抗热震性及强度,在Al2O3基陶瓷中添加SiC、nano-ZrO2+SiC,利用无压烧结工艺,制备了用于太阳能热发电的Al2O3-SiC及Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC复相陶瓷。材料的EPMA分析结果表明:样品中ZrO2颗粒在室温下为以亚稳四方相存在,在裂纹尖端应力场的作用下,ZrO2粒子发生四方相→单斜相的相变吸收能量,从而提高了材料强度及断裂韧性;原料中的部分SiC颗粒发生氧化反应,反应生成莫来石,针棒状莫来石形成桥连结构,阻止热震情况下产生的微裂纹发展成危险裂纹,从而提高材料抗热震性。SEM研究显示,SiC晶粒在外力作用下发生穿晶断裂、被拔出及桥结作用。     

ZrO2和Ni复合掺杂对Al2O3陶瓷结构及性能的影响

利用非均相沉淀包覆-热还原工艺制备粒径分布均匀、表面光滑的球形Al2O3/ZrO2/Ni,Al2O3/Ni,Al2O3/ZrO2复合结构粉体,再经真空热压烧结得到相应的复合陶瓷.通过X射线衍射和扫描电镜对前躯体、热还原粉体及烧结陶瓷的成分及结构进行了表征,并对陶瓷的力学性能、介电常数进行了检测和分析.实验结果表明:金属Ni的引入抑制了Al2O3的致密化,细化了晶粒,强化了氧化铝晶界,使氧化铝发生穿晶断裂而起到增韧效果;ZrO2对Al2O3陶瓷致密化及细化晶粒作用不明显,但通过相变增韧或形成弱界面起到了较好的增韧作用;Al2O3/ZrO2/Ni复合材料的断裂韧性增加值并未高于Al2O3/Ni和Al2O3/ZrO2 2种复合材料断裂韧性增加值之和,但增强了空间电荷的极化,使复合材料具有较高的介电常数.     

Al_2O_3–ZrO_2复相陶瓷的低温力学性能和热学性能

采用无压烧结法制备Al2O3–15%（质量分数）ZrO2（简称ZTA）复相陶瓷,研究了ZTA复相陶瓷在293～77K的力学性能以及300～5K的热学性能,分析了ZTA复相陶瓷在不同温度断裂时断面上ZrO2发生的相变量和相变区宽度。结果表明：ZTA复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度均随温度下降而逐渐提高;77K时抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度比293K时分别提高了10.8%、19.7%和10.4%;ZTA复相陶瓷的热导率随温度下降先增大,在97K时达到最大值,然后随温度下降而降低。低温环境增强了ZTA复相陶瓷中应力诱导t-ZrO2→m-ZrO2的相变增韧效应,提高了ZTA复相陶瓷的低温力学性能。ZTA复相陶瓷具有良好的低温力学性能和较小的低温热导率,是一种有广阔应用前景的低温结构陶瓷材料。     

ZrO2-Al2O3复相陶瓷的研究

以纳米ZrO 、微米Al O 为原料,采用无压烧结方式制备了ZTA 复相陶瓷。结果表明:nano-ZrO 的 2 2 3 2加入有利于制备细晶ZTA 复相陶瓷。此外,nano-ZrO 的加入对 Al O 陶瓷的显微结构也产生影响,ZrO 颗粒以 2 2 3 2“晶内型”和晶界型两种形式存在。合理的配方组成及制备工艺有利于 Z r O 以四方亚稳相存在。Z r O 含量为 2 23 0 w t % 时,其四方相含量可达 6 9 %,有利于应力诱导相变增韧,该 Z T A 复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别达到 604MPa、6.87MPa·m1/2。     

无压烧结Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的研究

以Al2O3颗粒为增强体,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用无压烧结方法,在组分优化的基础上,制备的锆英石基复相陶瓷室温抗弯强度和断裂韧性分别可达371 MPa和3.4 MPa·m1/2;采用XRD、SEM分析样品的相组成和显微结构,结果显示:确定ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2的存在;确定复相陶瓷的强韧化是由Al2O3颗粒引发的裂纹偏转、微裂纹增韧和由ZrSiO4分解而来的ZrO2相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

纳米ZrO2对Al2O3陶瓷性能的影响

以纳米ZrO2,微米Al2O3为原料,采用无压烧结方式制备了ZTA复相陶瓷.结果表明:纳米ZrO2的加入有利于制备细晶ZTA复相陶瓷.此外,nano-ZrO2的加入对Al2O3陶瓷的显微结构也产生影响,ZrO2颗粒以"晶内型"和晶界型2种形式存在.合理的配方组成及制备工艺有利于ZrO2以四方亚稳相存在.ZrO2质量分数为30%时,其四方相质量分数可达69%,有利于应力诱导相变增韧,该ZTA复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别达到604MPa,6.87MPa·m1/2.     

MgO引入量对反应烧结ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷性能的影响

以锆英石粉和α-Al2O3粉为原料,同时引入不同量的MgO(分别占ZrO2含量的0、3.5%、5%、8%、10%和20%)作烧结助剂和t-ZrO2的稳定剂,采用反应烧结法,分别于1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃和1650 ℃保温4 h制备了ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷.结果表明MgO的引入能促进ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷的烧结,并提高了t-ZrO2的含量,但同时对生成物相产生影响,抑制了莫来石的生成;在ZrO2含量为5%(w),MgO引入量为ZrO2含量的8%时,试样经1600 ℃烧成后,性能达到最佳,常温抗折强度和断裂韧性分别达到220 MPa和6.2 MPa·m1/2.     

