放电等离子法烧结制备SiC纳米管/ZrB2复合陶瓷的性能

以ZrB_2、SiC纳米管(SiCNTs)为主要原料,通过放电等离子法烧结制备了SiC纳米管/ZrB_2复合陶瓷。分析了SiC纳米管添加量对复合陶瓷的相对密度、微观结构和力学性能的影响。结果表明:添加SiC纳米管可以有效增强ZrB_2陶瓷的力学性能;当SiC纳米管的添加量为1 mass%时,复合陶瓷的力学性能最佳,其抗弯强度为786.53 MPa,维氏硬度为21.58 GPa,断裂韧性为5.21 MPa·m~(1/2)。     

SiC晶片增韧ZrB_2复合陶瓷材料的制备与性能

研究了以氮化铝(AlN)为助烧剂的碳化硅晶片(SiC_(pl))增韧二硼化锆(ZrB_2)复合陶瓷材料的制备工艺,并测定其抗弯强度、断裂韧性、致密度和显微硬度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面及断面形貌.复合陶瓷中SiC晶片的添加量分别为5%, 10%, 15%以及20%(体积分数, 下同),AlN作为烧结助剂添加量为3%.结果表明:适量SiC晶片的添加提高了SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的烧结致密度;SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的力学性能比纯ZrB_2陶瓷有所提高,抗弯强度和维氏硬度在5%SiC晶片添加量时达到最大,分别为(625.34±21.46) MPa和(14.60±0.84) GPa;断裂韧性在15%SiC晶片添加量时达到最大值(8.35 ± 0.26) MPa·m~(1/2).断口形貌观察表明主要增韧机制为裂纹偏转与晶片拔出.     

ZrB2在Al2O3-ZrB2复相陶瓷中的增韧性能

常压烧结制备了Al2O3和20wt%ZrB2/Al2O3复合陶瓷,用XRD和金相显微镜、SEM分析了其相组成、微观结构、断裂形貌,并用压痕法计算了陶瓷的断裂韧性。结果表明：Al2O3陶瓷自1500℃开始其相对密度超过99%,维氏硬度达到1897HV,断裂韧性为5.2?.3MNm-3/2;20wt%ZrB2/Al2O3复合陶瓷在1450℃时相对密度超过98%,维氏硬度达到1807HV,断裂韧性为6.7?.2MNm-3/2。微观形貌观察表明,ZrB2/Al2O3复合陶瓷韧性的增加是由于弥散分布的ZrB2在Al2O3陶瓷基体中起到遏制裂纹扩展和钉扎双重作用的结果。     

碳纤维对Ti/Al_2O_3复合材料力学性能的影响

采用真空热压烧结技术制备了Ti/Al_2O_3复合材料,在烧结温度1420℃,保温时间60 min,升温速率10℃/min(0~1200℃)和5℃/min(1200~1420℃)的烧结工艺下,研究了掺加碳纤维对Ti/Al_2O_3复合材料力学性能的影响。实验结果表明:碳纤维的掺入优化了复合材料的断裂模式,对Ti/Al_2O_3复合材料的力学性能有较为明显的影响。当掺入碳纤维体积分数为1%时,Ti/Al_2O_3复合材料的力学性能达到最佳,相对密度为97.62%,显微硬度为(16.6±2.32)GPa,弯曲强度为(381±11.25)MPa,断裂韧性为(7.2±1.19)MPa·m~(1/2)。     

包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC复合材料无压烧结

采用沉淀法制备了表面包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合粉体(不同含量的Yb_2O_3作为烧结助剂),并在1900℃无压烧结制备了ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合材料.研究Yb_2O_3添加量对复合材料致密化和性能的影响.结果表明,Yb_2O_3的添加在促进ZrB_2-SiC烧结致密的同时,也提高了ZrB2-SiC复合材料的力学性能.添加10% Yb_2O_3(质量分数, 下同)的ZrB_2-SiC复合材料的相对密度为89%,抗弯曲强度为158 MPa,断裂韧性为2.95 MPa·m~(1/2).     

