温度对晶须增韧陶瓷刀具材料力学性能的影响：Ⅱ.高温断裂韧性的研究

采用表面受控裂纹法,在室温至1000℃范围内对SiC晶须增韧Al_2O_3陶瓷刀具材料JX-1的高温断裂韧性进行了测试和研究。结果表明,在低于800℃时,断裂韧性随温度变化很小,而在800℃以上断裂韧性随温度的升高而呈上升趋势。试件断口的SEM及TEM分析表明,高温下SiC晶须内部除低温存在的层错和孪晶结构外,还有大量位错的产生,并且晶须与基体的界面发生了塑性流动,。对加载速率对高温断裂韧性测试结果的影响也进行了研究。     

FeCuCoY超细合金粉末胎体的烧结及其力学性能研究

采用共沉淀还原扩散法制备了不同Y含量的FeCuCoY超细合金粉,并采用真空热压机将之烧结为胎体试样块.重点研究了Y含量、烧结温度(700℃～900℃)对FeCuCoY胎体断口形貌、相对密度、硬度和抗弯强度的影响.实验结果表明:添加适量Y元素可明显改善FeCuCo超细合金粉胎体的硬度和抗弯强度,并能在一定程度上加快胎体烧结过程的进行.在不同的烧结温度下,FeCuCoY超细合金粉胎体的断口为沿晶断裂和穿晶断裂的混合型断口,且穿晶断裂所占比例随着温度的升高而增大;Y元素在合金中的最佳添加量为0.5wt.%,最佳烧结温度为800℃.此时,胎体的相对密度为98.0%,硬度为103.6HRB,抗弯强度为1531.41MPa.     

温度对晶须增韧陶瓷刀具材料力学材料的影响：Ⅰ高温抗弯强度的研究

采用两种不同尺寸的试件，在室温－１０００℃范围内，对ＳｉＣ晶须增韧Ａｌ２Ｏ３陶瓷刀具材料ＪＸ－１的高温抗弯强度进行了测试。结果表明，在６００℃之前，抗弯强度值变化很大，大约在８００℃左右出现一个峰值，随着温度的继续升高，抗弯强度显著下降。     

碳化硅晶须改性反应烧结碳化硅陶瓷的显微结构及性能

以碳化硅晶须为增强体、碳化硅--碳为基体制备晶须增强反应烧结碳化硅复合材料,研究了碳化硅晶须、碳含量对复合材料显微结构与性能的影响。结果表明:碳化硅晶须经高温反应烧结后仍保持表面的竹节结构,且晶须增强体与反应烧结碳化硅基体间形成适中的界面结合强度;材料断口处有明显的晶须拔出,当碳黑含量为6%(质量分数)时,随着晶须含量的增加,材料的抗弯强度从200MPa提高到310MPa(晶须含量15%),当碳黑含量为18%时,随着晶须含量的增加,材料断裂韧性从3.3MPa·m1/2提高到4.3MPa·m1/2;碳化硅晶须含量过高时,晶须的"搭桥"效应导致材料中含有较多的游离硅,限制了材料力学性能进一步提高;微氧化处理使材料表面形成致密、均匀的氧化膜,可显著提高反应烧结碳化硅的抗弯强度和断裂韧性。     

碳含量对反应熔渗法制备SiC晶须增强碳化硅陶瓷性能的影响研究

以SiC晶须作为增强体,通过酚醛树脂高温碳化裂解获得碳包覆的SiC晶须,与纳米碳化硅粉体、炭黑混合均匀形成复合陶瓷乙醇浆料.经过干燥、造粒、成型和排胶后获得SiCw-C-SiC素坯,利用反应熔渗法制备高体积分数的SiC晶须增强SiC陶瓷基复合材料.研究了碳黑含量对复合材料力学性能与显微结构的影响.通过扫描电镜照片显示,碳包覆的SiC晶须经高温反应熔渗后仍保持表面的竹节状形貌,且晶须与碳化硅基体间形成适中的界面结合强度,材料断口处有明显的晶须拔出;当炭黑含量为15wt％时,抗弯强度和断裂韧性达到最高值分别为315 MPa和4.85 MPa·m1/2,比未加晶须的SiC陶瓷抗弯强度提高了25％,断裂韧性提高了15％;当炭黑含量为20wt％时,复合材料中残留部分未反应的炭黑,制约其力学性能的提高.     

