ZrO2在β"─Al2O3复合陶瓷中的作用

本文研究了四方和立方ZrO₂在与Na-β"-Al₂O₃的复合陶瓷中作为第二相所起的各种作用。结果说明ZrO₂对复合陶瓷具有细化晶粒、改善显微结构、提高强度和断裂韧性的作用,与此同时也在一定程度上降低离子电导率。在提高力学性能方面,四方ZrO₂除了具有与立方ZrO₂相同的弥散颗粒的作用外,相变所起的作用也是很显着的。ZrO₂-Na-β"-Al₂O₃复合陶瓷是一种有应用价值的固体电解质材料。     

Y2O3添加量对Al2O3/ZrO2共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y₂O₃添加对Al₂O₃/ZrO₂共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al₂O₃/ZrO₂(Y₂O₃)共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y₂O₃添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2 μm范围内变化。力学测试表明,Y₂O₃摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO₂及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22 )GPa;当Y₂O₃摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y₂O₃的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y₂O₃摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^1/2,这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y₂O₃添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。     

超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

纳米-Al2O3/SiO2加入量对MgO-Al2O3-SiO2复相陶瓷烧结机理的影响

为了探究纳米-Al₂O₃/SiO₂加入量对MgO-Al₂O₃-SiO₂复相陶瓷烧结行为的作用机理。以微米级MgO、纳米级Al₂O₃和SiO₂为主要原料制备陶瓷基复合材料。通过XRD和 SEM等检测手段对烧后试样的物相组成和微观结构进行测试与表征,重点研究Al₂O₃/SiO₂的加入对复相陶瓷物相组成、微观结构及烧结性能的影响。结果表明:随着Al₂O₃/SiO₂加入量的增大,试样烧后相对密度和烧后线变化率呈先增大后减小再增大的趋势,加入15%Al₂O₃/SiO₂(质量分数)的试样经1 500 ℃烧结后,其相对密度可以达到94%。引入的Al₂O₃/SiO₂与基体中的MgO生成镁铝尖晶石与镁橄榄石相,原位反应伴随的体积膨胀,抵消部分烧结过程中的体积收缩。Al₂O₃/SiO₂加入量为75%(质量分数)的试样经1 400 ℃烧结后,基体中有大量堇青石相生成,随着煅烧温度提高到1 500 ℃,堇青石分解所产生的高温液相促进了试样的烧结收缩。     

超重力下燃烧合成ZrO2(4Y)/Al2O3的成分、显微组织与力学性能

采用超重力下燃烧合成技术,通过调整ZrO₂体积分数,制备出不同成分与显微组织形态的ZrO₂(4Y)/Al₂O₃复合陶瓷,研究了材料成分、显微组织与力学性能之间的关系。XRD、SEM和EDS结果表明：当ZrO₂体积分数低于37%,陶瓷熔体生成为生长取向各异且以ZrO₂四方相亚微米纤维镶嵌于α-Al₂O₃上的棒状共晶团为基体的复合陶瓷;当ZrO₂体积分数高于40%,复合陶瓷基体则生长为略呈球形的ZrO₂四方相微米晶粒。性能测试结果显示,随着ZrO₂体积分数增加 , 陶瓷相对密度逐渐降低,陶瓷硬度与断裂韧性均在ZrO₂体积分数为33%时出现最高值,而陶瓷弯曲强度则在ZrO₂体积分数为29%达到最大值。     

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料。对ZrW₂O₈/ZrO₂前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW₂O₈和m-ZrO₂相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW₂O₈质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料在30~600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0。      

PET接枝改性纳米ZrO2/PC复合材料的力学性能

采用接枝聚合反应在纳米ZrO₂表面接枝聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 低聚物,以提高其与聚碳酸酯(PC)的相容性;改性纳米ZrO₂与PC经过共混挤出,制备了纳米ZrO₂/PC复合材料。采用FTIR、XPS、TEM、TG、接触角等测试方法对接枝改性后的纳米ZrO₂进行了表征,结果表明,PET化学键合到了纳米ZrO₂表面,使ZrO₂疏水性显著增强,微观颗粒分散性好。对纳米ZrO₂/PC复合材料进行了力学性能测试,探讨了纳米ZrO₂的添加量与复合材料力学性能的关系。结果表明：纳米ZrO₂/PC复合材料的力学性能较纯PC有明显改善;随着改性纳米ZrO₂含量的增加,缺口冲击强度和拉伸强度都呈现出先增加后降低的趋势,分别在ZrO₂质量分数为1%和0.3%时达到最大值;弯曲强度在实验范围内一直呈上升趋势,最大弯曲强度比纯PC提高2.54 MPa。     

