SiC引入方式对反应熔渗原位纳米SiC/MoSi_2复合材料组织性能的影响

探讨了SiC引入方式对反应熔渗原位20wt%纳米SiC/MoSi_2复合材料TEM组织及力学性能的影响。结果表明:完全原位反应熔渗硅可获得基体相和增强相均为纳米尺度的SiC/MoSi_2复合材料,其组织中存在大量晶内层错等缺陷,可能会使纳米SiC/MoSi_2复合材料力学性能的提高不十分显著;而部分原位反应熔渗法中,SiC初始粉末的引入可缓解剧烈物相反应,所得纳米SiC/MoSi_2复合材料晶内缺陷消失,断口出现大量撕裂棱,复合材料力学性能大幅提高。     

SiC-ZrO2(3Y)-Al2O3纳米复相陶瓷的力学性能和显微结构

本文介绍用非均相沉淀方法制备的纳米SiC-ZrO2(3Y)-Al2O3复合粉体经放电等离子超快速烧结得到晶内型的纳米复相陶瓷,超快速烧结的升温速率为600℃/min,在烧结温度不保温,迅即在3 min内冷却至600°C以下. 力学性能研究结果表明,在1450℃超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达1200MPa,断裂韧性K1c为5 MPa1/2. TEM像显示纳米SiC颗粒大多分布在Al2O3母体晶粒内,也有一些纳米SiC颗粒分布在ZrO2晶粒内. 断裂表面的SEM像表明,穿晶断裂是其主要的断裂模式,这是所制备的纳米复相陶瓷力学性能大幅提高的主要原因.     

ZrO2/SiC-WSi2/MoSi2纳米复相陶瓷制备及增韧机制探讨

利用扫描电镜、图像分析仪以及X射线衍射仪研究了ZrO2/SiC-WSi2/MoSi2复合粉末的分散、热压试样结构、组织以及断口形貌和断裂韧性之间的相互关系.研究表明:综合利用球磨、酒精清洗、超声波振荡能很好地实现纳米/微米颗粒的分散,团聚现象较轻.SiC,Zro2纳米颗粒的协同复合化以及W的合金化能使复相陶瓷晶粒细化,增韧效果明显,断裂韧性可达8.13 MPa·m1/2,断口呈现出以沿晶为主、穿晶为辅的混合断裂特征.复相陶瓷的增韧主要是通过晶粒细化、裂纹偏转、微裂纹形成、桥联等机制的综合作用.     

纳米Al2O3改性玻璃纤维增强复合材料低温力学性能研究

简述了纳米Al2O3改性玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的制备,并对其常温、低温力学性能进行实验。结果表明,常温、低温下,复合材料的力学性能随着纳米Al2O3含量的增加都呈现先增强后减弱的趋势。低温处理使复合材料的力学性能得到提升,并且低温下Al2O3的引入对复合材料强度的改善效果比常温下明显,Al2O3含量为1%(质量分数)时,拉伸强度提高比例高达16.61%。其原因是低温下基体强度增大,另外基体热膨胀系数大,收缩明显,界面粘接强度增大,纳米Al2O3颗粒在界面处与树脂基体结合更深入,从而使纳米粒子阻碍微裂纹扩展的能力更强。     

高温等静压烧结碳化硅基复相陶瓷的强化与增韧

本文通过Si₃N₄、TiC及SiC晶须补强SiC基复相陶瓷的高温等静压烧结,研究了复相陶瓷的显微结构与力学性能,探讨了晶须及第二相颗粒对复相陶瓷的强化与增韧机理．结果表明,不同的补强颗粒及晶须在基体中的作用也不同,Si₃N₄的引入将在基体与第二相颗粒之间产生径向压应力,阻碍裂纹的扩展,TiC的引入将在基体与第二相颗粒之间产生径向张应力,诱导裂纹的偏转;SiC晶须的引入也将产生阻碍裂纹扩展的机制,从而达到SiC基复相陶瓷强化与增韧,改善其力学性能．     

原位自生纳米Al2O3/Al-Zn-Cu复合材料的力学性能

将纳米ZnO粉末和Al粉球磨后冷压成Al-ZnO预制块,然后将其加到Al-Zn-Cu熔体中进行Al-ZnO原位反应,制备出纳米Al₂O₃颗粒增强Al-Zn-Cu基复合材料。能谱面扫描分析和透射电镜观察结果表明,复合材料由纳米Al₂O₃颗粒和Al₂Cu析出相两种颗粒/析出相组成。纳米Al₂O₃颗粒通过异质形核和晶界钉扎,细化了Al-Zn-Cu合金晶粒组织和Al₂Cu析出相。原位纳米Al₂O₃颗粒的生成提高了基体合金的拉伸性能,轧制+热处理使Al₂O₃/Al-Zn-Cu复合材料的拉伸强度比相同处理的基体合金提高约100%,总伸长率提高约98%。     

