添加ZrO2对Si3N4复合陶瓷材料力学性能的影响

通过无压烧结制备了ZrO2-Si3N4复合陶瓷材料,并以排水法、SEM和DDL100型万能拉伸机进行表征。研究了ZrO2含量对Si3N4陶瓷的致密度、显微结构和力学性能的影响。结果表明,随着ZrO2含量的增加,Si3N4陶瓷致密度增加;抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,当ZrO2含量达到10%时,Si3N4的抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为362MPa和7.0MPa.m1/2。ZrO2增韧Si3N4陶瓷的机制为应力诱导相变。     

纳米非晶Si2N2O粉末的SPS烧结及烧结体性能研究

通过低温还原,以Si₂OCl₆为原料,以Na溶液为还原剂,在液氨溶液中成功合成了纳米非晶态Si₂N₂O粉末.在不加任何烧结助剂的条件下,通过放电等离子体烧结,得到了致密的陶瓷块体.制得的纳米非晶粉末颗粒尺寸约为20 nm,XRD结果显示样品在1 100 ℃开始晶化.进一步考察了不同烧结温度下陶瓷的抗氧化性和力学性能,致密块体在1 600 ℃下经过20 h氧化后,其增重仅有1.1 %,烧结块体的力学性能随着烧结温度的增加而迅速增加,当烧结温度高于1 500 ℃时,继续增加烧结温度力学性能的增加趋势变得平缓. 1 500 ℃烧结样品的维氏硬度、强度和断裂韧性分别达到了19.6 GPa, 440 MPa和4.1 MPa·m1/2.      

碳化硅陶瓷的放电等离子烧结

采用添加了Al₂O₃和Y₂O₃助烧剂的碳化硅微粉为原料,通过放电等离子烧结(SPS)技术快速制备了碳化硅陶瓷.分析了材料致密化过程,并重点研究了烧结工艺参数对材料致密度和力学性能的影响规律.结果表明,当SPS工艺参数的烧结温度和压力分别为1600℃和50MPa时,经过5min的烧结,碳化硅陶瓷的致密度可达到99.1%,硬度为HV2550,断裂韧性达8.34MPa·m^1/2,弯曲强度达684MPa.     

填料组成对气压烧结Si3N4系陶瓷的影响

研究了在气压烧结条件下填料组成对Si_3N_4陶瓷致密化的影响,制造了高密度、高强度的β-Sialon陶瓷材料。结果表明,用Si_3N_4+BN+MgO或Si_3N_4+SiO_2作填料,能有效地抑制Si_3N_4的分解,促进β-Sialon陶瓷的烧结。结合X-ray、SEM分析,探讨了β-Sialon陶瓷的致密化机理。     

放电等离子烧结B4C研究进展

B₄C是一种重要的工业材料,被广泛应用于零件加工、航空航天、装甲防护和核工业领域。放电等离子烧结是一种通过多场耦合作用来实现材料低温快速烧结的技术。本文综述了近几年来放电等离子烧结制备B₄C陶瓷的研究现状,阐述了放电等离子烧结的基本原理和特点,着重分析了不同原料粉末和不同烧结工艺参数对B₄C结构和性能的影响,最后对放电等离子烧结B₄C陶瓷的发展做出了展望。     

放电等离子烧结制备NiFe2O4陶瓷的工艺优化及性能研究

以粒径为50 nm的NiFe₂O₄粉末作为原料,制备出单相NiFe₂O₄陶瓷,优化放电等离子烧结工艺,研究升温速率和保温时间对烧结块体物相、微观结构、致密度及磁性能的影响。结果表明,升温速率从30～60℃/min升高至60℃/min,致密度显著升高至97.7%。当升温速率升高100℃/min时,致密度升高至98.3%。且升温速率提高,块体的磁滞损耗下降;保温时间从4 min延长到12 min时,块体的磁导率和密度皆增大,但当保温时间超过12 min后,其密度及磁导率不升反降。并得出升温速率为100℃/min和保温时间12 min为最佳烧结工艺,所制备出的NiFe₂O₄陶瓷烧结体致密度为98.3%,磁导率为13 000 H/m。     

放电等离子烧结工艺对Mn_3O_4性能的影响

本文研究了放电等离子烧结的温度、压力、保温时间对Mn_3O_4的结构、致密度和介电性能的影响。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、阻抗仪等对放电等离子烧结后的Mn_3O_4的结构和性能进行了表征,利用阿基米德原理测量了样品的密度。结果表明,保温时间对Mn_3O_4的物相、结构和性能影响最大,其次依次是烧结温度和烧结压力。实验结果表明,烧结温度700℃、烧结压力70 MPa、保温时间5 min获得的材料的致密度最高,可达95%,而且样品的介电性能最好,相对介电常数可达252。     

