激光区熔定向凝固Al2O3／YAG／ZrO2亚共晶陶瓷的微观组织

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/YAG/ZrO2三元亚共晶自生复合陶瓷,研究了不同激光扫描速率下亚共晶自生复合陶瓷的微观组织,并与激光区熔定向凝固Al2O3/YAG二元及Al2O3/YAG/ZrO2三元共晶自生复合陶瓷的微观组织进行了对比.结果表明,激光区熔定向凝固Al2O3/YAG/ZrO3三元亚共晶由相互交错分布的α-Al2O3、YAG和c-ZrO2三相组成,无其它结晶相和无定形相;随激光扫描速率的增大,凝固组织发生显著变化,出现了由共晶集群到较为规则的树枝状共晶再到杂乱的树枝状共晶的组织转变.初生相的枝晶生长,使得亚共晶陶瓷的凝固组织明显不同于共晶陶瓷的凝固组织;亚共晶凝固组织呈现典型的小平面非规则共晶形貌,凝固组织主要由Al2O3和YAG两相的小平面生长方式决定,第三组元ZrO2相表现出弱小平面生长特征.     

等离子熔凝Al2O3/GdAlO3共晶陶瓷的制备与组织

以77mol%Al2O3和23mol%Gd2O3的共晶配比混粉,以高温等离子为热源,加热粉体使其熔融,随后以空冷和水冷的不同冷却方式实现凝固,得到不同的冷凝试样。采用X射线衍射仪和场发射扫描电镜对试样的相组成和微观形貌进行表征。结果表明,采用不同冷却工艺制备的熔凝试样均具有部分连续的Al2O3/GdAlO3共晶组织,组织致密,相界面结合良好,没有气孔和杂质;与空冷试样相比,水淬试样组织得到细化,共晶间距达到0.2μm左右。     

定向凝固Al2O3/YAG共晶自生复合材料的组织形态及非规则共晶生长

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合材料.利用SEM,XRD,EDS及TEM对共晶形貌特征、相组成、界面结构.组织演化及相析出规律进行了研究;利用分形维数对非规则微观组织形态进行了定量表征.在此基础上,分析讨论了氧化物共晶的非规则共晶生长机制.结果表明: Al2O3/YAG共晶自生复合材料由无规则均匀分布的Al2O3和YAG两相组成,两相之间相互交错,耦合生长,呈象形文字结构;凝固过程中,YAG相作为领先相析出;随扫描速率增大,共晶间距高度细化,最小层间距为0.2 靘;在低扫描速率下,共晶组织属典型的层片状非规则共晶组织,具有明显的分形特征,当扫描速率达到2000 靘/s时,出现胞状和树枝状组织,组织分形特征减弱;共晶两相高的熔化熵及激光快速凝固大的动力学过冷导致的小平面/小平面共晶生长是形成复杂非规则共晶组织的主要原因.     

激光悬浮区熔Al2O3基共晶自生复合材料微观组织与力学性能

采用激光悬浮区熔定向凝固方法制备了高致密度Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶自生复合陶瓷材料,研究多元复相陶瓷在高温度梯度、不同生长条件下的凝固组织形态演化规律,定量表征凝固速率与氧化物陶瓷共晶间距的关系,在此基础上,考察其力学性能并分析凝固组织与断裂韧性的关系.研究结果表明:激光悬浮区熔Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元自生复合材料呈现与热流方向平行、定向性良好的非规则层片共晶形貌,共晶组织随凝固速率的增大而快速细化,凝固速率为200μm/s时,最小层片间距达到0.46μm.平均层片间距λav与凝固速率V之间符合关系:λ_avV^0.5=12.4μm^1.5·s^-0.5,且明显小于同等凝固速率条件下Al₂O₃/YAG二元共晶的平均层片间距.Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元共晶平均硬度为（19.0±1.0）GPa,室温断裂韧性为（3.31±0.2）MPa·m^1/2.与二元共晶相比,裂纹捕获、偏转以及共晶相热胀系数失配是三元共晶室温断裂韧性提高的主要原因.     

