可加工BN/B_4C复相陶瓷的制备与其抗热震性能

采用热压烧结工艺制备了BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷。由淬水法测试了单相B4C陶瓷,BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能,用三点弯曲法测试了热震后样品的抗弯强度。结果表明:BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能明显高于单相B4C陶瓷的抗热震性能,而且BN/B4C纳米复相陶瓷的抗热震性能明显高于BN/B4C微米复相陶瓷的抗热震性能。BN/B4C微米复相陶瓷和BN/B4C纳米复相陶瓷具有良好的抗热震性能主要是由于具有较高的抗弯强度和较低的弹性模量;同时BN/B4C复相陶瓷中的BN/B4C弱界面和层状结构的h-BN晶粒能够显著提高复相陶瓷的抗热震性能。     

烧结温度对BN-ZrB_2-ZrO_2复相陶瓷结构与性能的影响

以h-BN为基体材料,ZrO2、AlN、B2O3和Si等为改性剂,采用反应热压烧结工艺制备BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷,研究了烧结温度对BN基复相陶瓷物相组成、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:提高烧结温度可促进ZrB2相的形成,烧结后的复合陶瓷中出现SiAlON相;随烧结温度升高,样品相对密度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高后降低趋势,烧结温度为1 900℃时材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最高,分别为95.2%、226.0MPa和3.4MPa·m1/2。ZrB2相的存在显著提高了BN基复相陶瓷的力学性能。与热压烧结纯BN陶瓷相比,BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷的抗弯强度提高了183%,且该复相陶瓷主要以沿晶断裂为主,高温下烧结的样品中出现晶粒拔出现象,并伴随有少量穿晶断裂。     

TiB2对无压烧结B4C–TiB2复相陶瓷结构和性能的影响

以碳化硼(B₄C)、二硼化钛(TiB₂)、碳化钛(TiC)为原料,采用无压烧结法在2 130℃制备了含20%(质量分数)和30%TiB₂的B₄C基复相陶瓷,分析所制样品的密度、硬度、弯曲强度和断裂韧性。结果表明:在2 130℃,直接加入30%的TiB₂亚微米颗粒,复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到277.6 MPa和5.38 MPa·m^1/2。陶瓷中颗粒拔出和裂纹微桥接对复相陶瓷增韧作用显著。B₄C–TiB₂复相陶瓷的增韧机理主要是由于TiB₂与B₄C热膨胀系数不匹配产生的残余应力导致的微裂纹增韧和裂纹偏转增韧。     

TiB2-BN-AlN复相陶瓷的结构与性能研究

采用不同TiB2、BN、AlN体积配比制备TiB2-BN-AlN复相陶瓷,研究了TiB2、BN、AlN含量的变化对复相陶瓷烧结致密度、组织结构和性能的影响.结果表明:随着BN含量的增加,TiB2-BN-AlN复相陶瓷的致密度和抗弯强度降低,电阻率升高.另一方面,在空气中AlN颗粒表面易水解产生AlOOH和NH3,在热压烧结过程中,AlOOH会分解成Al2O3,同时Al2O3与AlN发生反应生成AlON,使得物质在AlN 晶粒之间扩散,从而提高复相陶瓷的致密度.     

锆英石碳热还原制备ZrB2-ZrO2-SiC复合粉体

以锆英石、硼酸和炭黑为原料，在流通氩气气氛中于1 500℃煅烧制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体，研究了保温时间（分别为3、6和9 h）和添加剂AlF₃添加量（质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）对合成产物物相组成和显微结构的影响。结果表明：1)将锆英石在流通氩气气氛中于1 500℃碳热还原可制备ZrB₂-ZrO₂-SiC复合粉体；ZrB₂、ZrO₂呈粒状，SiC呈纤维状。2)随着保温时间的延长，ZrB₂的量逐渐增多，m-ZrO₂和SiC的量均逐渐减少，非氧化物ZrB₂、SiC、ZrC的总量逐渐增多。3)与未添加AlF₃的试样相比，添加0.5%（w）AlF₃的试样中m-ZrO₂量显著减少，ZrB₂的量显著增多，SiC的量有所减少；但随着AlF     