β-sialon-Al2O3-SiC系复相材料的高温强度和显微结构

研究了β-sialon-Al2O3-SiC系列复相材料在室沮至1400℃的抗折强度随温度的变化规律和显微结构。各试样的强度随温度增加而上升,并在1200℃时出现最大峰值,增强机制理解为残余应力松弛和试样表面氧化膜共同作用使其抗折强度增加。温度大于1200℃时,强度开始下降。显微结构研究显示：各温度下富SiC试样断口致密;β-sialon与SiC有很好的结合强度;刚玉和碳化硅颗粒以穿晶断裂为主。富Al2O3样中的刚玉颗粒在高温下较大的热膨胀弥合了与基质之间在中低温下存在的微裂纹间隙,有利于增加强度,其断裂形貌从低温时沿晶断裂转变到高温的穿晶断裂为主。各试样在1400℃时,仍然维持有46MPa至57MPa的高强度。     

SiC/(W,Ti)C陶瓷喷嘴材料的制备及其性能

本文以SiC为基体,添加(W,Ti)C固溶体增韧相,采用热压烧结工艺制备出新型Sic/(w,Ti)C陶瓷复合材料.研究表明:SiC/(W,Ti)C陶瓷材料的性能与(W,Ti)C的含量、成烧温度、保温时间等密切相关.随(W,Ti)C含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性增加,硬度减小;SiC/(W,Ti)C陶瓷复合材料的最佳性能参数为:抗弯强度631 MPa,维氏硬度25.944 GPa,断裂韧性4.38 MPa·m1/2.通过分析材料的显微结构和断口SEM照片,发现SiC/(W,Ti)C陶瓷材料的断裂机制为沿晶和穿晶断裂特征同时并存,即断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂相结合的混合断裂.     

烧结温度对BN-ZrB_2-ZrO_2复相陶瓷结构与性能的影响

以h-BN为基体材料,ZrO2、AlN、B2O3和Si等为改性剂,采用反应热压烧结工艺制备BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷,研究了烧结温度对BN基复相陶瓷物相组成、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:提高烧结温度可促进ZrB2相的形成,烧结后的复合陶瓷中出现SiAlON相;随烧结温度升高,样品相对密度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高后降低趋势,烧结温度为1 900℃时材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最高,分别为95.2%、226.0MPa和3.4MPa·m1/2。ZrB2相的存在显著提高了BN基复相陶瓷的力学性能。与热压烧结纯BN陶瓷相比,BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷的抗弯强度提高了183%,且该复相陶瓷主要以沿晶断裂为主,高温下烧结的样品中出现晶粒拔出现象,并伴随有少量穿晶断裂。     

三向碳／碳复合材料的高温断裂特征

研究了在机械/热模拟机上完成的三向编织碳/碳复合材料的高温拉伸力学性能实验及高温断裂特征。同时对断口形态进行了分析。实验结果表明:碳/碳复合材料在高温(1600～3000℃)拉伸曲线特征不同于它在较低温度及室温的特征。拉伸强度随温度的增高而增加,在2400℃时达到最大值,而后随温度增高而降低。断裂应变是随温度的增高而增加。断口分析发现碳/碳复合材料在高温下的断口组织要比低温光滑,且拉出纤维比低温少。     

煅烧对硫酸钙晶须结构及稳定性的影响

不同温度下煅烧硫酸钙晶须,并用XRD测定煅烧产物的结构,发现其晶型和晶格结构均有变化,600 ℃左右煅烧的硫酸钙晶须晶格结构最为致密.硫酸钙晶须的水化试验表明:不同温度煅烧的硫酸钙晶须具有不同的稳定性, 600 ℃以上温度煅烧的硫酸钙晶须具有很好的稳定性,并且煅烧硫酸钙晶须的晶型和晶格结构差异是其稳定性不同的主要原因.     