添加AlN纳米Al_2O_3增韧SiAlON陶瓷及其性能的研究

非均相沉淀法制备的含有AlN、Al_2O_3的SiAlON陶瓷进行常压烧结,采用X线衍射仪(XRD)、电镜扫描(SEM)等方法研究了温度对该陶瓷相组成、显微结构和力学性能等方面的影响。结果表明:随着烧结温度升高,陶瓷晶粒形状由片状晶转变为高长径比的六方柱状SiAlON晶粒。该材料在原料配比的Z值为0.9时,且经1 750℃烧结得到的陶瓷性能相对较优。材料力学性能密度为3.290 g/cm~3、抗弯强度为910 MPa、维氏硬度值为1 580、断裂韧性达到了8.10 MPa·m~(1/2)。当烧结温度大于1 750℃时,生成了极大颗粒,材料微观结构恶化,密度、性能迅速下降。     

添加CaO对Al_2O_3陶瓷的物相、显微形貌和性能的影响

研究了CaO不同添加量(0%,1%,2%,3%,4%,5%,质量分数,下同)对Al_2O_3陶瓷的物相、显微形貌和机械性能的影响。研究结果表明:CaO加入后与Al_2O_3反应生成了CaAl_(12)O_(19)(CA6),并且随着CaO添加量的增加,CA6的物相逐渐增多,Al2O3陶瓷试样的体积密度和硬度逐渐减小。抗折强度和断裂韧性则呈现先增加后减小的趋势,当添加量为2%时,抗折强度和断裂韧性均达到最大值,分别为297 MPa和4.65 MPa·m~(1/2)。     

三元共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2粉体及陶瓷的制备与组织性能

采用醇水共沉淀法制备了三元共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2粉体,在600~1350℃温度范围煅烧后研究其物相转变过程。经1300℃煅烧后Al_2O_3/YAG/ZrO_2共晶成分粉体的物相由α-Al_2O_3、c-ZrO_2和YAG构成,且具有α-Al_2O_3相包裹c-ZrO_2相的特殊结构。将煅烧粉体在1550℃下热压烧结,制备具有内晶型结构的共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2复相陶瓷,其致密度、室温抗弯强度、断裂韧性和高温(1000℃)抗弯强度分别为98.8%、420 MPa、3.69 MPa·m~(1/2)和464 MPa,并对复相陶瓷组织结构的形成机理进行了探讨。     

Ti_3Si_(0.6)Al_(0.6)C_(1.98)陶瓷的制备与性能研究

采用原位热压工艺制备了高纯Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷,并测试了性能.以单质的Ti、Si、Al和石墨粉为原料,摩尔比Ti:Si:Al:C=3:0.6:0.6:1.98,在1500 ℃,30 MPa压力下保温1 h,高纯Ar气保护,制备试样的主要物相为Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98.制备的Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷的密度为(4.43±0.23) g/cm~3,电阻率为(0.31±0.01)μΩ·m,抗弯强度为(245.46±22.04) MPa,维氏硬度为(2.91±0.32) GPa, 断裂韧性为(5.63±0.39) MPa·m~(1/2).Ti_3Si_0.6Al_0.6C_1.98陶瓷中晶粒以板状晶为主,晶粒层状结构明显,断口形貌显示主要为穿晶断裂,晶粒的分层断裂、微裂纹的偏转桥接及滑移使材料具有独特的压痕特征.     

常压烧结制备ZrB_2-SiC复相陶瓷材料

以溶胶凝胶法合成的亚微米级和市售微米级ZrB_2粉体为原料,B4C和Mo为烧结助剂,在氩气气氛下,常压烧结制得ZrB_2-SiC复相超高温陶瓷材料.研究结果表明,亚微米级ZrB_2超细粉体的加入对ZrB_2-SiC复相陶瓷的常压烧结致密化有一定的促进作用,但对材料性能的影响不太明显.当超细粉体占到粉体质量的30%时,材料的相对密度约为97%.复相材料的三点抗弯强度为(327±56) MPa,弹性模量为(365±30) GPa,维氏硬度和断裂韧性分别为(12.30±0.75) GPa和(3.39±0.35) MPa·m~(1/2).另外,从材料的SEM照片明显看出,在压痕棱角尖端出现裂纹分叉现象,同时在裂纹延伸过程中发生偏转,断裂模式多为穿晶断裂,较少为沿晶断裂.     

