氧化铝陶瓷基复合材料的制备与微观组织

采用燃烧合成法在陶瓷和石墨铸型中成功制备了Al2O3-Cr和Al2O3-(Cr2O3)-Cr陶瓷基复合材料。通过热力学计算与分析，探讨了AlO3和Cr2O3稀释剂与反应起始温度、绝热温度的关系。加入稀释剂使反应起始温度升高，而绝热温度降低。研究了稀释剂和冷却条件对复合材料微观组织的影响。改变稀释剂配比可得到Al2O3和Al2O3-Cr2O3固溶体基复合材料，在稀释剂含量适当时，金属Cr相细小、均匀地分布于氧化铝陶瓷基体，尺寸达到亚微米级；石墨型所得试样组织的均匀性和微细度优于陶瓷铸型。     

溶胶-凝胶法制备纳米氧化铝粉末的研究

氧化铝在许多工业领域已经得到了广泛的应用，随着新材料科学和先进制造技术的发展，对陶瓷复合材料的性能要求日益提高，为了提高氧化铝基陶瓷复合材料的力学性能，需要提高氧化铝的纯度和表面活性、降低其粒度，对此传统的氧化铝制备方法不能满足这一要求。溶胶一凝胶法是制备纳米粉末的重要技术之一，作为一种湿化学合成方法，具有设备简单，工艺易于控制，粉末纯度和均匀度高，成本低等优点，在制备涂层以及涂层复杂形状零件方面有很大的优越性。本文以异丙醇铝(Al(C3H7O)3)为原料，用溶胶--凝胶法制备出了纳米氧化铝(Al2O3)粉末。通过x射线衍射分析和差热分析，研究了由凝胶至α-Al2O3，粉末的转变过程以及影响粉末性能的因素。研究表明，溶胶--凝胶法制备的胶体在1200℃的温度下可以完全转化为纳米α-Al2O3，并且具有较高的质量密度，所制备的纳米α-Al2O3，具有较理想的晶体结构类型，未发现其它相或杂质，这表明溶胶--凝胶法是制备高纯度纳米陶瓷粉末的有效技术。     

预浸料工艺制备氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料

氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的增强体和基体均由氧化物构成,不存在氧化问题,是长寿命高可靠性构件的理想选材,可在1000~1300℃的高温环镜中可长期使用。本文借鉴树脂基复合材料单向纤维湿法预浸料制备工艺,通过配置氧化铝粉体料浆在缠绕式湿法预浸机上制备了单向氧化铝纤维预浸料,然后预浸料经铺层模压和高温热处理获得了氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料,同时对复合材料性能进行了表征。结果表明,氧化铝粉体料浆的固含量在50vol%,料浆溶剂中水和丙三醇的比例为3:1,纤维的走丝速度为6m/min,滚筒平行进度为0.5mm时可获得无缝隙,无纤维重叠、表面平整光滑的预浸料。通过预浸料铺层热压成型制备的复合材料拉伸强度高达208.2MPa,弯曲强度为386.7MPa。和料浆涂刷二维纤维布工艺相比,力学性能大幅度提高,且预浸料工艺具有易存储、操作简单、适于工业化生产等优势。     

氧化铝纤维的优良性能

氧化铝纤维是一种新型无机材料。该产品具有优异的高温力学性能、好的抗化学侵蚀能力、低的导热率等特点。利用其上述优点 ,可应用于铝基复合材料增强剂、隔热隔音材料等领域。氧化铝纤维与碳纤维、碳化硅纤维等非氧化物纤维相比 ,氧化铝纤维不仅具有高强度、高模量、耐高温等优良性能 ,而且还有很好的高温抗氧化性、耐腐蚀性和电绝缘性。氧化铝纤维是当今国内外最新型的超轻质高温耐火纤维 ,是整个Al2 O3 -SiO2 系陶瓷纤维中的一种 ,使用温度在 15 0 0～16 0 0度 ,高出玻璃态纤维 2 0 0～ 30 0度。利用氧化铝纤维增强的铝基复合材料活塞…     