放电等离子烧结制备无粘结相SiCw/WC硬质合金

以碳化硅晶须(SiC whiskers,SiC_w)作为增韧相,通过放电等离子烧结制备了无粘结相SiC_w/WC硬质合金。考察了放电等离子烧结温度及SiC_w添加量对SiC_w/WC硬质合金组织性能的影响。结果表明,采用放电等离子烧结在1800℃下可获得相对密度高于99%的WC烧结体,其维氏硬度和断裂韧性分别达到25.99 GPa和4.99 MPa·m^1/2。添加适量的SiC_w可以改善SiC_w/WC烧结性能和断裂韧性,在SiC_w的质量分数为0.6%时,断裂韧性达到6.80 MPa·m^1/2,当添加过量的SiC_w时,增韧效果减弱。     

放电等离子烧结不同粒径匹配的WC-Co混合粉末

采用一种包括混合粉末真空预处理和放电等离子烧结(SPS)的新型烧结技术,制备超细晶WC-10Co硬质合金块体。采用场发射扫描电镜观察硬质合金的形貌和晶粒组织,采用三点弯曲法测量试样的断裂强度,利用显微硬度仪测量维氏硬度HV30且据此估算试样的断裂韧性KIC,并与真空烧结和直接SPS试样进行对比,同时还研究初始粉末中WC粉与Co粉的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能的影响。结果表明,与真空烧结和直接SPS相比,此种方法制备的WC-10Co合金晶粒细小、组织均匀,具有优异的综合力学性能,尤其是强度明显提高,硬度为1608HV30,断裂韧性为14.0MPa.m1/2,横向断裂强度为3100MPa;WC和Co粉末的粒径匹配对SPS块体的显微组织和力学性能具有较显著的影响。     

Si3N4基微米/纳米复合陶瓷微观组织＊

用扫描电镜和透射电镜研究纳米粉成分和含量对Si     

原位增韧β-Si3N4/α-Sialon复相陶瓷

通过XRD,SEM和力学性能测试研究了β-Si₃N₄/α-Sialon复相陶瓷热压烧结的致密化、相组成、力学性能和微观结构.结果表明,β-Si₃N₄/α-Sialon复相陶瓷综合了β-Si₃N₄和α-Sia-lon的力学性能,可通过改变起始粉末的组成,可以调整相组成及裁剪材料的力学性能.由于加人具有大的长径比的物相β-Si₃N₄,提高了材料的强度和韧性.     

放电等离子烧结Bi2O3/Cu复合梯度靶材

采用放电等离子烧结技术制备了Bi2O3/Cu复合梯度靶材，利用扫描电子显微镜和能谱分析仪对材料的微观组织形貌及成分进行了分析。结果表明，合成的复合梯度靶材具有宏观组织不均匀性和微观组织连续性的特征，显微组织中不存在微裂纹，减小了热应力的影响。与单一成分靶材相比，复合梯度靶材的热导率显著提高，解决了靶材在溅射过程中因散热不良而碎裂的问题，提高了其使用率。     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。     

反应烧结Si3N4陶瓷材料的力学性能及微观组织

用静态气压与流动氮气气氛进行对比实验,探究了反应烧结Si₃N₄陶瓷中硅粉质量分数对Si₃N₄陶瓷材料氮化率及力学性能的影响.研究结果表明,当使用静态2 MPa氮气气压对硅粉进行氮化时,氮化率达到97%,明显高于流动氮气气氛下硅粉的氮化率(91%).这说明在使用静态氮气时,较高的气压更有利于氮气的扩散和氮化反应.同时,利用SEM等手段观察静态气压反应烧结Si₃N₄陶瓷材料,发现当硅粉质量分数大于10%时,Si₃N₄陶瓷材料表面出现气孔.这是因为随着硅粉质量分数的增加,硅粉在熔融状态下发生团聚现象,这造成了坯体内部再生空隙增加,从而导致Si₃N₄陶瓷材料的维氏硬度和抗折强度降低.     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。     