AlN/YAlO3复合陶瓷的抗热震性能

AlN陶瓷硬度高、脆性大,难以烧结致密,作为熔炼容器时会因高温变形或被温度变化引起热冲击破坏。将YAlO₃作为颗粒增强相加入AlN中,通过无压烧结方法制备AlN/YAlO₃复合陶瓷,研究不同温度下AlN/YAlO₃复合陶瓷的抗热震性能,分析热震前后AlN/YAlO₃复合陶瓷的物相结构、断口形貌和表面形貌,并阐明热震损伤机理。结果表明,在AlN陶瓷中加入YAlO₃能够促进AlN陶瓷的烧结,将致密度提升至98.37%,同时细化晶粒,提高AlN/YAlO₃复合陶瓷的抗弯强度和抗热震性能。在温度较高的热震试验中,当热震温度升高至600℃后,AlN/YAlO₃复合陶瓷的抗弯强度和残余强度保持率显著高于AlN陶瓷,表明添加YAlO₃能够有效提高AlN陶瓷的抗热震性能,这主要归因于微裂纹增韧及裂纹的偏折、分叉等机制的协同作用减缓了AlN/YAlO₃复合陶瓷抗弯强度的降低速度。此外,当热震温度达到1 000...     

热处理气氛对SiBON陶瓷材料析晶行为的影响

熔融石英陶瓷在使用过程中的析晶现象一直备受关注。采用XRD、SEM、FT-IR、XPS分析手段研究了SiBON陶瓷物相结构、表面形貌、化学键存在形式对其析晶行为的影响。结果表明,SiBON陶瓷在氮气保护条件下经1 550 ℃烧结后仍可有效抑制方石英的析出,同一温度在真空气氛下烧结制成的样品抑制析晶效果不佳。SiBON陶瓷的物相组成为非晶SiBON、Si₃N₄、BN,抑制析晶机理为B、N元素的掺杂使SiO₂中的Si—O—Si键转变为B—O—Si、Si—O—N键,由此生成的Si—B—O—N非晶结构提高了SiO₂的析晶活化能。     

氟化钙对常压烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构与性能的影响

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,CaF2–Al2O3–Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的Si3N4/BN复相陶瓷。研究了CaF2添加量对Si3N4/BN复相陶瓷材料力学性能的影响,并通过X射线衍射和场发射扫描电镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微组织。结果表明：随着CaF2添加量增加,制备的Si3N4/BN复相陶瓷材料气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。添加量为2%（质量分数）时,Si3N4/BN复相陶瓷的室温抗弯强度达145.5MPa。添加适量的CaF2可在Si3N4/BN复相陶瓷材料常压烧结过程中较大程度地破坏h-BN的卡片房式结构,将微米级的h-BN颗粒变成纳米级颗粒。     

CaO/Y2O3共稳ZrO2复相陶瓷显微结构和力学性能研究

采用传统固相法制备了不同CaO和不同Y₂O₃掺杂量的ZrO₂复相陶瓷。借助XRD、SEM、EDS、维氏硬度计等测试手段研究了复相陶瓷的显微结构及力学性能。结果表明CaO/Y₂O₃共稳ZrO₂复相陶瓷的显微结构中共有大、中、小三种不同尺寸的ZrO₂晶粒。CaO的掺入在细化晶粒的同时可以降低中型t-ZrO₂晶粒内Y稳定剂含量,提高t-ZrO₂相变量;Y₂O₃能降低基体中m-ZrO₂的体积分数。当Y₂O₃掺入量为1.8 mol%,CaO掺入量为2 mol%时,获得了最高的断裂韧性(5.4±0.2 MPa·m^1/2);当Y₂O₃掺入量为2.5 mol%,CaO掺入量为1 mol%和2 mol%时,分别获得了最高的抗弯强度(78...     