反应自生氧化铝颗粒增强铝基复合材料

向铸铝ADC12熔体中添加硫酸铝铵,由反应分解的Al2O3原位生成了颗粒增强铝基复合材料。SEM观察表明,Al2O3颗粒在铝基体中细小弥散分布,形成球形、不团聚的增强体颗粒;Al2O3颗粒增强铝基复合材料中的片状共晶硅的数量比未增强合金的少,且Al2O3邻近处的针状共晶硅非常精细。与基材相比,Al2O3颗粒增强铝基复合材料的耐磨性较基材的提高了1~2倍,硬度提高了15%,且由硫酸铝铵反应自生成复合材料的耐磨性优于添加氧化铝形成的复合材料的。     

复相添加剂／3Y-TZP复合增韧氧化铝陶瓷的研究

利用复相添加剂和3Y-TZP的叠加作用，对氧化铝陶瓷的增韧机制和途径进行了研究。结果表明：复相添加剂有助于Al2O3／3Y-TZP复合材料中氧化铝晶粒的异向生长，其增韧效果与3Y-TZP产生了叠加效应。实验材料密度接近理论密度；抗弯强度556．35MPa；断裂韧性6．73MPa．m^1/2；综合力学性能明显提高。     

氧化铝增强化学镀镍基合金涂层的性能

研究了氧化铝微粒增强化学镀镍 (铜 ,磷 )合金涂层的性能。在Al2 O3和Ni(Cu ,P)合金共沉积过程中 ,Al2 O3在溶液中的加入量增多 ,Al2 O3在镀层中的复合量逐渐提高 ;Al2 O3的复合 ,显著改变了Ni(Cu ,P)合金沉积层的组织与性能 ,使Ni(Cu ,P) Al2 O3复合材料具有更高的硬度、耐磨性和抗氧化性。     

氧化铝-氧化铈陶瓷复合刀具的开发

陶瓷的迅速发展为许多工程应用引进了各种陶瓷复合材料。陶瓷复合材料的发展在很大程度上是由于基本陶瓷显微组织的改进，这就引起了显微组织增强陶瓷的开发。添加颗粒和晶须／纤维能够改善脆性陶瓷的断裂韧性，可能引起断裂韧性改善的机理是相变及伴生应力诱导相变增韧和微裂纹增韧、韧性增强、孪生和纤维／晶须增强。氧化铝（Al2O3）是一种特别重要的陶瓷材料，在技术上有很多用途。     

改性纳米氧化铝悬浮体系制备工艺研究

目的研究硅烷基聚合物改性的纳米氧化铝悬浮体系的制备工艺。方法以纳米氧化铝悬浮体系中Al2O3的含量为考核指标,考核不同改性剂、改性剂用量、改性时间、悬浮溶剂的选择对悬浮体系的影响。结果确定了最优制备工艺,改性剂用量为0.010 m L/g(Al2O3),改性时间为30 min,悬浮溶剂为PMA,在该工艺条件下,制备的纳米氧化铝悬浮体系中Al2O3的质量浓度最高可达0.4915 g/m L。结论硅烷基聚合物可有效包覆在纳米氧化铝的表面上,实现对纳米氧化铝的改性,改性后的纳米氧化铝可制备成稳定的悬浮体系。     

多壁碳纳米管对氧化铝陶瓷电学和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,简称SPS)制备得到了不同配比的氧化铝/多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes,简称MWNTs)复合材料,研究了其直流电导率和力学性能.结果表明,当MWNTs含量为5%(体积分数)时,复合材料的电导率比单纯Al2O3提高了近12个数量级,而断裂韧性也提高了大约39%,从3.2 MPa提高到4.44 MPa.因此,通过掺杂少量MWNTs的方法可同时提高氧化铝陶瓷的电学和力学性能而基本不改变其其他性能.     

