添加剂对超重力下燃烧合成Al2O3／ZrO2的影响

基于超重力下燃烧合成Al2O3/33ZrO2(4Y)复合陶瓷板,通过添加不同含量的SiO2,研究SiO2添加剂对Al2O3/33ZrO2(4Y)显微组织、晶体生长及力学性能的影响.XRD、SEM和EDS分析显示,SiO2的添加并未改变陶瓷物相组成;但是,随SiO2添加量的增加,陶瓷显微组织由胞状共晶团转变为棒状共晶组织,且棒状共晶团的长径比逐渐增大,而体积分数却随之下降.陶瓷相对密度因SiO2对陶瓷熔体粘度的双重影响,在SiO2的质量分数为6%时达到最高值,为97.4%;陶瓷硬度因SiO2在陶瓷中形成玻璃相,故随SiO2添加量增加而下降;陶瓷断裂韧度因棒晶裂纹桥接与裂纹偏转效应,因此也在SiO2添加量为6%时达到最高值,为15.9 MPa·m1/2.     

纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3+Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元,利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3 ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中,纤维状共晶组织体积分数较高,ZrO2纤维直径已达到纳米/微米尺度;在过共晶复相陶瓷中,层片状共晶组织体积分数较高,Al2O3 ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为,本试验所获得的复相陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下,只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米/微米级尺度上的1 3复合的Al2O3 ZrO2纳米/微米晶内型复相陶瓷。     

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.     

纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3 Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元，利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3-ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中，纤维状共晶组织体积分数较高，ZrO2纤维直径已达到纳米／微米尺度；在过共晶复相陶瓷中，层片状共晶组织体积分数较高，Al2O3-ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为，本试验所获得的复相：陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下，只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米／微米级尺度上的1—3复合的Al2O3-ZrO2纳米／微米晶内型复相陶瓷。     

Al2O3陶瓷/不锈钢自蔓延高温原位合成连接

以分析纯三氧化二铁和粒度小于10μm的铝粉为反应原料,采用强电流加热的方法点燃,在马氏体不锈钢上原位合成Al2O3陶瓷,形成Al2O3陶瓷/马氏体不锈钢复合材料.利用光学显微镜和扫描显微镜对自蔓延高温合成的Al2O3陶瓷相及其与马氏体不锈钢形成的过渡区进行了显微组织分析;利用电子探针对合成的陶瓷相的成分进行了测定.研究结果表明,在Al/Fe2O3自蔓延高温合成体系中,合成的Al2O3陶瓷的显微组织主要为Al2O3陶瓷相和少量的铁素体与尖晶石相Al2O3·FeO;反应合成原料中过量的Al有利于Al2O3陶瓷相的致密化;反应合成原料坯块的厚度大于2.00 mm时,能获得结合界面状况良好的Al2O3/马氏体不锈钢复合材料.     

稀土增强Al2O3掺杂钼基复合粉体的制备

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂Al2O3增强钼基复合材料的粉体,研究了在La2O3与Al2O3在不同掺杂量对粉体的影响。结果表明:采用溶胶凝胶法制得La2O3/Al2O3/Mo混合粉体的平均粒径为1～2μm。Al2O3对粉体的均匀性、颗粒分布、粒径大小有一定的影响,Al2O3添加量的增加对粉体的团聚有分散作用。当Al2O3含量为15vol%、La2O3添加量小于2.5%时,La2O3对粉体粒径无明显细化作用。     

烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明:两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。     

不锈钢表面激光合金化Mn-Al2O3强化层的组织及性能

基于高速混合机桨叶所用奥氏体不锈钢的失效情况,利用激光合金化技术在奥氏体不锈钢上制备合金化强化耐磨层。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和光学分析仪研究合金化层的显微组织、成分、物相、横截面的硬度分布,同时利用正交试验得到激光合金化技术的优化参数。结果表明:当硬质相Al2O3的含量为70%,激光功率为2 kW,扫描速度为15 mm/s时,合金化层的显微硬度最大,达到440.8 HV0.1;所制备的合金化层无裂纹和气孔等缺陷,与基体形成冶金结合;合金化层由枝晶和枝晶间共晶组成,其相组成为奥氏体、Al2O3、Cr7C3、Mn7C3和Mn2O3;合金化层的耐磨损性能较基体的显著提高。     

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。     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-Ni-Ti陶瓷复合材料的组织与性能