ZrO2-C-ZrB2复合材料的氧化动力学

通过差热-热重分析研究了ZrB₂含量为10 %的ZrO₂-C-ZrB₂复合材料在800～1100℃下空气中的氧化动力学,根据气固相反应原理建立氧化动力学模型,计算反应表观活化能,并得到氧化速率与温度的经验关系式。结果表明,试样在 800℃时的氧化过程仅有化学反应控速阶段与化学反应和气体扩散共同作用的混合控速阶段。900～1100℃的氧化过程为前期是化学反应控速阶段,中期为混合控速阶段,后期为扩散控速阶段。三个阶段的表观活化能分别为111.7、71.5和166.0kJ·mol-1 。材料等温氧化的质量变化规律表明在900℃～1100℃内的氧化属于保护型氧化。     

反应烧结法制备(AlN,TiN)-Al2O3复合材料的研究

以Ti,Al,Al₂O₃为初始粉料,通过750~800℃氮气保护下的中温焙烧,然后在1420~1550℃在氮气氛下反应烧结,制备了不同配比的(AlN,TiN)-Al₂O₃复合材料。研究了组成及烧结工艺对复合材料力学性能、显微结构等的影响。用XRD,SEM等方法分析粉体及烧结体的相组成及微观结构。分析结果表明:AlN,TiN的形成,有助于材料的致密化并使其力学性能提高。组成为20wt%(Al,Ti)-Al₂O₃的粉体在1520℃、30MPa、保温、保压30min热压烧结条件下,与N₂气反应可得到硬度(HRA)为 94.1的高硬度的(AlN,TiN)-Al₂O₃复合材料,该材料的抗弯强度为687 MPa,断裂韧性(K_IC)为6.5MPa·m1/2。     

纳米Al2O3颗粒增强新型铜基自润滑复合材料

以Cu-Ni-Y₂O₃-MoS₂-Graphite混合粉为基体,加入质量分数分别为0%、1%、2%、3%、4%的纳米Al₂O₃增强相,采用粉末冶金方法制备纳米Al₂O₃增强新型铜基自润滑复合材料。结果表明：随着铜合金粉末中纳米Al₂O₃颗粒含量的增加 , 所制备自润滑复合材料样品的密度下降,但硬度和压溃强度先上升后下降,在Al₂O₃含量为2%时硬度从HV 23.7增加到HV 35.1,压溃强度从189 MPa提高到276 MPa。由石墨和MoS₂组成的混合固体自润滑材料的摩擦系数小且稳定,约0.12。Al₂O₃质量分数为2%的样品磨损量最小,是未加Al₂O₃试样磨损量的1/7～1/8。铜基体经过镍、纳米Al₂O₃等弥散颗粒强化和固体润滑相石墨和MoS₂的加入,所制备的材料已具有一定的自润滑性能。     

原位反应固相法合成低热膨胀ZrW_2O_8/ZrO_2复合材料

以分析纯ZrO2、WO3为原料,采用分步焙烧-原位反应固相法成功合成了低热膨胀ZrW2、WO8/ZrO2复合材料,着重研究了不同烧结温度和烧结时间对产物的影响.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成的ZrW2O8/ZrO2复合材料的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征.研究结果表明,在1125、1150、1200℃烧结6h都可以合成高纯度的ZrW2O8/ZrO2复合材料,其组元为α-ZrW2O8和m-ZrO2相;随烧结时间的延长,衍射半峰宽逐渐减小,晶粒在不断长大,致密度相对提高;随着ZrW2O3质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中25%(质量分数)ZrW2O8/ZrO2复合材料在30～600℃的平均热膨胀系数为0.2153×10-6K-1.     

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW2O8/ZrO2复合材料.对ZrW2O8/ZrO2前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征.研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW2O8和m-zrO2相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW2O8质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW2O8/ZrO2复合材料在30～600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0.     

脉冲激光沉积ZrW_2O_8/ZrO_2复合薄膜及其靶材制备

采用化学共沉淀法合成26wt%ZrW_2O_8/ZrO_2近零膨胀复合陶瓷靶材,并以脉冲激光法在石英基片上沉积制备了ZrW_2O_8/ZrO_2复合薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、热膨胀仪、扫描电子显微镜(SEM)研究了复合靶材的晶体结构、热膨胀性能和致密度,同时也探索了热处理温度对复合薄膜的相组成和表面形貌的影响.结果表明:合成的靶材由α-ZrW_2O_8和m-ZrO_2组成,26wt%ZrW_2O_8/ZrO_2复合靶材在30℃～600℃的热膨胀系数为-0.5649×10~(-6)K~(-1),近似为零,且靶材致密、均匀;脉冲激光沉积制备的薄膜为非晶态,表面平滑、致密,随着热处理温度的升高,薄膜开始结晶,在1200℃热处理6min后得到纯ZrW_2O_8/ZrO_2复合薄膜,且两相物质在膜层中分散均匀,结晶后的薄膜存在一些孔洞缺陷.     