PcBN复合片抗弯强度的分析

通过对不同温度下烧结PcBN复合片的cBN层抗弯强度（TRS）进行检测，发现在该实验条件下TRS值随着温度的升高而递增，穿晶断裂也随着温度的升高而增多，并且PcBN层边缘比中心的穿晶断裂数量多，粗粒度的以穿晶断裂为主。这说明温度对cBN颗粒间结合强度起主要作用。     

碳化硅陶瓷的高温疲劳断裂特征及断裂机理

研究了烧结碳化硅在１２００℃和１３７０℃高温条件下的动、静疲劳性能，结果发现由于烧结密度较低，材料的抗弯强度不高，但高温疲劳强度没有明显下降，并且动、静疲劳性能相近。断口观察和缺陷“冻结”分析表明在最大拉应力区附近的烧结缺陷的尖角处常是裂纹源，在此处萌生的裂纹沿烧结缺陷联结成为主裂纹并导致断裂。最后作者提出了陶瓷材料高温疲劳损伤的杂质空穴复合作用机制。     

合成莫来石烧结工艺对其抗弯强度的影响

系统研究了合成莫来石烧结工艺对其抗弯强度的影响。结果表明经1300℃,3h+1500℃,4h处理的试样的常温抗弯强度最高;在800℃以前,其高温抗弯强度基本不变,在接近于1000℃时突然上升,而后又快速下降。借助于SEM照片,对实验条件下的断裂机理进行了深入分析,指出了断裂方式,并从微观上解释了抗弯强度的测定结果。     

碳酸钙晶须对碱激发矿渣力学和热稳定性能的影响

为探讨CaCO3晶须对碱激发矿渣的强化机理,本文研究了不同晶须掺量(0％～9％)对碱激发矿渣力学和热稳定性能的影响,研究结果表明:CaCO3晶须可通过减少基体的微裂隙从而显著提高碱激发材料的力学性能;当晶须用量为6％时,强化效果达到最佳,碱激发材料的抗压和抗弯强度分别提高了22.7％和79.9％,另外由于CaCO3晶须在低于650℃时具有较高的热稳定性,因此,在此温度区间内掺加晶须的碱激发材料的热稳定性得到了显著强化.     

硫酸钙晶须增强石膏板的研究

将煅烧后的硫酸钙晶须应用于石膏板制备中,通过对石膏板断裂强度的测定和晶须在石膏板中的SEM、EDS分析,研究了不同养护条件下硫酸钙晶须对石膏板断裂强度的影响及其在石膏板中的稳定性,并探讨了其作用机理.研究结果表明:无论是自然养护还是40℃恒温养护,硫酸钙晶须均可以提高石膏板的断裂强度;在自然养护24 h,晶须添加量为1％时,石膏板断裂强度可达7.04 MPa,较空白样提高约20％;硫酸钙晶须经煅烧预处理后可以稳定存在于基体石膏中,其形貌和晶型不会发生改变,并与基体石膏紧密结合而形成空间网络结构,从而提高了石膏板的断裂强度.     

高温处理对单向碳纤维增强无机聚合物复合材料力学性能的影响

采用料浆浸渍辅助超声处理工艺成功制备了单向碳纤维增强无机聚合物基复合材料,并在1100 ℃、1200 ℃、1300 ℃和1400 ℃下对其进行高温处理.研究了无机聚合物和复合材料的热稳定性、相演变过程、力学性能变化等.结果表明,经高温处理后复合材料和无机聚合物均完成陶瓷化过程,析出白榴石晶相,并且由于碳纤维和基体之间界面反应的存在,与无机聚合物相比复合材料具有较差的热稳定性.随处理温度的提高,复合材料力学性能先升高再降低,经1200 ℃高温处理后复合材料达到最高的弯曲强度和断裂功,比处理前复合材料分别提高了28%和11%;高温处理后复合材料强度的提高主要是由于基体完成陶瓷化,基体和纤维的界面结合强度提高,界面能够有效传递载荷;随处理温度继续升高,界面反应造成碳纤维损伤严重,并且由于基体和碳纤维热失配形成的残余应力也逐渐升高,二者共同作用造成复合材料性能急剧下降.     

