无容器凝固条件下La2O3-TiO2二元共晶陶瓷的结构演变

无容器凝固已成为制备新型功能陶瓷材料的重要手段,但直至目前对二元复相陶瓷的深过冷凝固机理研究甚少.本论文采用气动悬浮技术研究了无容器凝固条件下La2O3-TiO2二元共晶陶瓷凝固组织和结构演变.按La2O3-82.8at％ TiO2共晶组分将两种粉体混匀压片烧结成陶瓷圆柱,经激光加热熔化后在触发形核和无容器凝固两种形核模式下凝固.结果表明,烧结后的陶瓷由La4Ti9O24和TiO2两相组成;用光学显微镜和扫描电镜观察了两种形核模式的陶瓷样品形貌,均为规则共晶层片结构,前者因是触发形核,过冷度小,组织较后者粗大,由表面多个形核中心向内部辐射生长;后者为深过冷凝固,组织细小并高度取向,原因是后者是均质形核,过冷度大,晶体生长方向受热流控制.     

光悬浮区熔定向凝固Al2O3/Er3Al5O12和Al2O3/Yb3Al5O12共晶陶瓷的制备与性能研究

本研究探索了光悬浮区熔法制备Al₂O₃/Er₃Al₅O₁₂(ErAG)和Al₂O₃/Yb₃Al₅O₁₂(YbAG) 定向凝固共晶陶瓷。在10 mm/h的抽拉速率下成功获得了凝固组织均匀、内部无裂纹或孔洞的高质量共晶陶瓷。通过高分辨三维X射线衍射仪研究了Al₂O₃和RE₃Al₅O₁₂在三维空间的分布与组织结构; 利用电子背散射衍射技术分析了定向凝固末期Al₂O₃和RE₃Al₅O₁₂两相的晶体学择优取向和相界面关系。力学性能表征结果显示, Al₂O₃/ErAG和Al₂O₃/YbAG具有优异的力学性能, 二者的维氏硬度分别为(13.5±0.4)和(12.8±0.1) GPa;断裂韧性分别为(3.0±0.2)和(3.2±0.1) MPa·m^1/2。     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

微波和常规烧结制备纳米Al_2O_3/3Y-TZP陶瓷

采用共沉淀法制备Al2O3/3Y-TZP纳米粉体,粉体压制后通过微波和常规烧结制备Al2O3/3Y-TZP陶瓷,并研究两种烧结方法对Al2O3/3Y-TZP陶瓷相对密度、抗弯强度、断裂韧性和断口形貌等的影响。结果表明,共沉淀法制得的Al2O3/3Y-TZP纳米粉体晶粒细小、均匀,近似球形,尺寸为40~60nm;随烧结温度的升高,两种烧结方法制备的陶瓷试样相对密度、抗弯强度和断裂韧性均先升高后降低;与常规烧结相比,Al2O3/3Y-TZP陶瓷的微波烧结温度明显降低,时间显著缩短,且晶粒更细小,相对密度、抗弯强度和断裂韧性显著提高。     

Al_2O_3/Cu复合材料的高温变形行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机和透射电子显微镜研究了变形温度为300~900℃,应变速率为0.01~10s-1条件下Al_2O_3/Cu复合材料的高温流变行为和组织演变规律,并利用Arrhenius关系和Zener-Hollomn参数构建了合金的峰值屈服应力、变形温度和应变速率三者之间的本构方程。结果表明:Al_2O_3/Cu复合材料的流变应力-应变曲线为典型的动态再结晶类型,其曲线由加工硬化、动态软化和稳定流变3个阶段组成,当变形温度一定时,流变应力随应变速率的增大而增大,而当应变速率固定时,流变应力随变形温度的升高而减小;求解得到复合材料的结构因子lnA为15.2391,应力水平参数a为0.020788mm~2/N,应力指数n为5.933035,变形激活能Q为2.1697×10~5kJ/mol;随着变形温度的升高,基体内位错密度逐渐下降,并呈现出明显的再结晶特征,而当固定变形温度时,随着应变速率的增大,基体内位错密度呈先增大后下降趋势。基于微观组织演变和热加工图,Al_2O_3/Cu复合材料的最佳热加工参数范围为热加工温度500~850℃、应变速率低于0.1s-1。     

激光区熔Al2O3/Er3Al5O12共晶自生复合陶瓷的组织与断裂韧性

采用激光区熔快速定向凝固技术制备出Al2O3/Er3Al5O12(EAG)共晶自生复合陶瓷,研究了不同激光扫描速率下材料的凝固组织特征及其演变规律,并对其力学性能和增韧机制进行了分析.结果表明:激光区熔Al2O3/EAG由连续的Al2O3和EAG两相组成,两相相互交错分布,形成均匀的三维网状结构;共晶间距细小,在0.2～2.1μm之间,并随着扫描速率的增加规律性地减小.在低的扫描速率下,微观组织呈现典型的层片状非规则共晶组织;当扫描速率增至800μm/s时,出现了胞状及EAG树枝晶.共晶陶瓷的硬度和断裂韧性分别为18.7GPa和2.45MPa.m1/2.微观组织高度细化以及裂纹扩展过程中沿两相界面偏转、分叉等机制提高了材料的韧性.     