(Ti,Zr,Hf)B2粉体的制备及B4C含量对中熵陶瓷高温弯曲强度的影响

高熵陶瓷是陶瓷领域近几年的研究热点，过渡金属硼化物中熵、高熵陶瓷以其优异的性能、化学反应惰性和极高的熔点，成为耐极端环境的重要候选材料。本工作首次研究了B₄C过量含量对中熵硼化物粉体合成、陶瓷致密化、微结构演变和高温弯曲强度的影响，确定了低氧含量、高烧结活性(Ti,Zr,Hf)B₂粉体的制备工艺。采用热压烧结工艺在1800℃制备的(Ti,Zr,Hf)B₂中熵陶瓷致密度高达99%以上。B₄C过量15wt%的(Ti,Zr,Hf)B₂陶瓷晶粒尺寸为5.0±2.1μm，随着B₄C过量含量增加到25wt%，晶粒尺寸明显细化至2.4±0.7μm。过量的B₄C一部分与球磨引入的Si₃N₄原位反应生成BN相，另一部分B₄C以第二相形式存在，BN和B₄C相的引入可以有效抑制中熵陶瓷烧结过程中的晶粒生长，同时也提升了材料的高温弯曲强度。B₄C过量...     

K2CO3和CaCO3对低温制备SiC多孔陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备SiC多孔陶瓷,通过添加二元复合烧结助剂K₂CO₃和CaCO₃与SiC在空气气氛下氧化生成的SiO₂在较低温度下生成低共融相,促进SiC多孔陶瓷在1100℃-1200℃温度下烧成。研究烧成温度、K₂CO₃和CaCO₃添加量对SiC多孔陶瓷的抗弯强度、显气孔率、气体渗透率、相组成和显微结构的影响。结果表明：当K₂CO₃和CaCO₃添加量分别为1wt%和1wt%,在空气气氛下1100℃保温3h制备的样品综合性能较佳,抗弯强度为33.6MPa,显气孔率为36.3%,气体渗透率为728m³/(m²·h·KPa)。     

纳米BN包覆的Al2O3复合粉的制备及其烧结性能研究

以尿素和硼酸为氮化硼源，利用氢气还原法在亚微米级氧化铝粉末表面均匀包覆一层纳米级BN，包裹层的厚度可通过BN含量来调节。当氮气压力为0.52-0.53MPa时，复合粉经1400℃至1600℃热处理，中间产物Al-O-B分解得到BN，同时BN由t(turbostratic)相转变为h(hexagonal)相。1500℃处理可得到包裹紧密的h-BN-Al2O3纳米复合粉。以氮经硅为烧结助剂，30％BN－Al2O3(in volume)复合粉在1700热压烧结即可得到几乎完全致密化的纳米复相陶瓷，表观气孔率接近于零。材料的抗弯强度为446MPa，可用硬质合金钻头轻易钻孔。     

可加工B_4C/BN复相陶瓷的制备及其高温抗氧化性能

采用热压烧结工艺制备单相B4C陶瓷、B4C/BN微米复相陶瓷和B4C/BN纳米复相陶瓷。研究了其在1 000～1 300℃的等温氧化性能,通过对氧化后试样表面的物相组成和显微结构的分析,探讨了氧化机理。结果表明:单相B4C陶瓷、B4C/BN微米复相陶瓷和B4C/BN纳米复相陶瓷的高温抗氧化性能随氧化温度提高和氧化时间增加而逐渐降低,试样氧化过程中质量损失逐渐明显。对试样在不同氧化温度下得到的氧化曲线进行了线性拟合分析,试样在1 000℃时抗氧化性能较好,但在1 300℃时抗氧化性能较差。氧化后试样表面的物相组成主要为B4C相、h-BN相,以及少量的B2O3相和Al4B2O9或Al18B4O33相。氧化后试样表面存在一层厚度约为100μm的氧化层,氧化层中存在许多微孔和少量玻璃相物质。氧化生成的B2O3挥发是导致试样质量随着氧化温度和氧化时间增加而显著减少的主要原因。     