SiO2对Al2O3/40%ZrO2（4Y）凝固陶瓷结构转化的影响

基于超重力下燃烧合成Al2O3/40%Zr O2(4Y),通过调整Si O2引入量,研究Si O2对材料显微结构与形态演化的影响。XRD、EDS、SEM结果表明:添加Si O2不改变复合陶瓷相组成,陶瓷基体主要由t-Zr O2、α-Al2O3以及少量m-Zr O2等组成,而Si O2则以玻璃相形式存在。当Si O2添加量小于6%时,Al2O3/Zr O2以共生共晶方式生长,形成胞状共晶团组织;当Si O2添加量为12%,Al2O3与Zr O2均独立析出,发育成尺寸粗大的Zr O2粒晶与花瓣晶;当Si O2添加量达18%时,该陶瓷发育为结构不完整的共晶枝晶组织。     

Al2O3纤维增强铝基复合材料储能焊接头微观组织分析

应用自制微型储能电阻焊机对Al2O3纤维增强铝基复合材料进行了点焊连接，分析了接头的组织形貌。在储能焊接头中形成了规则的扁平熔核，复合材料基体与熔核金属过渡良好。极短的焊接时间和大的冷却速率使共晶Si显著细化。细小的共晶Si颗粒均匀分布于铝基体中，形成与MMCs不同的基体组织。少量Al2O3纤维发生了一定程度的破碎，大部分纤维仍保持其原有的形貌特征，随机分布于熔核金属基体中。适当增大电极压力，焊前对复合材料做除氢处理并保持干燥是减小和消除气孔、提高和改善MMCs储能焊接头质量的有效途径。     

Al2O3/TiB2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能

以细雾化铝粉和TiB₂颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB₂和纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB₂和Al₂O₃的综合强化作用,Al₂O₃/TiB₂/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB₂颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al₂O₃颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al₂O₃对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

Al2O3颗粒直径对1 vol%的Al2O3/Cu基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al₂O₃颗粒直径的1 vol%Al₂O₃/Cu基复合材料，使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织，利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明：Al₂O₃颗粒直径对Al₂O₃/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响；Al₂O₃颗粒直径越大，Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小；当Al₂O₃颗粒直径为5μm时，Al₂O₃/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。     

Al2O3/ZrO2涂层在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中对碳钢包套的影响

由于焊接性能好,成本低,碳钢材料常被用于制作热等静压致密化TiAl基合金粉末的包套。在高温高压下,碳钢包套和TiAl基合金粉末通过原子扩散在扩散区形成脆性相,导致包套失效,并降低TiAl基合金压坯的致密度。为了确保碳钢包套在热等静压致密化TiAl基合金粉末过程中的可靠性,本文利用热喷涂的方法在20#钢包套内壁添加了Al2O3/ZrO2（A-Z）涂层,然后在 。在热等静压试验中,带有A-Z涂层的20#钢包套用于热等静压致密化Ti-46Al-2Cr-2Nb-(W, B)预合金粉末,其工艺为：1523K,2.5小时,130MPa+1603K,0.5小时,130MPa。为了对比,利用没有A-Z涂层的20#钢包套在1523K,3小时,130MPa的工艺参数开展了热等静压致密化试验。利用扫描电镜、电子探针等设施对获得的压坯进行了观测和分析。结果表明：A-Z涂层的加入可以防止脆性金属间化合物的形成。在热等静压过程中,20#钢包套中的Fe原子无法通过扩散的方式与TiAl基合金中的钛原子和铝原子相遇。因此,20#钢包套在热等静压过程中的可靠性得到了保证。此外,通过利用添加A-Z涂层的钢包套获得了完全致密的TiAl基合金压坯。压坯呈现出了近全片层类型的微观组织,其室温下的抗拉强度和延伸率也分别突破了590MPa和2.0%。     

Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2热障涂层材料研究

采用Lu2O3/TiO2/Nb2O5作为ZrO2热障涂层材料的稳定剂,研究Lu2O3/TiO2/Nb2O5共稳定ZrO2(15%LTNSZ)热障涂层材料在900℃、40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的热腐蚀行为。结果表明:8%YSZ热障涂层材料热腐蚀2 h后,t相ZrO2全部相变为m相ZrO2,热腐蚀产物为尺寸较大的YVO4晶体;15%LTNSZ热障涂层材料热腐蚀20 h后,m相ZrO2的比例仅为5.5%,热腐蚀产物为尺寸较小的LuVO4晶体。与Y2O3稳定剂相比,Lu2O3/TiO2/Nb2O5稳定剂使ZrO2在40 mol%V2O5+60 mol%Na2SO4熔盐中的抗热腐蚀性能提高1个量级以上。     

Properties of ZrO2–Al2O3 composite as a function of isothermal holding time

Zirconia and alumina based ceramics present interesting properties for their application as implants, such as biocompatibility, good fracture resistance, as well as high fracture toughness and hardness. In this work the influence of sintering time on the properties of a ZrO₂–Al₂O₃ composite material, containing 20 wt% of Al₂O₃, has been investigated. The ceramic composites were obtained by sintering, in air, at 1600 °C for sintering times between 0 and 1440 min. Sintered samples were characterized by microstructure and crystalline phases, as well as by mechanical properties. The grain growth exponents, n, for the ZrO₂ and Al₂O₃ were 2.8 and 4.1, respectively, indicating that different mechanisms are responsible for grain growth of each phase. After sintering at 1600 °C, the material exhibited a dependency of hardness as function of sintering time, with hardness values between 1500 HV (120 min) and 1310 HV (1440 min) and a fracture toughness of 8 MPa m^1/2, which makes it suitable for bioapplications, such as dental implants.     

Processing, microstructure, and properties of laser remelted Al2O3/Y3Al5O12（YAG） eutectic in situ composite

Laser remelting and rapid solidification were performed in preparing the high-performance Al2O3/Y3Al5O12（YAG） eutectic in situ composite. The microstructure characteristic and solidification behavior were studied using scanning electron microscopy（SEM）, energy dispersive spectroscopy（EDS）, X-ray diffractometry（XRD） and simultaneous thermal analysis（STA）. The hardness and fracture toughness were obtained using an indentation technique. The results show that the laser remelted Al2O3/YAG composite has a homogeneous eutectic microstructure without microcrack and pore. The component phases of Al2O3 and YAG are three-dimensionally and continuously reticular connected, and finely coupled without grain boundaries, colonies and amorphous phases between interfaces. The eutectic interspacing is greatly refined with increasing the scanning rate and average is only l μm. The synthetically thermal analysis indicates that the eutectic temperature of Al2O3-YAG is 1 824 ℃, well matching the phase diagram of Al2O3-Y2O3 system. The maximum hardness reaches 19.5 GPa and the room fracture toughness is 3.6 MPa.m^1/2.     

铌硅化物基超高温合金整体定向凝固组织和固/液界面形态演化

采用有坩埚整体定向凝固技术研究了铌硅化物基超高温合金在不同过热温度下的定向凝固组织和固/液界面形态演化.研究结果表明:在抽拉速率均为15μm/s的条件下,当过热温度为1950℃时,定向凝固组织由初生铌基固溶体(Nb_(ss))枝晶和耦合生长的花瓣状(Nb_(ss)+γ-(Nb,X)_5si_3)共晶组成;当过热温度为2000和2050℃时,凝固组织为耦合良好的花瓣状共晶;但随着过热温度进一步提高到2100和2150℃,凝固组织演变为粗大树枝状Nb_(ss)和细小共晶.随着过热温度的提高,固/液界面形态出现树枝状界面→胞状界面→树枝状界面的形貌变化.     