多孔Al_2O_3陶瓷/Al_2O_3超微粉/环氧树脂新型复合材料的性能研究

以孔隙规则排列的Al2O3多孔陶瓷为骨架,制备了多孔Al2O3陶瓷/Al2O3超微粉/环氧树脂新型复合材料。研究了三维连通陶瓷骨架对复合材料力学性能和高温尺寸稳定性的影响。研究结果表明,新型复合材料具有更优越的室温和高温力学性能。当陶瓷骨架含量为16.8%时,其室温的抗弯强度、抗弯模量、抗压强度和抗压模量分别为115.5MPa、3.6GPa、170.2MPa、2.4GPa。在120℃压缩时,其抗压强度、抗压模量分别为47.8MPa、0.9GPa。新型复合材料具有良好的高温尺寸稳定性,在180℃尚未发现变形。     

Al_2O_3对全稳定ZrO_2显微组织的影响

本文利用ＳＥＭ、ＥＤＡＸ等测试手段，细致地研究了Ａｌ２Ｏ３对全稳定ＺｒＯ２显微组织的影响．研究的结果表明，Ａｌ２Ｏ３在全稳定ＺｒＯ２中主要分布于晶界及第二相粒子中，其在晶内的固溶度极低；Ａｌ２Ｏ３能显著地促进ＺｒＯ２晶粒的生长，从而使气孔难以消除，降低材料的密度．     

Al_2O_3短纤维/M124F复合材料的凝固组织

采用挤压铸造法制备了Al2O3短纤维增强M124F铝合金复合材料,并研究了其拉伸强度、基体凝固组织和界面。结果表明:用挤压铸造法制备的复合材料组织致密,纤维分布均匀,抗拉强度与M124F相比明显提高;基体组织的α-Al枝晶和Si相明显细化。分析表明,纤维的加入具有双重增强作用:高强度陶瓷纤维的介入增强了基体材料的力学性能;在凝固过程中,Al2O3短纤维阻碍了α-Al枝晶的生长,同时可作为Si相非自发形核的衬底,细化了基体组织,提高了复合材料的力学性能。纤维与基体间未发现界面生成物MgAl2O4。     

工艺参数对Fe_3Al-Al_2O_3纳米复相陶瓷显微组织的影响

为解决Al_2O_3陶瓷脆性问题,通过添加Fe_3Al对其进行增韧,在常压烧结条件下制备了Fe_3Al-Al_2O_3纳米复相陶瓷。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子探针和金相显微镜对其显微组织进行分析。经果表明:随着Fe_3Al含量的增加,Fe_3Al容易发生偏聚;成型压力越大,组织越均匀;烧结温度越高,Fe_3Al的分散程度就越高;保温时间适当延长,Fe_3Al分布越均匀。     

高温共晶自生复合材料的研究进展

介绍了高温共晶自生复合材料的应用潜力，分析了自生复合材料的研究热点，指出了自生复合材料发展中存在的问题。     

高温共晶点灌注方法研究

在高温共晶点研制过程中,目前常用的灌注方法包括直接共晶法和预共晶法两种,但直接共晶法存在效率低下的不足,预共晶法存在粘附问题。本文对高温共晶点灌注方法进行研究,设计了两种填充配件,一种为采用长石墨衬套的直接共晶坩埚;另一种为具有特殊结构的预共晶坩埚。经试验验证,前者可明显提高直接共晶法的灌注效率,后者有效避免了预共晶法的共晶体粘结问题,二者均达到了设计目的,为高温共晶点研制技术的完善发展起到了促进作用。     

快速凝固AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的微观组织演变和力学性能

使用真空快速凝固设备制备不同直径的AlCoCrFeNi_2.1合金铸棒和薄带,研究了冷却速率对多主元共晶高熵合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,全部试样均由FCC和B2两相组成。不同直径的合金铸棒均为常规共晶组织,只在表层某些位置观察到胞状共晶组织。铸棒的直径越小,冷却速率越大,规则共晶组织的片间距(λ)越小,其屈服强度越高。当铸棒直径由8 mm减小至2 mm时表层区域的λ值由530.4 μm减小至357.0 μm,轴心区域的片间距由712 μm减小至474 μm,合金的屈服强度由690 MPa提高到877 MPa。结合合金薄带的微观组织分析结果表明,随着冷却速率的提高AlCoCrFeNi_2.1合金依次形成规则和非规则混合共晶组织、胞状共晶组织和树枝状组织。     

Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复合材料的研究

在Al2O3颗粒补强锆英石陶瓷的研究基础上,探讨了Al2O3与ZrO2共同对锆英石陶瓷的协同补强增韧行为.制备的锆英石基复合材料的室温抗弯强度和断裂韧性分别可达383.31MPa、4.39 MPa·m12.采用XRD分析了复合材料的相组成,采用SEM观察复合材料的断面形貌.结果显示:ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2存在;第二种增强体ZrO2的最佳引入量为20％(质量分数);确定复合材料的强韧化是由Al2O3和ZrO2颗粒引起的裂纹偏转、微裂纹增韧与ZrO2颗粒引起的相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

Ni3Al+Ni7Hf2定向共晶合金的凝固行为

研究了Ni3Al/ Ni7Hf2定向共晶复合材料的组织和凝固行为。结果表明, Ni- 5.8Al-32Hf 和 Ni-4Al-26Hf-8Cr-4W 合金是这类Ni3Al/ Ni7Hf2定向共晶复合材料的合适成分。这两种合金在铸态下存在Ni3Al和Ni7Hf2相。缓慢凝固时会出现少量β-NiAl相。三元合金和五元合金的凝固范围分别为41℃和57℃,临界G/R值分别为5×105和7×106℃*s*cm－2 。对三元合金在温度梯度G=250℃*cm－1 和生长速率R=5μm*s－1,对五元合金在G=350℃ cm－1和R=1μm*s－1 条件下制备了平行于生长方向定向排列Ni3Al/Ni7Hf2片状共晶材料。     

Microstructure Characteristics of Interaction Layer of Zn-Al Eutectic Alloy with Al_2O_3p/6061Al Composites

The interaction between Zn-AI eutectic alloy and Al203p/6061AI composites in the vacuum furnace was investigated. Great attention has been paid to the elements diffusion, the microstructure and formation of the interface between Zn-AI eutectic alloy and Al2O3p/6061AI composites. Experimental results show that Zn-AI eutectic alloy has a good wetting ability to Al2O3p/6061 Al composites and the wetting angle decreases with increasing the temperature in vacuum. After the interaction, an interaction layer forms between Zn-AI alloy and Al2O3p/6061 Al composites. The phases in the interaction layer mainly consist of α-AI(Zn), Al2O3 and CuZn5 resulted from the diffusion of elements from the Zn-AI alloy. Several porosities distribute in the region near the interface of the Zn-AI alloy/interaction layer. The amount of shrinkage voids in the interacting layer is relevant to the penetration of Zn element into Al2O3p/6061Al composites which is a function of temperature. So it is necessary to lower heating temperat     

烧结温度对冲击磨用Al2O3陶瓷靶材性能的影响

利用无压烧结工艺制备了陶瓷靶材,并借助扫描电子显微镜和液压机等测试设备研究了烧结温度对陶瓷靶材显微结构和力学性能的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,掺杂Al2O3陶瓷靶材的晶粒尺寸逐渐增大,晶粒形状也由各向异性生长逐步向等轴状发育;靶材的抗弯强度也随着烧结温度的升高先升高后降低,并在1600℃时强度和耐磨性达到最大.     

Al2O3/BaZrO3双陶瓷界面微观组织演化及机理

以Al₂O₃为背层(硅溶胶为粘结剂), 电熔BaZrO₃作为面层材料(钇溶胶为粘结剂), 1550℃烧结后制成50 mm×25 mm×5 mm的Al₂O₃/BaZrO₃双陶瓷试样。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和EDS等手段观察了BaZrO₃层和Al₂O₃/BaZrO₃界面的显微结构, 研究了BaZrO₃与Al₂O₃的界面反应。结果表明, 面层由BaZrO₃基体和分布其上的大小10 μm左右的Y稳定的ZrO₂晶粒组成; Al₂O₃/BaZrO₃界面发生反应形成厚约300 μm的过渡层, 界面反应生成物有BaOAl₂O₃、ZrO₂和BaO·Al₂O₃·2SiO₂。界面从单纯的BaZrO₃/Al₂O₃双陶瓷结构演变为BaZrO₃、ZrO₂、BaO·Al₂O₃、BaO·Al₂O₃·2SiO₂和Al₂O₃等多种物相组成的复杂结构。反应过程中Al元素基本不迁移扩散, BaZrO₃中Ba元素向Al₂O₃所在的位置扩散形成BaO·Al₂O₃, 残留物形成一层条状ZrO₂, 而BaO·Al₂O₃·2SiO₂围绕着EC95(Al₂O₃+5%SiO₂)粉体颗粒周围生成。