常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。     

Al2O3含量对Ti3SiC2/Al2O3复合材料抗氧化性能的影响

以Ti、Si、炭黑为原料,通过引入Al2O3,采用热压法制备了Ti3SiC2/Al2O3复合材料。通过X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析研究了Ti3SiC2/Al2O3复合材料的氧化行为。结果表明:添加Al2O3的试样抗氧化性优于纯Ti3SiC2试样,这是因为在1 300℃之前,形成α-Al2O3、TiO2和SiO2的混合层,且α-Al2O3集中到氧化层表面呈连续分布,形成致密氧化层。而在1 300℃之后试样表面则生成Al2TiO5抗氧化层。     

TiB2-B4C复合陶瓷动态压缩特性研究

为分析TiB₂-B₄C复合陶瓷的静动态力学性能及添加剂TiB₂的影响机制,设计了静动态压缩实验和平板撞击实验,开展了复合陶瓷在不同应变率下的动态压缩特性研究。结果表明：一维应力波加载下TiB₂-B₄C复合材料具有陶瓷材料的脆性特征,应力-应 变曲线呈典型的线性关系;由一维应变加载下试样的自由面速度历程可知,复合材料的Hugoniot弹性极限在14.98~16.91 GPa之间,且随着应变率的增加而增加;应变率低于10³ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的动态压缩强度高于单相B₄C和单相TiB₂陶瓷,且具有正相关的应变率敏感性,复合材料强度的提升得益于微观结构的改善,而应变率敏感性主要受添加剂TiB₂的强化增韧媒介影响;然而,应变率高于10⁴ s^-1时,TiB₂-B₄C复合材料的Hugoniot弹性极限接近基体B₄C陶瓷,而受添加剂TiB₂的影响较小。     

评定陶瓷复合装甲抗弹性能的动态实验方法研究

利用一维Hopkinson压杆实验装置做应力波发生源在陶瓷复合结构中产生应力波,用应变片测量不同夹层材料反射应力波的能力,同时对相同陶瓷结构进行抗弹性能实验.结果发现,具有反射应力波性能好的材料,可以提高陶瓷复合结构的抗弹性能,反射应力波的能力可以作为表征陶瓷复合结构抗弹性能的参量.     

烧结助剂含量对液相烧结SiC陶瓷抗氧化性的影响

利用Al2O3和La2O3作为烧结助剂,在1 950℃下用液相烧结技术成功制备SiC陶瓷,并在800℃下对该液相烧结SiC陶瓷进行氧化处理。用XRD、SEM等手段分析SiC陶瓷表面氧化产物相组成和微观结构的演变,并探讨SiC陶瓷氧化动力学规律。研究发现,SiC陶瓷氧化动力学曲线遵循抛物线规律,随着氧化时间增加,其氧化速率开始时迅速上升,其后降低,逐渐趋于平缓。     

起始粉末粒径对Al2O3-TiC陶瓷力学性能的影响

热压烧结制备了Al2O3和Al2O3-TiC复合陶瓷。研究了起始粉末粒径对Al2O3-TiC复合陶瓷力学性能的影响。试验结果表明,添加TiC显著地提高了氧化铝陶瓷的力学性能,σf和K1c分别提高了70％和90％。其中大颗粒TiC对氧化铝陶瓷的增韧尤为有利,其裂纹偏转增长了扩张路径,提高了材料的断裂抗力。     

金属与陶瓷界面波阻性能与材料状态关系研究

利用一维Hopkinson压杆实验装置做应力波发生源在陶瓷装甲钢复合结构中产生应力波 ,用应变片测量陶瓷与不同回火状态装甲钢间界面反射和透射应力波的能力。结果发现 ,不同状态的装甲钢具有不同的反射和透射应力波的能力     

ZrO_2添加量对Al_2O_3/ZrO_2复相陶瓷性能的影响

为提高陶瓷模具的使用寿命,以工业级Al2O3和ZrO2为主要原料,探讨ZrO2添加量对Al2O3/ZrO2复相陶瓷材料的力学性能、耐磨性能及显微结构的影响。结果表明:当ZrO2的质量分数为20%以内时,随着ZrO2含量的增加,Al2O3/ZrO2复相陶瓷的弯曲强度和断裂韧性逐渐提高,硬度逐渐降低;当ZrO2的质量分数为15%,由其制成的陶瓷模具耐磨性能最佳,并且ZrO2晶粒均匀地分散在Al2O3基体中,材料具有更加均匀致密的显微结构,这一结构决定了Al2O3/ZrO2复相陶瓷具有比纯Al2O3陶瓷更优异的力学性能,进而提高了陶瓷模具的耐磨性。     