无压浸渗法制备Al2O3颗粒增强铝基复合材料

采用无压浸渗法制备了Al2O3/Al复合材料,研究了材料的微观组织与力学性能。复合材料组织致密,颗粒分布均匀,无偏聚现象。铸造态复合材料的Al2O3颗粒表面存在界面反应物,经过透射电镜观察和XRD分析确认该反应物为MgAl2O4。T6处理后界面反应程度加剧,但弯曲强度达到439.4MPa,断口中撕裂棱和韧窝的数量较少,以颗粒的脆性断裂为主。Al2O3/Al复合材料中界面反应的存在提高了润湿性,促进了无压自发浸渗。     

定向凝固Ni3Al合金高温变形后的显微组织特征

利用金相,扫描电镜和透射电子显微镜研究了定向凝固Ｎｉ３Ａｌ合金高温变形后的显微组织特征。研究结果表明,当变形速率较快时,原始柱状晶晶界无明显变化,晶内无明显结构存在;当变形速率较慢,合金呈现塑变形时,变形初期柱状晶晶界呈现“锯齿状”,后期原始柱状晶界消失,代之以晶粒尺度约为１５ｍｍ的晶粒带,晶粒带中既有小角度晶界,也有大角度晶界。     

凝固速率对Nb-Ti-Si基合金整体定向凝固组织及固/液界面形态的影响

在2050℃的熔体温度下,在自行研制的定向凝固炉内实现了Nb-Ti-Si-Cr-Hf-Al-B-Y超高温合金的有坩埚整体定向凝固.采用XRD,SEM,EDS等方法分析了凝固速率分别为2.5,5,10,20,50和100μm/s时的整体定向凝固组织、组成相的择优取向及固/液界面形貌,并讨论了其共晶生长机制.结果表明:合金的定向凝固组织主要由沿着试棒轴向排列的横截面为多边形的柱状初生(Nb,X)_5Si_3(X=Ti,Hf,Cr)相与耦合生长的层片状Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶团(Nbss表示铌基固溶体)组成.横截面上共晶胞界明显.当凝固速率由2.5μm/s变化到100μm/s时,定向凝固组织细化,固/液界面经历粗胞状→细胞状→胞枝的演化过程.Nbss/(Nb,X)_5Si_3共晶两相较低的熔化熵及其前沿较大的动力学过冷度是形成规则共晶的主要原因.     

孔道Al2O3/SiO2对NaAlH4-Tm2O3体系储氢性能的影响

以机械球磨法制备具有可逆吸放氢性能的NaAlH4-Tm2O3储氢材料体系。利用相同制备方法进一步研究两种不同孔道材料(大孔Al2O3与介孔SiO2)对NaAlH4-Tm2O3体系储氢性能的影响,测试样品的循环吸放氢性能,并对样品吸放氢前后的结构进行表征。结果表明:大孔Al2O3材料的添加并不能明显改善NaAlH4-Tm2O3体系的放氢速率和放氢量,而介孔SiO2的加入使NaAlH4-Tm2O3体系在150℃条件下5 h内的首次放氢量(质量分数)达到4.61%,高于NaAlH4-Tm2O3体系的4.27%,增加了约8.0%。此外,添加介孔SiO2的NaAlH4-Tm2O3体系放氢速率也有所提高。     

等离子弧熔覆添加Al2O3+TiO2铁基合金涂层组织和耐磨性

在Q235钢表面用等离子弧熔覆Ni-Cr-B-Si-Fe铁基合金涂层及添加不同含量Al2O3 TiO2铁基合金复合涂层,比较研究了这两种涂层的组织、显微硬度和磨损性能。结果表明,添加Al2O3 TiO2后的铁基复合涂层界面的生长形态发生变化,由初生的细长柱状树枝晶转变为小的枝晶,并且提供了形核的核心,细化了晶粒;其组织主要由晶粒细小的γ-Fe为基,以Cr23C6,Fe3C,Al2O3 TiO2为增强相的复合涂层;熔覆层的显微硬度可达600～655HV0.2。