放电等离子烧结原位制备MoSi_2陶瓷的显微组织与力学性能

以Mo、Si混合粉末为原料,采用放电等离子烧结技术原位制备MoSi_2陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度计、电子万能材料试验机等,研究1 300,1 400和1 500℃下烧结的MoSi_2陶瓷物相组成、微观结构及力学性能。结果表明:MoSi_2陶瓷由MoSi_2和少量Mo_5Si_3/Mo_(4.8)Si_3C_(0.6)及SiO_2组成;随烧结温度升高,第二相Mo_5Si_3/Mo_(4.8)Si_3C_(0.6)含量增多,并发生Mo_5Si_3向Mo_(4.8)Si_3C_(0.6)的相转变;第二相Mo_5Si_3/Mo_(4.8)Si_3C_(0.6)含量增多可细化基体组织,材料沿晶断裂的比例增加,具有一定的强韧化作用;1 500℃烧结的MoSi_2陶瓷综合性能最佳,其致密度为99.5%,维氏硬度为9.8 GPa,抗弯强度和断裂韧性分别为313 MPa和2.9 MPa·m~(1/2)。     

氮化硅陶瓷粉末的选区激光烧结

进行了将粘结剂包覆在陶瓷粉末表面以提高陶瓷粉末选区激光烧结（SLS）成型性能的研究．利用甲基丙烯酸甲酯单体以及甲基丙烯酸丁酯单体共聚反应制备出共聚物粘结剂,并分别采用红外光谱和DSC／TG法对其进行分析．结果表明,所制备的共聚物的主要成分是聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸丁酯,其玻璃化温度为102．0℃,在300～400℃之间失重超过80％．将自制共聚物与磷酸二氢铵以适当的比例混合,采用机械混合与喷雾干燥等手段对Si₃N₄陶瓷粉进行了包覆处理,并在SLS设备上进行了烧结成型实验,成功地实现了包覆粉末的SLS烧结．     

机械活化-放电等离子烧结制备Y3Al5O12陶瓷

以高纯Y2O3和Al2O3粉体为原料,通过机械活化和放电等离子烧结制备Y3Al5O12(YAG)陶瓷.研究结果表明:机械活化Y2O3和Al2O3粉体,不但细化了Al2O3颗粒,而且使Y2O3发生了晶态转变,由立方晶转变为斜方晶,并最终非晶化;机械活化过程最终还合成了过渡产物YAlO3(YAP),但球磨5h后,继续延长球磨时间,会引入大量ZrO2杂质;球磨处理的Y2O3和Al2O3粉体具有很高的活性,能促进在较低温度下通过放电等离子烧结合成YAG.对球磨5h的粉体在不同温度进行放电等离子烧结的研究表明,在1000℃可获得纯YAG陶瓷,在1 400℃可得到相对密度为99.4%、晶粒大小为1～2μm的YAG陶瓷.     

烧结助剂对反应烧结Si3N4-BN复合材料的影响

以Si粉和BN粉为原料,采用反应烧结法于1450℃氮气气氛下制备了Si3N4-BN复合材料.分别考察了CaF2、Fe2O3以及Al2O3 Y2O3三种烧结助剂对BN含量(质量分数)为20%的复合材料性能的影响.利用XRD研究了在不同烧结制度下复合材料的物相组成,利用SEM对材料断面形貌进行了观察,并测定了材料的显气孔率、体积密度和常温抗折强度,同时探讨了不同烧结助剂对复合材料的作用机理.结果表明:以CaF2为烧结助剂时,材料中存在大量的残余硅,其他成分有BN,α-Si3N4和β-Si3N4;以Fe2O3为烧结助剂时,硅可完全氮化,材料的主要成分为β-Si3N4;以Al2O3 Y2O3为烧结助剂时,复合材料中α-Si3N4相含量比β-Si3N4相含量高,其抗折强度最高.     

机械活化-放电等离子烧结FeAl/Al2O3复合材料

利用机械活化-放电等离子烧结的方法,将Fe-Al-Al2O3粉末经机械活化后快速烧结,得到致密且晶粒细小的FeAl/Al2O3,块体复合材料.研究表明,在球粉质量比13:1、转速170r/min、球磨时间25h的球磨条件下,Fe-40%(原子数分数)Al-10%(质量分数)Al2O3粉体中的纳米级Al2O3颗粒,在细化和活化Fe、Al金属粉末的同时,还能有效地阻止金属粉末在烧结前合金化生成金属间化合物.在烧结压力40MPa、烧结温度1 050℃、加热时间15min、保温时间10min的工艺条件下,制备的FeAl/Al2O3复合材料的相对密度达96.4%.