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。     

放电等离子超快速烧结 SiC-Al2O3纳米复相陶瓷

本文介绍用非均相沉淀法制备的纳米SiC-Al2O3复合粉体经放电等离子超快速烧结得到晶内型的纳米复相陶瓷,超快速烧结的升温速率为600℃/min,在烧结温度不保温,迅即在3min内冷却至600℃以下.与热压烧结相比,可降低烧结温度200℃以上.力学性能研究结果表明,在1450℃超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达1000MPa,维氏硬度为 19GPa,断裂韧性也比Al2O3有所提高.TEM像显示纳米SiC颗粒大多分布在Al2O3母体晶粒内,而断裂表面的SEM像表明,穿晶断裂是其主要的断裂模式,这是所制备的纳米复相陶瓷力学性能大幅提高的主要原因.     

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。     

Al2O3/SiC纳米复相陶瓷材料的研究进展

Al2O3/SiC纳米复相陶瓷由于具有优异的室温及高温机械性能而成为结构陶瓷领域研究的热点.本文就Al2O3/SiC纳米复相陶瓷的不同制备加工方式及增强增韧机理进行了详细的阐述.其中粉体的均匀混合是制备过程的关键因素,残余应力及裂纹偏转导致的穿晶断裂以及裂纹尖端SiC颗粒的桥联作用是复相陶瓷强度和韧性增加的主导因素.     

热压与放电等离子体烧结两种工艺制备Al2O3/Cu复合材料

由机械合金化法(MA)制得纳米级Al₂O₃颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末, 利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围, 分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al₂O₃/Cu复合材料。通过测试密度、 电导率、 抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、 微区成分分析, 对比研究了Al₂O₃质量分数分别为0%、 0.5%、 1.0%、 1.5%时Al₂O₃/Cu复合材料的物理、 力学和电学性能。结果表明: 不同制备工艺下随着Al₂O₃含量增加, 材料的抗弯强度先增后降, 电导率除受杂质影响外, 还受材料缺陷的影响, 故变化规律不明显, 对于Al₂O₃含量相同的Al₂O₃/Cu复合材料, 采用SPS法制备的复合材料的致密度、 抗弯强度及电导率均高于HP法; 在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。      

SiC颗粒强韧化MoSi2复合材料

通过湿法混料和热压烧结工艺成功地制备了20vo1%SiC_P/MoSi₂复合材料,并测定了其显微组织和力学性能。结果表明:SiC_P/MoSi₂复合材料主要由MoSi₂和SiC颗粒组成,还有少量的Mo₅Si₃,致密度为92.3% 。与MoSi₂相比,其室温抗弯强度提高了30.6%,断裂韧性提高了53%,1200℃的抗压强度提高了44%,1400℃的抗压强度提高了53%;其硬度、弹性模量等性能有较大提高。在Al₂O₃和SiC对磨盘上表现出极其优异的耐磨性能。SiC颗粒对MoSi₂的室温增韧、高温增强效果显著。     

SHS/PHIP制备TiC-Al2O3/Fe复合材料的性能

对SHS/PHIP技术制备出的TiC-Al₂O₃/Fe复合材料的性能进行了测试和分析。结果表明,TiC-Al₂O₃/Fe复合材料具有良好的综合力学性能。材料具有很高的比刚度。金属Fe相的加入,较大地提高了材料的抗弯强度和断裂韧性。TiC-Al₂O₃复相陶瓷为典型的脆性断裂;随着Fe含量的增加,材料具有明显韧性断裂的特征。      

Microstructure and mechanical properties of ZrB2-SiC composites

A ZrB₂-based composite containing 20 vol.% nanosized SiC particles (ZSN) was fabricated at 1900 °C for 30 min under a uniaxed load of 30 MPa by hot-pressing. The microstructure and mechanical properties of the composite were investigated. It was shown that the grain growth of ZrB₂ matrix was effectively suppressed by submicrosized SiC particles located along the grain boundaries. In addition, the mechanical properties of ZSN composite were strongly improved by incorporating the nanosized SiC particles into a ZrB₂ matrix, especially for flexural strength (925 ± 28 MPa) and fracture toughness (6.4 ± 0.3 MPa•m^1/2), which was much higher than that of monolithic ZrB₂ and ZrB₂-based composite with microsized SiC particles, respectively. The formation of intragranular nanostructures plays an important role in the strengthening and toughening of ZrB₂ ceramic.     

