ZrO2—Al2O3系陶瓷复合材料力学性质

本文研究了ZrO_2-Al_2O_3系统陶瓷复合材料的力学性质,发现有两个最佳区域存在:在Al_2O_3基的陶瓷中,添加第二相ZrO_2颗粒可以使Al_2O_3瓷得到增韧和强化;在ZrO_2基的陶瓷中,添加少量Al_2O_3则可以通过Al_2O_3晶粒的裂纹弯曲和分叉增韧,强化ZrO_2的相变增韧,使ZrO_2瓷的强度和断裂韧性得到进一步的提高。适宜地控制YMSZ(Y_2O_3亚稳定ZrO_2)中Y_2O_3和TZP(四方相氧化锆多晶瓷)中的Al_2O_3量,可以获得高韧性和高强度的ZrO_2-Al_2O_3系陶瓷复合材料。     

添加Al_2O_3对ZrO_2(Y_2O_3)粉末性能的影响

采用化学共沉淀法制备了ZrO_2(Y_2O_3)和ZrO_2(Y_2O_3)/Al_2O_3超细粉末,研究了添加Al_2O_3对粉末性能的影响.添加Al_2O_3.提高了t—ZrO_2的结晶化温度,抑制了ZrO_2晶粒生长.使ZrO_2粒子得以细化.添加Al_2O_3.还提高了介稳t—ZrO_2的稳定性,有效抑制了t—ZrO_2→m-ZrO_2相变.Al_2O_3添加量超过20wt%时.粉末烧结活性降低,烧结温度提高.     

La_2O_3含量对La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3催化剂甲烷化性能的影响

采用浸渍法制备了复合氧化物ZrO_2-Al_2O_3,在此基础上采用共浸渍法制备了La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3催化剂,考察了催化剂中La2O3含量对催化剂CO甲烷化活性的影响,并利用BET、XRD和TPR对催化剂的物化性能进行了分析。结果表明当La2O3含量为2%~6%(质量分数,下同)时,其在低温和高温时的催化活性均比Ni/ZrO_2-Al_2O_3有一定的提升。另外比较了催化剂4La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3和Ni/ZrO_2-Al_2O_3在500℃下连续反应100 h的活性和积碳,结果显示催化剂4La-Ni/ZrO_2-Al_2O_3具有很好的稳定性和优良的抗积碳性能。     

ZrO_2界面相对3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料性能的影响

实验主要采用溶胶凝胶法(sol-gel)制备3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料,并在纤维和基体之间制备ZrO_2界面相,通过三点弯曲实验分析材料的力学性能;通过扫描电镜观察破坏规律。研究表明,所制备的3D-Al_2O_3/Al_2O_3复合材料,其基体的主要成分为α-Al_2O_3,引入ZrO_2界面相的复合材料弯曲强度达到75.2MPa,与无界面相复合材料弯曲强度(62.3 MPa)相比提高了20.7%,无界面相Al_2O_3/Al_2O_3复合材料断口平整,呈现脆性断裂,存在ZrO_2界面相的Al_2O_3/Al_2O_3复合材料断口有大量纤维拔出,表现出类似金属断裂的假塑性断裂特征。     

ZrO_2(Y_2O_3)-Al_2O_3均匀超细粉末的制备新工艺

本文提出了三种制备ZrO_2(Y_2O_3)-Al_2O_3均匀超细活性粉末的工艺:锆、钇、铝的混合盐溶液共沉淀法,铃、钇的混合盐溶液在α-Al_2O_3悬浮液内共沉淀(沉淀包裹法)及ZrO_2(Y_2O_3)、α-Al_2O_3活性粉末在无水乙醇内悬浊混合法。同时,对所制粉末的性能进行了研究对比。结果表明共沉淀法和沉淀包裹法所得粉末的烧结试样具有好的显微结构,ZrO_2和Al_2O_3晶粒尺寸小(0.5μm左右)且分散均匀,ZrO_2的四方相分数高(大于95Vol.%);悬浊混合法稍差。沉淀包裹法与混合法1580℃4h的烧结体密度可达理论密度的96%以上,共沉淀法稍低。     