Preparation of Machinable B4C/BN Composites and Their Oxidation Resistances at High Temperature

采用热压烧结工艺制备单相 B4C 陶瓷、B4C/BN 微米复相陶瓷和 B4C/BN 纳米复相陶瓷。研究了其在 1 000～1 300 ℃的等温氧化性能,通过对氧化后试样表面的物相组成和显微结构的分析,探讨了氧化机理。结果表明：单相 B4C 陶瓷、B4C/BN 微米复相陶瓷和 B4C/BN 纳米复相陶瓷的高温抗氧化性能随氧化温度提高和氧化时间增加而逐渐降低,试样氧化过程中质量损失逐渐明显。对试样在不同氧化温度下得到的氧化曲线进行了线性拟合分析,试样在 1 000 ℃时抗氧化性能较好,但在 1 300 ℃时抗氧化性能较差。氧化后试样表面的物相组成主要为 B4C 相、h-BN 相,以及少量的B2O3 相和 Al4B2O9 或 Al18B4O33 相。氧化后试样表面存在一层厚度约为 100 μm 的氧化层,氧化层中存在许多微孔和少量玻璃相物质。氧化生成的 B2O3挥发是导致试样质量随着氧化温度和氧化时间增加而显著减少的主要原因。     

B4C陶瓷中原位生成TiB2及其对力学性能的强化机制

以 TiO₂为烧结助剂,采用反应烧结法在 B₄C 陶瓷中原位生成 TiB₂,制备出致密的 B₄C 陶瓷,并对其强化机制进行了分析。结果表明：随着 Ti O₂添加量的增加,B₄C 陶瓷的致密度和抗弯强度先增大后减小,断裂韧性不断增大。当 Ti O₂添加量为 5% (质量分数)、烧结温度为 1 700 ℃时,B₄C 陶瓷致密度达到 99.6%;当 TiO₂加入量为 15%时,B₄C 陶瓷的 Vickers硬度为 36.0 GPa,断裂韧性为 4.38 MPa·m^1/2,抗弯强度为 405 MPa,综合性能最优。原位生成的 TiB₂抑制了 B₄C 陶瓷晶粒长大,消除了裂纹尖端应力,使裂纹产生偏转和分叉,对 B₄C 陶瓷起到细晶强化和增韧作用。     

可加工氮化硅/氮化硼复相陶瓷的制备

以硅(Si)粉、六方氮化硼(h-BN)为原料,在氮气(N2)中用燃烧合成(combustion synthesis,CS)气固反应法,原位生成可加工氮化硅/氮化硼(Si3N4/h-BN)复相陶瓷.考察了h-BN不同体积分数(下同)对Si3N4/h-BN复相陶瓷可加工性的影响.结果表明:在实验条件下,Si粉氮化完全,不存在残余的游离Si.Si3N4/h-BN复相陶瓷中以柱状β-Si3N4为主相,β-Si3N4晶粒之间为针状h-BN相.随着h-BN相含量的增加,Si3N4/h-BN复相陶瓷的可加工性提高,抗弯强度先减小后增加.h-BN含量为25%时,Si3N4/h-BN复相陶瓷的抗弯强度最低.     