La2O3含量对Al2O3/Cu基复合材料组织与性能的影响

以La₂O₃粉、Al粉、CuO粉为反应物原料、纯铜为基体,采用原位合成技术和近熔点铸造法制备颗粒增强Cu基复合材料,研究La₂O₃对Al-CuO体系制备的Cu基复合材料组织及性能的影响。结果表明：添加La₂O₃可获得纳米Al₂O₃颗粒,且弥散分布于Cu基体中,制备的材料组织更加细小、均匀,其材料的电导率及摩擦磨损性能明显提高。当添加0.6%wtLa₂O₃,复合材料的电导率达到90.2%IACS,磨损量达到最小,相比未添加La₂O₃,其导电率提高10.1%,磨损量减小36.6%。     

Thermal shock fatigue behavior of TiC/Al2O3 composite ceramics

The thermal shock fatigue behaviors of pure hot-pressed alumina and 30 wt.% TiC/Al₂O₃ composites were studied. The effect of TiC and Al₂O₃ starting particle size on the mechanical properties of the composites was discussed. Indentation-quench test was conducted to evaluate the effect of thermal fatigue temperature difference (ΔT) and number of thermal cycles (N) on fatigue crack growth (Δa). The mechanical properties and thermal fatigue resistance of TiC/Al₂O₃ composites are remarkably improved by the addition of TiC. The thermal shock fatigue of monolithic alumina and TiC/Al₂O₃ composites is due to a “true” cycling effect (thermal fatigue). Crack deflection and bridging are the predominant reasons for the improvement of thermal shock fatigue resistance of the composites.     

Densification and mechanical properties of fine-grained Al2O3-ZrO2 composites consolidated by spark plasma sintering

Alumina matrix composites containing 5 and 10 wt% of ZrO₂ were sintered under 100 MPa pressure by spark plasma sintering process. Alumina powder with an average particle size of 600 nm and yttria-stabilized zirconia with 16 at% of Y₂O₃ and with a particle size of 40 nm were used as starting materials. The influence of ZrO₂ content and sintering temperature on microstructures and mechanical properties of the composites were investigated. All samples could be fully densified at a temperature lower than 1400 °C. The microstructure analysis indicated that the alumina grains had no significant growth (alumina size controlled in submicron level 0.66-0.79 μm), indicating that the zirconia particles provided a hindering effect on the grain growth of alumina. Vickers hardness and fracture toughness of composites increased with increasing ZrO₂ content, and the samples containing 10 wt% of ZrO₂ had the highest Vickers hardness of 18 GPa (5 kg load) and fracture toughness of 5.1 MPa m^1/2.     

One-step fabrication of Cu-Al2O3 nanocomposite via solution combustion synthesis route

Solution combustion synthesis (SCS) is a well-known method for production of different metal oxides and composite materials such as metal matrix composites. To the best of our knowledge, producing of metal matrix composite needs an extra reduction step after combustion synthesis. In the current research, the authors introduced a novel method to eliminate the reduction step and showed that Cu matrix composite could be produced just in one-step. For this purpose, Cu(NO₃)₂·3H₂O and Al (NO₃)₃·9H₂O were used as oxidizers and urea as fuel, and one-step combustion synthesis was performed in the presence of graphite. The structure and morphology of the products were studied by XRD, SEM and TEM techniques, respectively. XRD patterns proved that the presence of graphite could prevent formation of copper oxides. SEM and TEM micrographs showed that Cu matrix reinforced with nano-sized alumina could be achieved in one-step through SCS method.     

新鲜和老化Pd/Al2O3密偶催化剂上催化C3H8转化催化性能

采用等体积浸渍法制备了以改性氧化铝为载体材料的Pd/Al₂O₃ 密偶催化剂, 并采用H₂程序升温还原(H₂-TPR), CO 化学吸附和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征. 在模拟尾气条件下对催化剂的总包反应及与C₃H₈相关的单反应活性进行了测试. 结果表明, 老化处理后活性PdO_x 数量下降, 并伴随有金属态Pd₀的产生. 老化后, 起燃温度(T₅₀)和完全转化温度(T₉₀) 分别提高了 76 oC和64 oC, 即催化剂低温活性比高温活性下降明显. 对比新鲜和老化催化剂上单反应活性, 结果表明, 老化后无水条件下有NO参与的反应的低温活性下降显著. 老化处理过程突出了NO对低温活性的抑制作用和H₂O对高温活性的促进作用.     