采用真空热压烧结方法制备Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷基复合材料,采用X射线衍射与扫描电镜分析材料的物相组成和显微结构,研究烧结工艺对材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Ni和Ti的添加显著提高复合材料的强度和韧性;温度小于1 600℃时,复合材料的力学性能随热压温度的升高而升高;温度高于1 600℃时,温度升高及保温时间延长不仅会导致Al2O3晶粒的异常长大和Ti(C,N)的分解,而且会使Ni发生聚集现象,复合材料的力学性能下降;当烧结温度为1 600℃、保温时间为30 min时,制备的Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合材料的力学性能最佳,其相对密度达到99.4%,抗弯强度为820 MPa,断裂韧性达到9.3 MPa.m1/2。     

Al2O3/ZrO2纳米/微米结构自生复相陶瓷组织与性能

通过在铝热剂中添加质量分数为25%的ZrO2(4Y)粉末,借助SHS原位合成技术,快速、直接地制备出t-ZrO2纳米/微米纤维为第2相、Al2O3为基体的晶内型结构复相陶瓷,研究其微观结构、合成机理与力学性能.研究得出,该复相陶瓷是高温陶瓷熔体在SHS所造成的大过冷条件下发生共生共晶反应生成的,SEM与XRD分析表明t-ZrO2相所具有的应力诱发相变增韧机制非常微弱,裂纹扩展主要受纳米/微米晶内型结构控制,从而呈现出强烈的裂纹偏转韧化机制.     

Al2O3/ZrO2快速凝固复合陶瓷显微结构与力学行为

通过在铝热剂中引入适量的ZrO2粉末,基于铝热氧化-还原反应、重力下陶瓷/金属液相分离,以大过冷条件下熔体共晶生长方式,制备出以ZrO2正方相纳微米纤维镶嵌于其上且长径比为8.0～12.0的蓝宝石棒晶及少量α- Al2O3片晶为基体的Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷.通过材料力学性能测试与裂纹扩展路径观察,研究复合陶瓷显微结构与其力学行为之间的关系.结果表明,复合陶瓷的弯曲强度与断裂韧度分别达到1 256 MPa与13.2 MPa·m1/2;分布于蓝宝石棒晶上大量的面间距为纳微米尺度的Al2O3/ZrO2两相低能界面及残余压应力,使蓝宝石棒晶与陶瓷基体得以强化,迫使裂纹沿蓝宝石棒晶边界偏转;同时,因处于裂纹尖端尾部的蓝宝石棒晶桥接与拔出、α- Al2O3片晶桥接与摩擦互锁等效应,又使裂纹扩展呈现出强烈的稳定化倾向.     

Y2O3对反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷组织和性能的影响

以低压铸造用升液管为研究目的,以Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为主料,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷。研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析。结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量Sialon晶须及未反应的Si。Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5%Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88%,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa。     

超重力下合成Al2O3/YSZ复合陶瓷的组织与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,进行超重力下燃烧合成,制备出Al2O3/YSZ系列成分自生复合陶瓷板材,并对陶瓷结构转变与力学性能进行了研究.共晶成分自生复合陶瓷基体主要是以亚微米ZrO2纤维镶嵌于Al2O3上的共晶团构成,亚共晶成分自生复合陶瓷因发生离异共晶生长,其基体为ZrO2相分布于其边界上的Al2O3晶构成,过共晶成分自生复合陶瓷基体则为ZrO2正方相细小球晶构成.共晶成分的自生复合陶瓷因共晶团基体上高残余压应力与小尺寸共晶团边界,其硬度达至最高值16.7 GPa;而过共晶成分的自生复合陶瓷因ZrO2正方相球晶相变增韧及相变诱发微裂纹增韧,其断裂韧度达至最大值14.6 MPa·m(1)/(2).     

0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3（1-x）(Ni51.5Mn25Ga23.5)x固溶体系磁电性能研究

采用传统的固相烧结法合成了0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x复合体系陶瓷。XRD结果表明,随着Ni51.5Mn25Ga23.5(NMG)掺入,Ni51.5Mn25Ga23.5先溶于0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3中,后NMG量超过5%不溶于复合体系中,使得0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3的峰位向右偏移;铁电性能测试结果表明,0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x复合体系陶瓷随着Ni51.5Mn25Ga23.5的掺入量的增加矫顽场E先降低后增加,剩余极化强度Pr逐渐降低,这与XRD的测试结果相一致;磁性测试结果表明,0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x随着Ni51.5Mn25Ga23.5掺入量的增加,以独立相析出在复合体系中,剩余磁化强度Mr逐渐增大。     

添加Al2O3对重力分离-SHS法制备Al2O3/Fe复合管组织的影响

采用自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,SHS)重力分离法制备了Al2O3/Fe陶瓷内衬复合管.采用XRD、SEM方法分析了添加剂Al2O3对复合陶瓷相组成、陶瓷层的表面质量以及对Al2O3/Fe过渡层的影响.XRD分析表明,陶瓷层主晶相为α-Al2O3、FeO·Al2O3,加入Al2O3添加剂后,不会改变相组成;SEM分析表明,添加剂Al2O3的加入会降低过渡层的质量,使过渡层变薄,结合形式由冶金结合变为机械结合.     