ZrB2对Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷室温力学性能影响

Al2O3陶瓷具有优异的室温和高温性能,但其脆性大,断裂韧性较低,限制了其应用.采用热压烧结工艺制备了应用于不同环境的Al2O3-ZrB2-SiC复相陶瓷(简称AZS),主要研究不同含量的ZrB2对Al2O3-SiC基陶瓷性能的影响.力学性能研究发现,当Al2O3陶瓷中ZrB2和SiC的体积百分比分别为20％和5％时,AZS3陶瓷具有最高的强度和韧性,分别为508.5MPa和6.65MPa· m1/2,相比纯氧化铝陶瓷的468.6MPa和5.56 MPa· m1/22提高了8.5％和19.6％.     

机床用Al_2O_3/TiB_2复相陶瓷刀具材料的研究

以α-Al2O3和TiB2为主要原料,采用真空热压烧结工艺制备机床用Al2O3/TiB2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、断裂韧性、硬度值、相组成以及显微结构。结果表明,当α-Al2O3添加量为75 wt%,微米TiB2添加量为20 wt%时,所制备的Al2O3/TiB2复相陶瓷刀具材料性能最佳,其相对密度值为98.8%,弯曲强度为606.25 MPa,断裂韧性为4.85 MPa·m1/2,硬度值为26.55 GPa。最佳样品的主晶相为刚玉(Al2O3)和硼化钛(TiB2),次要晶相为氧化钇(Y2O3)。     

ZrO2-Al2O3-TiC纳微米复合陶瓷模具材料的研究

以钇稳定四方氧化锆(Y-TZP)、Al2O3、纳米级的TiC为主要原料,采用真空热压烧结工艺,制备了ZrO2-Al2O3-TiC纳微米复合陶瓷模具材料.研究了该材料的力学性能和微观结构.研究结果表明:当TiC含量为20vol%,Y2O3含量为3mol%时,制备的ZrO2-Al2O3-TiC复合陶瓷模具材料具有良好的力学性能.抗弯强度、断裂韧性和硬度分别达到824 MPa、10.7 MPa·m1/2和11.67 GPa.晶粒细化、穿晶断裂、颗粒桥联、裂纹偏转和相变增韧是主要的增韧补强机理.     

ZrO2对Al2O3-Mo金属陶瓷抗折强度的影响

采用粉末冶金工艺制备出Al2O3-Mo金属陶瓷,并结合显微结构及能谱分析研究了ZrO2的添加对Al2O3-Mo金属陶瓷抗折强度的影响.结果表明:zrOz对Al2O3-Mo金属陶瓷的抗折强度影响明显,添加2vol%ZrO2可使强度提高50%,添加10vol%ZrO2可实现金属陶瓷的抗折强度提高1倍;ZrO2主要通过相变增韧和微裂纹增韧基体Al2O3来实现对金属陶瓷的增韧.     

TZP用作陶瓷人工关节材料的研究

利用ZrO2增韧陶瓷主要靠四方相ZrO2(t-ZrO2)转变成单斜相（m-ZrO2)的马氏体相变来实现增韧的。本文研究了Y2O3和CeO2共同稳定四方ZrO2(TZP)制备工艺,并加入一定量的Al2O3,阻止ZrO2晶粒长大,提高材料强度。实验结果表明,经烧成的样品ZrO2的相组成为t-ZrO2,晶粒粒径＜1μm样品的抗折强度和断裂韧性均有提高,可以用作增韧人工关节材料。     

ZrO2纳米颗粒的添加对ZrO2/HA复合陶瓷物相和力学性能的影响

将液相掺杂CeO2和Fe2O3的钇稳定四方ZrO2纳米粉作为着色剂添加到微米ZrO2/HA体系中,1400℃烧结制备了ZrO2/HA纳米复合陶瓷.利用X射线衍射分析了复合陶瓷的物相组成;三点弯曲法、单边切口梁法及压痕法测试了陶瓷的力学性能;讨论了纳米氧化锆的添加对复合陶瓷力学性能及物相组成的影响,分析纳米氧化锆导致复合陶瓷力学性能改变的原因.根据复合陶瓷断裂前后单斜相氧化锆的含量变化,证实氧化锆纳米粉的添加不仅有利于复合陶瓷中四方相氧化锆的稳定存在,而且可以提高基体相变四方相氧化锆的含量,相变增韧作用加强.力学性能测试结果显示:体系中适量纳米氧化锆的存在可以提高材料的抗弯强度和断裂韧性20%以上,密度和硬度少量增加,但由于没有新物相引入,对弹性模量未造成影响.     

Y-TZP/Al_2O_3/Mo纳米复合材料的制备及其力学性能

纳米复相陶瓷材料是目前最接近于产业化的纳米陶瓷材料,已成为国际研究热点。添加金属第二相有可能同时提高纳米复相陶瓷材料的力学和摩擦学性能。为此,在钇稳定多晶氧化锆(yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystals,Y–TZP)/Al2O3纳米陶瓷的基础上,用ZrO2–Y2O3–Al2O3纳米复合粉体和金属Mo粉采用热压烧结的方法成功制备了Y–TZP/Al2O3/Mo纳米陶瓷–金属复合材料。研究了Mo含量对材料显微结构和力学性能的影响。结果表明:复合材料结构主要由晶界型、晶内型和纳米–纳米型3种类型的混合型组成,这种结构使材料具有非常高的断裂韧性,在Mo的质量分数为60%时,断裂韧性可达20.8MPa·m1/2。     

陶瓷雾化喷嘴研究与开发

以纳米ZrO2、微米Al2O3为原料制备纳米复相陶瓷喷嘴。试验证明纳米ZrO2的加入,有利于制备细晶ZTA复相陶瓷。ZrO2含量为26%时,有利于应力诱导相变增韧。喷嘴螺旋升角及其槽道数目可对出口雾化角产生明显影响。