Al2O3包覆LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4正极材料的制备及其电化学性能

以Al(NO3)3?9H2O为包覆原料,通过燃烧法制备得到LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3正极材料。通过X射线衍射(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等测试分析材料的电化学性能。结果表明,Al2O3包覆没有改变LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4的尖晶石型结构,包覆层厚度约10.6nm。LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3正极材料电化学性能得到了明显改善,1 C和10 C倍率下初始放电比容量分别为119.9 mAh?g-1和106.3 mAh?g-1,充放电循环500次后容量保持率分别为88.4%和78.2%,而未包覆的LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4在1 C和10 C倍率下初始放电比容量分别为121.2 mAh?g-1和104.0 mAh?g-1,500次循环后容量保持率分别为84.1%和67.6%。LiNi0.03Co0.05Mn1.92O4@Al2O3活化能为32.92 kJ?mol-1,而未包覆材料的活化能为36.24 kJ?mol-1,包覆有效降低了材料Li+扩散所需克服的能垒,提高了材料的电化学性能。     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

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。     

Electroless ternary Ni-W-P alloys containing micron size Al2O3 particles

In the present investigation electroless ternary NiWP-Al₂O₃ composite coatings were prepared using an electroless nickel bath. Second phase alumina particles (1 µm) were used to codeposit in the NiWP matrix. Nanocrystalline ternary NiWP alloys and composite coatings were obtained using an alkaline citrate based bath which was operated at pH 9 and temperature at 88 ± 2 °C. Mild steel was used as a substrate material and deposition was carried out for about 4 h to get a coating thickness of 25 ± 3 µm. Metallographic cross-sections were prepared to find out the coating thickness and also the uniform distribution of the aluminum oxide particles in NiWP matrix. Surface analysis carried out on both the coatings using scanning electron microscope (SEM) showed that particle incorporation in ternary NiWP matrix has increased the nodularity of composite coatings compared to fine nodular NiWP deposits. Elemental analysis of energy dispersive X-ray (EDX) results showed that codeposited P and W elements in plain NiWP deposit were 13 and 1.2 wt.%, respectively. There was a decrease in P content from 13 to 10 wt.% with a marginal variation in the incorporated W (1.01 wt.%) due to the codeposition of aluminum oxide particles in NiWP matrix. X-ray diffraction (XRD) studies carried out on as-plated deposits showed that both the deposits are X-ray amorphous with a grain size of around 3 nm. Phase transformation studies carried out on both the coatings showed that composite coatings exhibited better thermal stability compared to plain NiWP deposits. From the XRD studies it was found that metastable phases such as NiP and Ni₅P₂ present in the composite coatings heat treated at major exothermic peak temperature. Annealed composite coatings at various temperatures revealed higher microhardness values compared to plain NiWP deposits.     

采用Au基钎料真空钎焊Al2O3陶瓷

首先选用AgCuTi活性钎料在880℃/10 min参数下对A1₂O₃陶瓷表面进行金属化处理,之后尽量去除金属化层中的AgCu共晶组织,然后选用两种Au基高温钎料在980℃/10 min参数下对金属化后的A1₂O₃进行了钎焊连接.结果表明,在Al₂O₃/Au-Ni/Al₂O₃接头中靠近Al₂O₃母材的界面处生成一层薄薄的扩散反应层,该反应层主要由TiO₂和Al₂O₃组成;在Al₂O₃/Au-Cu/Al₂O₃接头中同样存在扩散反应层,与前者不同的是,接头中检测到Ti-Au相的存在.分别对Au-Ni和Au-Cu两种钎料获得的Al₂O₃接头进行了抗剪强度测试,前者对应接头强度为95.5 MPa,后者对应接头强度达到102.3 MPa.