低温烧结20wt% ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷及微观结构表征

在高纯亚微米Al_2O_3粉中添入质量分数为20 wt%的亚微米ZrB_2(ZrO_2)粉体,采用高压干压的成型方法和恒速升温多阶段小保温的烧结方法制备出ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷。采用XRD、EDS和SEM对ZrB_2(ZrO_2)粉体和复相陶瓷进行相组成、元素分布和微观结构表征。结果表明:1500℃/8 h烧结制备的20 wt%ZrB_2(ZrO_2)/Al_2O_3复相陶瓷微观结构优良;杂质元素诱导晶粒生长,导致复相陶瓷表面出现Al_2O_3和ZrB_2(ZrO_2)聚集相;引入的ZrB_2(ZrO_2)颗粒使复相陶瓷发生剧烈的穿晶断裂,ZrB_2(ZrO_2)晶粒带动周围的Al_2O_3晶粒发生明显的撕裂,断裂模式为穿晶-沿晶混合断裂。     

ZrO2增韧Al2O3／SiCnano复合陶瓷的力学性能及微结构

本文对Al_2O_3/SiC nano ZrO_2(3Y)复相陶瓷的力学性能和微结构进行了研究,探讨了ZrO_2(t)应力诱导相交增韧机制和纳米粒子增韧机制相互迭加的可能性。结果表明:适量的第二相纳米粒子ZrO_2(3Y)加入对材料的微结构有很大影响,同时对材料的力学性能的提高作出贡献。     

CeO_2-TiO_2-La_2O_3复合烧结助剂对Al_2O_3/ZrO_2复相陶瓷性能影响研究

以氧化锆(3Y-ZrO_2)和氧化铝(Al_2O_3)为主要原料,以CeO_2-TiO_2-La_2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备Al_2O_3/ZrO_2复相陶瓷。探讨了配方组成和烧结温度对Al_2O_3/ZrO_2复相陶瓷体积密度、抗弯强度等性能的影响。采用激光粒度仪对氧化铝粉体和氧化锆粉体的粒度大小进行分析,同时采用X-射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对烧结样品的物相组成和显微结构进行分析。实验结果表明:本实验所采用的氧化铝和氧化锆粉体纯度较高,符合使用要求。当添加剂中TiO_2加入量为2.0%时,Al_2O_3/ZrO_2复相陶瓷在1450℃烧结后的综合性能最佳,其对应的体积密度和抗弯强度分别为3.73g/cm3和353.83MPa。     

ZrO2增韧Al2O3陶瓷耐磨性的研究

本文对五种不同含量ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷在磨粒磨损条件下的耐磨性进行了试验研究。试验结果表明,ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的磨损机理不同于金属,它并不是简单的显微切削机理或犁沟机理,其耐磨性与陶瓷的硬度和弹性模量没有单调的依赖关系,而与材料的断裂韧性和抗弯强度呈现比较一致的趋向关系。扫描电镜对摩擦表面和抗弯断口的对比观测表明,ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷磨损破坏机理属于一次性脆性断裂机理。因此,欲提高该陶瓷的耐磨性应当着重于提高陶瓷的韧性和强度。利用ZrO_2的马氏体相变,可望提高陶瓷的韧性和强度,故可望提高Al_2O_3基陶瓷的耐磨性。     

α-Al2O3纳米粉对高纯刚玉制品高温力学性能的影响

研究了加入α-Al_2O_3纳米粉对高纯刚玉砖高温强度和抗热震性的影响,即分别引入0、0.5%、1%、2%和3%的α-Al_2O_3纳米粉及0、4%、8%和12%的α-Al_2O_3微粉的试样在1300℃、1400℃、1500℃和1600℃下保温5h煅烧后测定高温抗折强度(1400℃)和抗热震性(ΔT=1100℃,水冷1次)。结果表明同时加入α-Al_2O_3纳米粉和α-Al2O3微粉可以显著提高制品的高温强度,抗热震性也有一定改善;加入1%α-Al_2O_3纳米粉和8%α-Al_2O_3微粉,1500℃5h烧后试样的高温抗折强度(1400℃)达到24.6MPa。     

ZrO2—Al2O3系浆料性能的研究

本文研究了加入高分子电解质——聚丙烯酸(PAA),对于pH值在中性范围内ZrO_2-H_2O、Al_2O_3-H_2O系统的流变和动电特性的影响。根据胶体化学基础知识,利用计算机对实验数据进行分析、处理并设计实验。讨论了PAA在氧化物表面的吸附机理及其饱和吸附量,找到了一种确定ZrO_2-Al_2O_3双组分浆料稳定悬浮条件的新方法。     