SiC含量对ZrB_2-SiC-Zr_2Al_4C_5复相陶瓷性能的影响

采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备不同Si C含量的ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5复相陶瓷,并对其烧结特性、显微结构、力学性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明:掺入Si C化合物促进了复相陶瓷的致密化过程,抑制了ZrB_2晶粒长大;当Si C掺入量为20 vol%时,ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5陶瓷的断裂韧性值为4.81 MPa×m~(1/2)。掺入Si C化合物后,复相陶瓷的抗氧化性能得到明显改善,当Si C化合物的含量为20 vol%时,其抗氧化性能最佳,分析其机理发现当掺入Si C化合物后,复相陶瓷高温氧化后在其表面生成了致密稳定的Al_2O_3、B_2O_3-Al_2O_3、Si O_2和Al-Si-O玻璃相等物质,从而阻止了氧原子进入到陶瓷基体中,提高了复相陶瓷的抗氧化性能。     

放电等离子烧结Ti/Al_2O_3复合材料机制及性能

利用放电等离子烧结技术制备了Ti/Al_2O_3复合材料,并探讨了其烧结机理,对复合材料性能进行测试.结果表明,Ti/Al_2O_3导电网络结构的形成,有利于在烧结过程中形成的"电容器"瞬间击穿,使Al_2O_3遭到轰击而产生放电离子,活化Al_2O_3晶粒,降低烧结温度;当Ti 含量为40%(体积分数,下同)时复合材料的相对密度、弯曲强度、断裂韧性和显微硬度分别为99.74%、1002 MPa、19.73 MPa·m~(1/2)和18.14 GPa;裂纹的桥联、偏转是试验材料力学性能得以提高的主要原因.     

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)。     

反应热压烧结BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料的显微组织与力学性能

采用反应热压烧结工艺制备了BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料.ZrB_2由ZrO_2、B4C、C反应生成,反应方程式为2ZrO_2+B_4C+3C=2ZrB_2+4CO↑.通过改变原始ZrO_2的含量,可以得到ZrB_2与ZrO_2比例不同的55%BN-ZrB_2-ZrO_2复合材料.在1600 ℃,90 min,30 MPa的烧结条件下,复合材料的致密度均达到93%以上.复合材料的抗弯强度、断裂韧性随ZrB_2与ZrO_2比例的降低先升高后降低.当复合材料中ZrB_2与ZrO_2比例的为2.5:1时,复合材料的维氏硬度、抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别为1.74 GPa、291 MPa、118 GPa、4.2 MPa·m~(1/2).     

Ni含量对TiB_2基复合陶瓷刀具材料微观组织及力学性能的影响

以作Ni为金属烧结剂,采用真空热压烧结技术,在1650℃下制备了含Ni量不同的Ti B_2基复合陶瓷刀具材料。研究了Ni含量对Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织和力学性能的影响,结果表明:随着Ni含量的增加,Ti B_2基复合陶瓷刀具材料微观组织中的缺陷先减少后增多,抗弯强度、断裂韧度和硬度也随着先增大后减小;当Ni含量为8wt%时,微观组织的缺陷少、力学性能良好,此时的相对密度为(99.3±0.3)%,抗弯强度为(952.3±86.2)MPa,断裂韧度为(7.3±0.3)MPa·m~(1/2),硬度为(22.4±0.6)GPa。     

烧结工艺对Al_2O_3/透辉石/AlTiB复合陶瓷组织性能的影响

将透辉石和AlTiB中间合金添加到Al_2O_3基体中,采用无压烧结工艺制备了透辉石/AlTiB增韧补强Al_2O_3基陶瓷材料,建立了保温时间对Al_2O_3/透辉石/AlTiB复合陶瓷相对密度影响的预测模型,研究了无压烧结温度和保温时间对透辉石/AlTiB增韧补强Al_2O_3基陶瓷材料力学性能和微观结构的影响.结果表明,所建立的模型较好的预测了保温时间对Al_2O_3/透辉石/AlTiB复合陶瓷相对密度的影响趋势,Al_2O_3/透辉石/AlTiB复合陶瓷最佳烧结工艺为烧结温度1520℃和保温时间180min;烧结工艺对Al_2O_3/透辉石/AlTiB复合陶瓷材料气孔率、晶粒间结合强度、粒径大小和断裂机制等因素产生较大的影响,并由此影响材料的相对密度和力学性能.     