浸渍及热处理对常压烧结AlN/h-BN复相陶瓷微观结构及性能的影响

采用常压烧结方法在1 700℃保温2 h制备出AlN/20%(体积分数)h-BN复相陶瓷,对烧结后的样品分别采用A10铝溶胶和硅溶胶/酚醛树脂进行浸渍处理,随后在1 450℃氮气气氛下热处理2 h。对比研究了浸渍及热处理前后复相陶瓷的致密度、抗弯强度、Vickers硬度、微观结构和物相组成,并分析了复相陶瓷的强化机理。结果表明:A10铝溶胶浸渍处理后样品的抗弯强度和Vickers硬度略有提高;经过硅溶胶/酚醛树脂处理的样品抗弯强度和Vickers硬度大幅提高,抗弯强度和Vickers硬度分别从81.5MPa和1.99 GPa提高到130.1 MPa和3.58GPa;硅溶胶/酚醛树脂处理后的样品在孔隙界面处生成的碳化硅及氮氧化铝是样品抗弯强度和Vickers硬度显著提高的主要原因。     

多孔Si_3N_4/BN复相陶瓷的常压烧结制备

以微米级Si3N4和h-BN粉末为原料,Yb2O3-Al2O3-Y2O3为烧结助剂,采用常压烧结工艺制备了BN体积含量为25%的多孔Si3N4/25%h-BN复相陶瓷。研究了Yb2O3添加量对Si3N4/25%BN复相陶瓷力学性能的影响,通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复相陶瓷的物相组成和显微结构。结果表明:随着Yb2O3添加量增加,制备的Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率逐渐增大,收缩率变小,相对密度减小。Yb2O3添加量为2%(质量分数)时,Si3N4/25%BN复相陶瓷的气孔率为15.1%,相对密度为72.8%;当Yb2O3添加量提高至15%时复相陶瓷的气孔率增加至32.1%,相对密度则降至60.3%。同时随着Yb2O3添加量增加,复相陶瓷的室温抗弯强度先增大后减小,Yb2O3含量为4%时,室温抗弯强度呈现最大值,可达264.3MPa。     

可加工氮化硼系复相陶瓷的研究发展现状和发展趋势以及应用现状分析

先进陶瓷材料具有较高的力学性能,以及较高的抗高温氧化性能等。但是先进陶瓷材料由于硬度较高、可加工性能较差,导致陶瓷材料的机械加工成本较高,所以限制了陶瓷材料的广泛应用。为了改善和提高陶瓷材料的可加工性能,向陶瓷基体中加入六方氮化硼形成可加工氮化硼系复相陶瓷。可加工氮化硼系复相陶瓷具有较高的力学性能和优良的可加工性能,氮化硼系复相陶瓷可以进行机械加工。目前研究和开发的可加工氮化硼系复相陶瓷主要包括:Al_2O_3/BN复相陶瓷,ZrO_2/BN复相陶瓷,SiC/BN复相陶瓷,Si_3N_4/BN复相陶瓷,AlN/BN复相陶瓷等。目前可加工氮化硼系复相陶瓷的研究主要集中在氮化硼系复相陶瓷的制备工艺,力学性能,可加工性能,抗热震性能,抗高温氧化性能等。本文主要叙述可加工氮化硼系复相陶瓷的制备工艺,力学性能和可加工性能,抗热震性能,抗高温氧化性能等。并叙述可加工氮化硼系复相陶瓷的研究发展现状和发展趋势,并对可加工氮化硼系复相陶瓷的未来发展趋势进行分析和预测。     

添加ZrSiO4制备Al2O3/ZrO2/莫来石复相陶瓷的组织及力学性能研究

将一定质量的硅酸锆和氧化钇加入无水乙醇湿法研磨、干燥后,加入Al2 O3陶瓷粉料中,1550℃常压烧结,保温3h,制得陶瓷.研究所制备陶瓷的微观组织及其力学性能.结果表明:添加ZrSiQ之后,陶瓷中生成了t-ZrO2,ZrO2相变时的体积效应弥补了部分气孔,使复相陶瓷气孔减少,致密度提高;界面生成的ZrO2改变了材料的断裂方式,使材料的抗弯强度、断裂韧性、抗热震性能都得到明显的改善.