负热膨胀ZrW_2O_8改性环氧树脂性能研究

采用硅烷偶联剂处理的负热膨胀材料ZrW2O8超细粉体与环氧树脂(EP)共混制备ZrW2O8/EP复合材料.检测了不同ZrW2O8含量下复合材料的冲击强度、拉伸强度、拉伸断口形貌、洛氏硬度、线膨胀系数和玻璃化温度.结果表明ZrW2O8粉体对EP有较好的改性作用:当ω(ZrW2O8)∶ω(EP)＝16∶100时复合材料的冲击韧性和拉伸强度达最大,分别为16.13kJ/m2和55.86MPa;ZrW2O8对复合材料洛氏硬度影响不大,但降低了线膨胀系数,ω(ZrW2O8)∶ω(EP)＝20∶100时线膨胀系数降至3.7322×10-5/K;复合材料的玻璃化温度在124～129℃之间.     

固相合成法制备ZrW2O8陶瓷及其电学行为研究

按Zr和W的原子比为1:2.1,通过固相反应技术,在1200℃加热24h,然后在冰水中快速冷却,得到立方晶相的ZrW2O8产物,XRD分析表明产物的纯度很高,基本上没有杂项,对样品的电学性能进行了测试,用物性测量系统PPMS测量了在T=39800A/m下样品的磁化率(M)随温度的变化,经过分析表明,样品在15和250K左右出现的磁化率明显变化和WO3的相转变温度吻合.     

ZrW2O8 / ZrO2 可控热膨胀复合材料的制备

采用分步加热固相法成功制备了纯度较高的各向同性负热膨胀材料ZrW₂O₈ 。将ZrW₂O₈ 与ZrO₂ 按一定比例混合, 在1200 ℃烧结24 h 制备了热膨胀系数可控的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料。研究结果表明, 通过改变ZrW₂O₈ 的体积分数, ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料的热膨胀系数可以控制为负、正或零。当ZrW₂O₈ 的体积分数为37 %时, 复合材料的热膨胀系数接近零。为了得到致密的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合陶瓷, 采用Al₂O₃ 作为烧结剂, 取得了较好的效果。0. 35 wt % Al₂O₃ 的加入可以在不影响复合材料热膨胀性能的前提下, 显著提高复合材料的致密度。      

脉冲激光沉积ZrW2O8薄膜的制备和性能

采用脉冲激光沉积法在石英基片上沉积制备了ZrW2O8薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)研究了不同衬底温度对薄膜结构组分、表面粗糙度和形貌的影响,用台阶仪和分光光度计测量薄膜的厚度和不同衬底温度下制备薄膜的透射曲线,用变温XRD分析了ZrW2O8薄膜的负热膨胀特性.实验结果表明:在衬底温度为室温、550℃和650℃下脉冲激光沉积的ZrW2O8薄膜均为非晶态,非晶膜在1200℃保温3min后淬火得到立方相ZrW2O8薄膜;随着衬底温度的升高,ZrW2O8薄膜的表面粗糙度明显降低;透光率均约为80%,在20～600℃温度区间内,脉冲激光沉积制备的ZrW2O8薄膜的负热膨胀系数为-11.378×10-6 K-1.     

化学镀铜层厚度对铜包覆钨酸锆/铝基复合材料热稳定性能的影响

采用化学镀铜的方法在陶瓷颗粒表面沉积不同厚度的铜颗粒,对陶瓷颗粒进行表面修饰,在陶瓷颗粒与金属基体间形成过渡层以缓解制备过程中材料内部产生的内应力。研究了添加不同镀层厚度颗粒的复合材料的热膨胀系数和相变性能,结果表明铜镀层可以在一定程度上缓解内应力,减少ZrW2O8向高压相的转变,提高复合材料的热稳定性。     

"负热膨胀"氧化物材料ZrW2O8的研究现状

在0.5～1050K温度区间,ZrW2O8具有强烈的各向同性"负热膨胀"(NTE)效应,其负热膨胀可由骨架结构中存在低能刚性单元模型(RUMs)来解释.本文综述了近几年来对ZrW2O8负热膨胀特性及其负热膨胀机理的研究,并对其相变及相变机制做了综述.     

负热膨胀化合物ZrW2O8研究进展

综述了各向同性的负热膨胀材料ZrW2O8的研究进展.ZrW2O8在0.3～1050K之间表现为各向同性的负热膨胀性质.重点介绍了ZrW2O8的负热膨胀机理的研究进展、合成方法以及与其它材料的复合应用.