Al_2O_3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊界面附近元素分布及析出相

采用Ti/Cu/Ti复合中间层实现Al2O3-TiC陶瓷基复合材料和Cr18-Ni8不锈钢的扩散焊接。采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、X-射线衍射(XRD)等分析手段,对Al2O3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊接头的显微组织、元素分布及析出相进行分析。结果表明:Al2O3-TiC/Cr18-Ni8界面结合紧密,界面过渡区与两侧基体间界面平直。Ti与Al2O3间的反应主要发生在陶瓷表面附近;在Cu层内,Ti和Cu浓度轮廓互补;Ti向不锈钢侧扩散较大的距离,Fe、Cr表现为相似的扩散趋势;Ni呈现"上坡"扩散的特点。Al2O3-TiC/Cr18-Ni8接头的界面结构为Al2O3+TiC,NiAl2O4,TiC,CuTi+Cu(Ni),FeTi+Cr2Ti+TiC和Fe。     

两步沉积法制备Ni/Al2O3复合镀层及其耐磨性能研究

采用两步电化学沉积技术在铜基体上制备Ni/Al2O3复合镀层。用电泳沉积工艺在铜基体上均匀沉积Al2O3涂层,用电镀技术在Al2O3涂层中嵌入金属镍,得到具有高Al2O3含量的Ni/Al2O3复合镀层。试验结果表明,两步沉积法能够提高复合镀层中的Al2O3微粒含量,镀层显微硬度及耐磨性能均有提高。     

氧化铝涂层对Al2O3f/SiO2复合材料弯曲性能的影响

以氧化铝纤维为增强体,采用缠绕成型工艺制备氧化铝纤维/石英基体(Al₂O_3f/SiO₂)和氧化铝纤维/氧化铝涂层/石英基体(Al₂O_3f/Al₂O₃/SiO₂)氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。测试1 200℃下的弯曲强度,用电子显微镜(SEM)观察断口微观形貌。结果表明:氧化铝涂层可有效抑制石英基体与氧化铝纤维间的强结合,在1 200℃下弯曲强度为143 MPa,远高于无氧化铝涂层的Al₂O_3f/SiO₂复合材料的弯曲强度(75 MPa)。     

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学（SPH）法对单颗金刚石磨粒磨削SiC陶瓷、Al₂O₃陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明：与普通磨削（CG）相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削SiC陶瓷时磨削力大于切削Al₂O₃陶瓷的磨削力。     

塑料模具钢表面激光熔覆陶瓷复合涂层的性能研究

为了提高覆层的硬度和耐磨性,在塑料模具钢P20表面预置非晶的纳米Al2O3,TiC,WC等陶瓷硬质颗粒的涂层,采用CO2激光器进行熔覆处理。对激光熔覆陶瓷复合层的显微组织结构进行了分析,并测试了其硬度和耐磨性。结果表明:通过高能量密度的激光处理,基体和熔覆层元素相互扩散与反应,其中的WC,Al2O3,FeSi成为熔覆层中的硬质相,显著提高了材料的硬度和耐磨性。磨损后熔覆层表面主要为细小的划痕,其磨损方式主要为磨粒磨损。     

凯夫拉与陶瓷复合结构抗侵彻性能数值仿真

为研究凯夫拉-129(Kevlar-129)材料与氧化铝(Al₂O₃)陶瓷面板复合装甲结构对抗侵彻性能的影响,建立平头弹丸侵彻该复合装甲单元的有限元模型。在数值模拟侵彻过程中,通过改变侵彻体的速度与复合装甲的结构,得到不同速度下的侵彻体速度变化曲线,分析了不同速度侵彻体击穿复合装甲的靶后速度与复合结构对其动能的吸收能力。分析结果表明：Kevlar与Al₂O₃陶瓷的复合装甲结构可以更好地抵抗侵彻;Kevlar夹层的位置对抗侵彻能力有较大影响,可为今后轻质复合装甲板设计提供相关技术参考。     

气凝胶改性石英纤维增强有机硅透波复合材料性能

以SiO2气凝胶、Al2 O3气凝胶、ZrO2气凝胶为改性剂、甲基苯基有机硅树脂为基体,石英纤维布为增强材料,制备了气凝胶改性石英/有机硅复合材料.开展热重分析、动态热机械分析、力学性能测试、介电性能、扫描电子显微镜等测试实验,研究不同气凝胶改性对石英/有机硅复合材料的热性能、力学性能和介电性能的影响.结果表明:气凝胶...     