Al2O3/ZrB2/ZrO2复合陶瓷材料的制备与性能

将ZrB2和ZrO2添加入到Al2O3基体中,采用熟压法制备了Al2O3/ZrB2/ZrO2复合陶瓷材料,ZrB2和ZrO2的体积含量分别为(92.2±0.1)%和(7.8±0.1)%.对复合材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析.结果表明:当ZrB2/ZrO2体积分数为20%时,所制备的复合陶瓷的综合力学性能最优,其相对密度,抗弯强度和断裂韧度分别达到96.3%,520.5MPa和6.1 MPa·m1/2.Al2O3/ZrB2/ZrO2复合陶瓷断面的断裂模式为沿晶断裂和穿晶断裂混合模式.通过高温氧化试验发现Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料在500～700℃时开始氧化.     

四针状氧化锌晶须改性硅橡胶的性能

制备了四针状氧化锌晶须（ZnOw）/硅橡胶复合材料;详尽地研究了晶须改性硅橡胶复合材料的力学性能、热稳定性及阻尼性能;通过扫描电镜观察了材料的断面以及晶须在基体中的分散性。结果表明：随氧化锌晶须填充量的增加,硅橡胶的力学性能降低,热稳定性和阻尼性能有明显的提高。当填充量为20份时,与纯硅橡胶相比,复合材料的热分解温度提高了近10 ℃,最大损耗因子提高了21%,有效阻尼温域向高温偏移了约15 ℃。     

稻壳制备碳化硅晶须

通过稻壳先炭化再高温合成两步法制备出碳化硅晶须,考察温度、催化剂、合成气氛和时间对碳化硅晶须形成的影响。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射对合成的碳化硅晶须进行表征,分析碳化硅晶须形成机理。结果表明:SiC晶须的形成温度不低于1 200℃,在合适的温度范围内,温度越高,SiC晶须的产量越高;1 400℃为适宜的加热温度。在真空条件下无碳化硅晶须生成,通Ar保护和加入催化剂能促进碳化硅晶须的形成和长大。控制时间在2h左右,随着合成时间的延长,碳化硅晶须量增加。碳化硅晶须为竹节状直晶、光滑直晶和弯晶,其中直晶居多,组成为β-SiC。由稻壳制备碳化硅晶须的形成机理制为在催化剂作用下的气-液-固和气-固机理。     

超重力场中影响碳酸钙晶须断裂的影响因素分析

主要探究了超重力场中制备工艺条件对碳酸钙晶须断裂程度的影响规律。包括碳化温度、旋转床转速、干燥时间等因素对碳酸钙晶须断裂程度的影响,并采用SEM和XRD表征了晶须状碳酸钙的表面形貌以及晶体结构。实验结果表明:当旋转床转速一定时,较高的碳化温度有利于文石相碳酸钙晶须的生成,但随碳化温度的升高容易加剧晶须的断裂;当碳化温度一定时,旋转床转速的增加容易加剧碳酸钙晶须的断裂;在100℃下对碳酸钙晶须进行干燥,当干燥时长超过70 h时,碳酸钙晶须会出现明显的断裂,且随干燥时长的增加而加剧;在本文实验范围内:碳化温度为70℃,旋转床转速为1400 r·min~(-1),干燥时长30 h内所制备的碳酸钙晶须的长径比可达19.4,平均短径为144 nm,文石相含量为97.48%且形貌保持完整。研究结果对碳酸钙晶须的工业化生产具有一定的指导意义。