原位反应热压烧结SiC/MoSi_2复合材料的力学性能研究

采用原位反应热压烧结工艺成功制备了不同SiC体积分数的SjC/MoSi2复合材料,研究了SiC/MoSi2复合材料的室温抗弯强度、断裂韧性随SiC体积分数变化的规律,分析了SiC/MoSi2复合材料的强韧化机理.结果表明,SiC的加入显著提高了MoSi2基复合材料的室温力学性能,SiC/MoSi2复合材料的抗弯强度和断裂韧性均优于纯MoSi2,并且随着SiC体积分数的增加而增大;SiC/MoSi2复合材料的强化机制主要是弥散强化和细晶强化,韧化机制主要是微裂纹增韧.     

Preparation and properties of nano-SiC strengthening Al2O3 composite ceramics

The processing and mechanical behaviors of Al₂O₃-xwt.%SiC (x = 1, 2, 5, ASx) nano-composites prepared by the in situ synthesis of SiC from polycarbosilane (PCS) were investigated. The composites were densified by hot pressing. The microstructure and mechanical properties of the sintered composites were analyzed. The results showed that a fully dense structure was obtained when a few nano-SiC were doped and that the fracture toughness and strength were highly improved compared with those of monolithic Al₂O₃. The fracture toughness reached 5.1 MPa m^1/2 in AS2 composite. The maximum flexural strength was 516 MPa obtained in AS1 composite.     

Al2O3短纤维/Al-12Si复合材料启裂特征的TEM原位观察研究

利用挤压铸造法制备了Al₂O₃(15%)/Al-12Si复合材料,并采用透射电镜动态拉伸技术对复合材料的裂纹形成及微观断裂过程进行了原位观察,发现该复合材料的纤维/基体界面是破坏路径之一,并发现了纤维中裂纹形成及扩展至完全破坏的现象.     

低毒单体DMAA用于ZrO2/Al2O3坯体注凝成型

采用低毒的单体N, N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)制备了氧化锆增韧氧化铝(ZrO₂/Al₂O₃)坯体。讨论了分散剂的用量、 ZrO₂/Al₂O₃浆料的pH值、 粉体中ZrO₂含量、 粉体所占浆料的固相体积分数、 球磨时间、 预混液中DMAA的浓度(质量分数)对ZrO₂/Al₂O₃浆料黏度的影响。并研究了注凝成型ZrO₂/Al₂O₃坯体的性能和显微结构。结果表明, 当浆料pH值为9, 分散剂的添加量为ZrO₂/Al₂O₃粉体质量的0.6%, 球磨时间为6 h, ZrO₂/Al₂O₃浆料具有最小的黏度。固相体积分数的提高和DMAA加入量的增大都会提高ZrO₂/Al₂O₃浆料的黏度, ZrO₂的加入会降低浆料的黏度。用DMAA制备得到的ZrO₂/Al₂O₃坯体结构均匀, 抗弯强度达到25 MPa。      

Fracture toughness and reliability in high-temperature structural ceramics and composites: Prospects and challenges for the 21st century

The importance of high fracture toughness and reliability in Si₃N₄, and SiC-based structural ceramics and ceramic matrix composites is reviewed. The potential of these ceramics and ceramic matrix composites for high temperature applications in defence and aerospace applications such as gas turbine engines, radomes, and other energy conversion hardware have been well recognized. Numerous investigations were pursued to improve fracture toughness and reliability by incorporating various reinforcements such as particulate-, whisker-, and continuous fibre into Si₃N₄ and SiC matrices. All toughening mechanisms, e.g. crack deflection, crack branching, crack bridging, etc essentially redistribute stresses at the crack tip and increase the energy needed to propagate a crack through the composite material, thereby resulting in improved fracture toughness and reliability. Because of flaw insensitivity, continuous fibre reinforced ceramic composite (CFCC) was found to have the highest potential for higher operating temperature and longer service conditions. However, the ceramic fibres should display sufficient high temperature strength and creep resistance at service temperatures above 1000°C. The greatest challenge to date is the development of high quality ceramic fibres with associate coatings able to maintain their high strength in oxidizing environment at high temperature. In the area of processing, critical issues are preparation of optimum matrix precursors, precursor infiltration into fibre array, and matrix densification at a temperature, where grain crystallization and fibre degradation do not occur. A broad scope of effort is required for improved processing and properties with a better understanding of all candidate composite systems.