分散介质添加量对氧化铝剥离石墨烯质量的影响

在试验室条件下通过湿法球磨一次合成GNSs/Al₂O₃复合材料。用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析测试,研究GNSs/Al₂O₃复合材料中石墨烯的层数分布、质量及其转换效率。结果表明:与干法球磨相比,湿法球磨得到的石墨烯片层更小且薄。随分散介质添加量增加,得到半透明的石墨烯越来越薄,部分极薄石墨烯出现弯曲,得到的寡层石墨烯也越来越多。当分散介质为40 mL时,10层以下石墨烯占比为76%,剥离效果最好。石墨烯转化率随分散介质增多而升高,在分散介质为40 mL时转化率最高。     

添加TiB2对石墨烯改性B4C陶瓷基复合材料抗弹性能的影响

为支撑新型轻质防弹装甲材料的研发和优化,以添加和未添加增韧相TiB₂的两种石墨烯改性碳化硼（B₄C）陶瓷复合材料为研究对象,研究其在12.7 mm口径穿甲弹侵彻下的失效机理。利用维氏硬度计、三点弯曲法和单边切口梁法获得两种陶瓷基复合材料的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性3个准静态力学性能参数,通过残余穿深试验研究两种复合材料在12.7 mm口径穿甲弹正侵彻下的抗侵彻能力,并采用防护系数进行定量表征。结合铝合金背板和陶瓷碎块的宏观损伤形貌,利用扫描电镜进行微观断口分析,研究陶瓷在弹头侵彻下的失效机理、增韧相TiB₂以及石墨烯的强化机制。结果表明：TiB₂的加入可以提高石墨烯改性B₄C陶瓷的各项性能,相较不含TiB₂的石墨烯改性B₄C陶瓷,含质量分数14%TiB₂改性B₄C陶瓷的维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性分别提高了19.66%、24.06%和19.70%,在12.7 mm口径穿甲弹弹头750 m/s速度侵彻下的防护性能提高15.11%;对于石墨烯改性B₄C陶瓷,TiB₂的加入与石墨烯的促进作用使B₄C陶瓷变为多种破坏吸能模式,表现出更优异的抗破碎性,是其抗侵彻性能等提高的主要原因。     

基于支持向量机的热喷涂层接触疲劳寿命预测

针对热喷涂层接触疲劳寿命的预测问题,利用装备再制造技术国防科技重点实验室研制的新型接触疲劳/磨损多功能试验机(RM-1试验机),基于中心复合设计进行等离子喷涂Al₂O₃-40%TiO₂ 涂层（AT40涂层）受到接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下的接触疲劳寿命试验,并通过扫描电镜观察涂层的失效形貌。采用3σ准则检验接触疲劳寿命试验的可靠性,将黄金分割法与信息熵理论相结合,对训练集和测试集进行划分。基于支持向量机（SVM）原理,建立综合考虑接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的寿命预测模型。研究结果表明：在接触应力、转速、涂层厚度和滑差率共同作用下,涂层的损伤失效主要是分层失效和表面磨损;采用中心复合设计方案得到的多因素接触疲劳寿命具有可靠性;基于SVM回归理论训练的预测模型具有较高的显著性,可用于表征AT40涂层接触疲劳寿命与接触应力、转速、涂层厚度和滑差率的函数关系,为喷涂层接触疲劳寿命预测提供理论参考。     

Y2O3对93W-4.9Ni.2.1Fe合金力学性能及断裂过程的影响

研究93W-Y2O3合金的力学性能,并通过扫描电镜原位拉伸试验观察93W-Y2O3合金的断裂过程。结果表明:与传统93W合金相比,93W-Y2O3的抗拉强度和延伸率均有较大幅度降低;Y2O3降低了钨颗粒的强度,拉伸载荷下裂纹在多个钨颗粒内部萌生,随着拉伸载荷增加,裂纹尖端产生应力集中,裂纹优先沿着粘结相与Y2O3界面扩展;由于Y2O3阻碍了位错的滑移,使93W-Y2O3合金的塑性下降。