ZrO_2对R_2O-RO-Al_2O_3-B_2O_3-SiO_2系熔块釉硬度的影响

为了研制高硬度熔块釉,在R2O-RO-Al2O3-B2O3-Si O_2系熔块釉配料的基础上,以锆英石引入ZrO_2取代Si O_2,利用TG-DSC、XRD、SEM、维氏硬度仪等测试手段,研究了ZrO_2含量的变化对R2O-RO-Al2O3-B2O3-Si O_2系熔块釉的烧成过程、物相组成、微观结构和釉面硬度的影响。结果表明:在烧成过程中,ZrO_2含量由0增加到5.39%的8个试样均首先在820~1000℃析出Ca2Zn Si2O7晶体;ZrO_2含量达到2.50%及以上的试样同时析出ZrSi O4晶体,随着温度的进一步升高,Ca2Zn Si2O7晶体逐步熔于液相。烧成温度1180℃时,ZrO_2含量低于2.50%的试样全部得到物相组成为玻璃相的釉,釉面硬度较低;ZrO_2含量3.60%时釉中析出长度范围在1~8μm的ZrSi O4晶体,釉面硬度可达6027 MPa。     

Al2O3添加剂对ZrO2陶瓷性能影响的探讨

本研究采用注浆成型法,通过添加Al_2O_3,探讨了Al_2O_3的加入量对ZrO_2陶瓷性能的影响。     

自组装低负载量Pd/γ-Al2O3催化剂催化氧化甲苯

以PdCl_2和Pd2(dba)3[三(二亚苄基丙酮)二钯]为前驱体,通过浸渍法、沉积沉淀法和自组装法分别制备了负载量(质量分数,下同)为0.03%的Pd/γ-Al_2O_3-IM、Pd/γ-Al_2O_3-DP和Pd/γ-Al_2O_3-SA催化剂用于催化氧化甲苯。在甲苯体积分数为0.1%、空速(SV)为18000 m L/(g·h)条件下,Pd/γ-Al_2O_3-SA催化剂上甲苯实现98%转化率的温度(T98)为220℃,比Pd/γ-Al_2O_3-DP和Pd/γ-Al_2O_3-IM分别降低了40和75℃。通过N2吸附-脱附、XRD、TEM、XPS和H2-TPR对催化剂进行了表征。结果表明:自组装法制备的Pd/γ-Al_2O_3-SA催化剂的比表面积(345 m2/g)和孔体积(0.52 cm3/g)最大,Pd纳米粒子(Pd NPs)平均粒径最小(5.0 nm),活性物种主要以Pd O的形式高度分散于载体γ-Al_2O_3表面。此外,Pd O与载体γ-Al_2O_3之间的强相互作用(SMSI)促进了其催化氧化甲苯的活性。     

ZrO_2原料对Al_2O_3-Cr_2O_3质浇注料的影响

在Al_2O_3-Cr_2O_3质浇注料中添加各种ZrO_2,进行了残余线膨胀收缩率、高温线膨胀率、侵蚀试验和热震试验,研究了其对浇注料特性的影响。从试验结果可知,Al_2O_3-Cr_2O_3质浇注料中含有的ZrO_2的去稳定化对浇注料的性能具有很大影响。     

不同MoO_3质量分数MoO_3-ZrO_2的合成表征及正己烷异构化性能

水热法合成了不同Mo O_3质量分数的MoO_3-Zr O_2,利用N2吸附-脱附、X射线衍射、红外光谱和扫描电镜手段对MoO_3-Zr O_2进行分析。MoO_3-Zr O_2的正己烷异构化实验在固定床反应器上进行。结果表明:适量MoO_3的添加促进四方晶相ZrO_2的生成,使MoO_3-Zr O_2的比表面积增大。MoO_3-Zr O_2中含MoO_3质量分数为20%时,MoO_3在ZrO_2表面高度分散,其正己烷的转化率和异构产物的收率分别达到48.6%和34.1%。     

气相法制备Na-β″-Al2O3固体电解质

以纳米h-Al_2O_3为原料、Na_2CO_3、Li2CO3和Mg O为添加剂,采用气相法制备Na–β″-Al_2O_3固体电解质。结果表明:纳米h-Al_2O_3活性高、尺寸小,1 400℃热压烧结制备出相对密度为99.2%的高致密性氧化铝陶瓷。MgO的掺杂在氧化铝烧结过程中形成尖晶石相,有利于加快气相法的进程,适量MgO的加入有利于提高电解质中β″-Al_2O_3含量,减小试样的晶界电阻,提高试样的离子电导率;过多的MgO掺杂量造成试样致密性下降,增大了试样的晶界电阻,导致试样的离子电导率降低。当MgO的加入量为1.0%时,试样在300℃时的离子电导率最大,为0.164 S·cm~(–1)。     

MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系亚固线温度相关系

以分析纯的MgO粉、Al_2O_3粉和ZrO_2粉为原料制备了ZrO_2含量(w)分别为20%、30%和40%的3组Ф10 mm×10 mm的圆柱样,分别经1 600℃保温5 h、1 700℃保温0和1 800℃保温7 h烧结后,借助于场发射扫描电镜研究了MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系组成的显微结构。结果表明:1)在1 600～1 700℃温度范围内,MgO-MgAl_2O_4-ZrO_2分系材料为固相反应,呈方镁石、尖晶石和ZrO_2(固溶Mg~(2+))三相共存,尖晶石化影响致密程度; 2) ZrO_2为40%(w)的试样经1 800℃烧后,为非均态熔融的显微结构,部分区域可形成典型的MgO+MgAl_2O_4+ZrO_2三元共晶,其组成(w)为:MgO 35. 2%～37. 2%,Al_2O_324. 2%～26. 6%,ZrO_237. 2%～39. 8%。     

氰酸酯树脂/纳米γ-Al2O3复合材料的制备及性能

将纳米γ-Al_2O_3粒子加入氰酸酯树脂(CE)及环氧树脂(E-54)中,由二月桂酸二丁基锡(DBTDL)引发体系发生自由基聚合反应,制得CE/γ-Al_2O_3系列复合材料。采用示差扫描量热分析、电镜分析及力学、导热性、介电性和耐酸碱腐蚀性测试研究了纳米γ-Al_2O_3粒子用量对复合材料性能的影响。结果表明,无机纳米γ-Al_2O_3粒子的引入有利于CE基体树脂的聚合,其质量分数为10.0%时,复合材料DSC峰顶温度由280.9℃降至218.9℃,导热系数增大8.19倍,电绝缘性良好。其质量分数为6.0%时,复合材料弯曲强度、冲击强度分别达到165.36MPa,14.18 k J/m~2,较纯CE树脂提高了95.34%和62.24%,强酸腐蚀率为0.078%,较纯CE树脂下降42.8%。其质量分数为7.0%时,复合材料强碱腐蚀率为0.162%,较纯CE树脂下降64.8%。综合考虑,无机纳米γ-Al_2O_3粒子的最佳添加质量分数为6.0%。     

硅铝比对CaO-SiO2-Al2O3熔体微观结构的影响分析

煤灰的酸碱比和硅铝比是影响煤灰特性的关键因素。在煤中加入添加剂或采用混煤等方法,改变煤灰硅铝比来调节煤灰的熔融特性,是改善煤高温转化过程中带来灰渣问题的重要手段。为了分析硅铝比变化对煤灰体系微观结构产生的影响,得出宏观性质改变的理论机理,基于第一性原理在1 600℃下模拟计算了CaO-SiO_2-Al_2O_3体系中SiO_2/Al_2O_3从0.5升至3.1时,径向分布函数(RDF)、平均配位数(CN)、聚合度、氧的分布等微观结构的变化规律。结果表明:SiO_2/Al_2O_3从0.5增至3.1时,Si—O有稳定的四配位结构且平均键长为1.61×10~(-10) m; Al—O的平均键长为1.75×10~(-10) m, Al—O配位较为稳定,且配位数随着硅铝比的增加而降低,合成煤灰硅酸盐体系中Si、Al为网络形成体。随着SiO_2/Al_2O_3从0.5增至3.1时,Q~4、Q~5逐渐减少,生成聚合度低的Q~2、Q~3,其中Q~4、Q~5分别降低23%、10%左右,Q~3、Q~2分别升高14%、11%左右。大量[SiO_4]~(4-)和[AlO_4]~(5-)被破坏,煤灰体系的聚合度降低,无序性升高,网络结构被破坏,导致煤灰熔融性降低。随着体系硅铝比的增加,O_t和O_b含量逐渐降低,O_(nb)含量增加显著,其中,O_b、O_t含量分别降低7%、13%左右,O_(nb)含量升高18%左右。体系网络结构遭到破坏变得松散,疏松的网络结构导致体系硅酸盐网络在高温下更易塌陷和瓦解,宏观表现为煤灰的熔融温度降低,更易产生低温共熔体。