Nb2O5掺杂NiFe2O4陶瓷材料的显微结构和导电性能

以NiO、Fe2O3和Nb2O5为原料,采用固相烧结法合成陶瓷粉体,通过等静压-气氛烧结法制备Ni1-xNbxFe2O4(x=0,0.02,0.05,0.07,0.10,0.20)陶瓷试样,并对其进行导电性能测试。通过XRD、SEM、EDX、FTIR和XPS等分析手段对材料的物相组成、显微结构和微区成分进行表征,研究Nb2O5掺杂对陶瓷材料显微结构和导电性能的影响。结果表明:Nb2O5掺杂抑制NiFe2O4基体中NiO相的出现,过量时生成FeNbO4相;适量掺杂(x=0.05)有利于消除晶界孔隙,提高陶瓷的烧结密度;与未掺杂试样相比,掺杂Nb2O5的NiF2O4陶瓷材料的导电性均得到很大改善,其中掺杂量x=0.05的Ni0.95Nb0.05Fe2O4陶瓷试样在1 233 K的电导率较纯NiFe2O4的提高60%。     

超重力下燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2(4Y)成分、结构与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,以超重力下燃烧合成技术,制备出不同成分与结构的Al2O3/ZrO2(4Y)大体积新型复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷成分、显微结构与力学性能之间的关系。XRD、SEM与EDS表明,Al2O3/33ZrO2(4Y)是以取向各异且纳微米t-ZrO2纤维呈三角对称镶嵌其上的棒状共晶团为基,且周围分布着t-ZrO2微米球晶;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)则以t-ZrO2微米球晶为基,周围分布着不规则形状的α-Al2O3晶及少量的共晶团组织。相比于国外定向凝固Al2O3/ZrO2(Y2O3),试验Al2O3/33ZrO2(4Y)强硬性的提高可归因于材料的高致密性、小尺寸缺陷及残余压应力增韧、相变增韧机制所导致的高断裂韧度;同时,Al2O3/40ZrO2(4Y)虽在硬度上有所下降,但在弯曲强度与断裂韧度却分别提高了19.0%与311.1%,故材料的强化可认为是因t-ZrO2微米球晶基体所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所诱发的高断裂韧度所致。     

超重力下燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷研究

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,引发超重力下燃烧合成,制备出大尺寸、高致密度Al2O3/ZrO2(Y2O3)自生复合陶瓷板材.XRD,SEM与EDS显示,自生复合陶瓷是以亚微米ZrO2四方相纤维成排镶嵌其上、生长方向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2四方相不规则粒晶分布其上的共晶团边界构成,复合陶瓷的强化不仅归因于分布在棒状共晶团Al2O3基体上的残余压应力与小尺寸共晶团边界,更因共晶团Al2O3基体上的残余压应力增韧、共晶团边界上的微裂纹增韧及应力诱发相变增韧引起的高断裂韧性所致.     

Ti3AlC2含量对热压制备Cu/Ti3AlC2复合材料的影响

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,原位热压制备一系列Cu/Ti3AlC2复合材料,并研究Ti3AlC2含量对复合材料生成相、显微组织、力学和电学性能的影响。实验结果表明,在1150℃的高温下,不管Ti3AlC2的含量,Al都从Ti3AlC2中溶出进入液相Cu中,反应生成新的复合相。当Ti3AlC2原料的体积分数为40%~60%时,复合材料由Ti3C2相和Cu(Al)合金相组成。Cu/Ti3AlC2复合材料具有高强度及良好的断裂韧性和导电性,归因于Ti3C2聚集薄层与Cu(Al)合金层之间的牢固结合以及Cu(Al)相构成的空间网络结构。当Ti3AlC2原料的体积分数为70%或80%时,复合材料由Ti3C2和Cu9Al4金属间化合物组成,随着Ti3AlC2含量的增加,其强度和断裂韧性减小,硬度和电阻率增大。