纳米ZrB_2粉体放电等离子烧结制备ZrB_2基超高温陶瓷（英文）

采用纳米ZrB_2粉体研究了ZrB_2基超高温陶瓷的放电等离子烧结行为。由于采用纳米粉体,单相ZrB_2在1550℃的低温下即发生快速的致密化烧结。ZrB_2-Si C陶瓷经1800℃放电等离子烧结后可实现完全致密化,并且材料的抗弯曲强度高达1078±162MPa。在1700℃采用放电等离子烧结成功制备了ZrB_2-Si C-Cf复合材料,材料断口表现出明显的纤维拔出现象,导致其具有高的断裂韧性值(6.04 MPa·m~(1/2))和非脆性断裂的模式。同时,ZrB_2-Si C-Cf复合材料具有很高的临界热冲击温差(627℃),表明该材料具有优异的抗热冲击性能。     

Al2O3对等离子喷涂Cr2O3/TiO2/Al2O3/SiO2复合陶瓷涂层性能影响研究

目的研究Al_2O_3添加量对Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在油气管道X80管线钢基体表面制备出具有不同Al_2O_3含量的四元复合陶瓷涂层。另外,为探究基体温度对涂层性能的影响,所有涂层均在等离子喷枪预热及室温的两种基体上制备。所制涂层的气孔率、硬度、结合力及电化学腐蚀性能分别采用煮沸称重法、维氏硬度计、划痕仪、电化学工作站进行检测,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析不同Al_2O_3含量涂层的物相组成和形貌特征,研究Al_2O_3含量对涂层各性能的影响。结果随着Al_2O_3含量的增加,Cr_2O_3/TiO_2/Al_2O_3/SiO_2四元复合陶瓷涂层的气孔率呈现先降低后增加的趋势,相对应的四元复合陶瓷涂层的结合力、维氏硬度则先增加后降低。当Al_2O_3质量分数为60%时,四元复合陶瓷涂层的性能最优,气孔率为3.6%,硬度为824.6HV,结合力为53.8N。电化学腐蚀测试表明,Al_2O_3能增强涂层的耐腐蚀性能,Al_2O_3质量分数为60%时,涂层自腐蚀电位最高,为-0.28 V。另外,在基体预热和不预热条件下,所制涂层性能随Al_2O_3含量的变化一致,但是基体预热比不预热更有利于涂层性能的提高。结论 Al_2O_3的添加不仅能够有效降低涂层Cr含量,还能显著提升四元复合陶瓷涂层的各项性能,特别是耐腐蚀性。此外,等离子喷涂前对基体进行预热,有利于涂层性能提高。     

应用Fe_2O_3和TiO_2金属热还原进行添加TiB_2和TiC的FeAl/Al_2O_3复合材料的燃烧合成（英文）

通过Fe_2O_3和TiO_2金属热还原自蔓延高温合成(SHS)制备添加TiB_2/Al_2O_3 and TiC/Al_2O_3陶瓷相的铁铝基金属(FeAl)复合材料。反应物粉末包括铝热剂0.6Fe_2O_3+0.6TiO_2+2Al以及元素铁、铝、硼与炭黑。复合材料成分为x FeAl-0.6TiB_2-Al_2O_3 (x=2.0～3.6)和y FeAl-0.6TiC-Al_2O_3(y=1.8～2.75)。当复合材料中FeAl含量增加时,燃烧反应的放热量下降,最终两组燃烧反应的可燃极限分别为x=3.6和y=2.75。根据燃烧波的动力学分析,合成两种FeAl复合材料的反应活化能为Ea=97.1and101.1kJ/mol。从产物的XRD分析可确认生成FeAl/TiB_2/Al_2O_3和FeAl/TiC/Al_2O_3复合材料。SEM显示FeAl为致密多晶结构,而陶瓷成分TiB_2、TiC和Al_2O_3呈微米颗粒状分散于复合材料中。合成的FeAl-TiB_2-Al_2O_3和FeAl-TiC-Al_2O_3复合材料的硬度为12.8～16.6GPa,断裂韧性为7.93～9.84 MPa·m~(1/2)。     

TiB2含量和烧结温度对B4C/Al2O3基复合陶瓷的影响

利用原位反应热压工艺制备了B4C/Al2O3基复合陶瓷,研究了TiB2含量和烧结温度对B4C/Al2O3基复合陶瓷力学性能和微观结构的影响.结果表明,当TiB2含量低于8.7％时,随原位反应生成的TiB2含量的增加,有效的促进了B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷的烧结,提高相对密度,改善了力学性能.当烧结温度低于1900℃时,其力学性能随烧结温度增加而提高;当超过1900℃时,其力学性能随烧结温度的提高而降低.在1900℃,60 min时,B4C/Al2O3/TiB2复合陶瓷获得最佳综合力学性能,其硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为24.8 GPa、4.82 MPa·m1/2和445.2 MPa.