SHS制备纳米/微米结构抗弹陶瓷可行性研究

针对用于现代装甲防护的高性能抗弹陶瓷，以SHS冶金技术，通过材料原位合成手段并在大过冷条件下熔体发生共生共晶反应，快速一次性制备出自燃自组装、具有1-3复合晶内型结构的纳米／微米结构Al2O3-ZrO2共晶复相陶瓷。Vickers压痕试验发现该陶瓷具有较高的断裂韧性并表现出较强的塑变行为，SEM观察发现该复相陶瓷的裂纹扩展路径主要受纳米／微米结构(Al2O3-ZrO2)共晶结构所控制，影响该陶瓷韧化行为的主要因素在于以“内晶型”纳米相所构成的独特的增韧机制。试验预示着采用SHS冶金技术，通过控制Al2O3/ZrO2复相陶瓷成分和凝固行为(如采用离心冷却控制技术)，可以制备出用于现代装甲防护的高性能、低成本、高可靠性新型抗弹复相陶瓷面板。     

Al2O3/ZrO2纳米/微米结构自生复相陶瓷组织与性能

通过在铝热剂中添加质量分数为25%的ZrO2(4Y)粉末,借助SHS原位合成技术,快速、直接地制备出t-ZrO2纳米/微米纤维为第2相、Al2O3为基体的晶内型结构复相陶瓷,研究其微观结构、合成机理与力学性能.研究得出,该复相陶瓷是高温陶瓷熔体在SHS所造成的大过冷条件下发生共生共晶反应生成的,SEM与XRD分析表明t-ZrO2相所具有的应力诱发相变增韧机制非常微弱,裂纹扩展主要受纳米/微米晶内型结构控制,从而呈现出强烈的裂纹偏转韧化机制.     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3+Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元,利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3 ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中,纤维状共晶组织体积分数较高,ZrO2纤维直径已达到纳米/微米尺度;在过共晶复相陶瓷中,层片状共晶组织体积分数较高,Al2O3 ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为,本试验所获得的复相陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下,只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米/微米级尺度上的1 3复合的Al2O3 ZrO2纳米/微米晶内型复相陶瓷。     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

热浸铝钢等离子体电解氧化陶瓷层的微观力学特性

采用纳米压入方法表征了热浸镀铝钢表面由Al2O3层、Al层和FeAl层组成的复合涂层的纳米硬度、弹性模量及断裂韧性等微观力学性能,采用扫描电镜(SEM)观察了纳米压痕形貌,并分析了孔洞对陶瓷层的纳米压入行为和压痕裂纹扩展的影响.结果表明:等离子体电解氧化(PEO)陶瓷层中包含许多微米和亚微米尺度的细小孔洞,陶瓷层弹性模量约为226.4 Gpa,纳米硬度约为19.6 Gpa.当纳米压入深度为250 nm时,所测得陶瓷层的力学参数分散性较大.与FeAl层比较,PEO陶瓷层具有较高的裂纹扩展阻力. FeAl层纳米压痕顶端产生了沿直线扩展的径向裂纹;而陶瓷层纳米压痕中除径向裂纹外出现了侧边裂纹.     

纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3 Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元，利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3-ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中，纤维状共晶组织体积分数较高，ZrO2纤维直径已达到纳米／微米尺度；在过共晶复相陶瓷中，层片状共晶组织体积分数较高，Al2O3-ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为，本试验所获得的复相：陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下，只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米／微米级尺度上的1—3复合的Al2O3-ZrO2纳米／微米晶内型复相陶瓷。     

大尺寸Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板制备与结构转化

通过在燃烧合成过程中引入超重力,可以制备出大尺寸、低缺陷的Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板.XRD表明,超重力并不改变陶瓷的物相组成,其基体均由α-Al2O3、t-ZrO2与m-ZrO2组成;SEM分析显示,随着超重力的增大,镶嵌有t-ZrO2纤维的共晶团发生胞状组织向棒状组织的转化,且共晶团体积分数与长径比逐渐增大;力学性能测试表明,复合陶瓷相对密度、硬度与断裂韧度随超重力增大而增大,至225g(重力加速度)时均达到最高值,分别为97.8%、18.7 Gpa与15.6 Mpa·m1/2;并且,陶瓷的高断裂韧度是因棒状共晶团的裂纹偏转与桥接增韧及处于共晶团边界上的t-ZrO2微米球晶的相变增韧与微裂纹增韧机制所致.     

超重力下燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷研究

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,引发超重力下燃烧合成,制备出大尺寸、高致密度Al2O3/ZrO2(Y2O3)自生复合陶瓷板材.XRD,SEM与EDS显示,自生复合陶瓷是以亚微米ZrO2四方相纤维成排镶嵌其上、生长方向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2四方相不规则粒晶分布其上的共晶团边界构成,复合陶瓷的强化不仅归因于分布在棒状共晶团Al2O3基体上的残余压应力与小尺寸共晶团边界,更因共晶团Al2O3基体上的残余压应力增韧、共晶团边界上的微裂纹增韧及应力诱发相变增韧引起的高断裂韧性所致.     

Al2O3/ZrO2(3Y)快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO2(3Y)粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式,制备出Al2O3/ZrO2(3Y)共晶复合陶瓷.XRD,SEM与EPMA分析得出,陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10.0～14.0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成.结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构,可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力,蓝宝石棒晶得以强化,因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗,并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程.     

Effect of rod-like grain on properties and toughening mechanism of 3Y-TZP/Al2O3 ceramics

In-situ rod-like A1203 grain was prepared by adding CAS multiphase additives under the sintering condition of 30 MPa, 1 550℃ and 1 h. The sintering behaviors, microstructure, toughening mechanism and access of Al2O3 ceramics were investigated by SEM, EDS and WDW omnipotent electronic mechanical testing machine, etc, and the crack propagating model of cylindrical crystal/3Y-TZP composite toughening Al2O3 ceramics was established. The results show that the composite additives prompt the anisotropic growth of Al2O3 grain, which strengthens toughening effect of 3Y-TZP in 3Y-TZP/Al2O3 composite ceramics. Moreover, the experimental material density is near to theoretical density, bending strength is 556.35 MPa, and fracture toughness is 6.73 MPa.m1/2. The mechanical properties of the materials are obviously improved.     

Sm_2Zr_2O_7/SiC复合材料及其断裂韧性的研究

以ZrOCl_2·8H_2O、Sm_2O_3为原料通过化学共沉淀法制备Sm_2Zr_2O_7粉体,并运用传统固相法,热压(1300 ℃,40 MPa)制备2.5%、5%、7.5%、10%SiCp(质量分数)的Sm_2Zr_2O_7/SiC块体复合材料.压痕法测定材料的断裂韧性并结合场发射扫描电镜观察,分析裂纹扩展方式.结果显示,随着复合材料中SiC_p含量的增加,裂纹偏转增加,材料的断裂韧性明显提高.裂纹偏转分叉机制为其主要的增韧机制.     

FRACTURE BEHAVIOUR OF Si_3N_4-ZrO_2CERAMIC COMPOSITE

<正> ZrO_2增韧的复合陶瓷,由于强度和韧性均得到改善,近年来引起科学和技术界的广泛重视,但其增韧机理还有待进一步研究,当ZrO_2以单斜相弥散于基体中时,其主要增韧机理是微裂纹增韧;然而,当ZrO_2以四方相弥散     

Room—temperature mechanical properties of WSi2／MoSi2 composites

Five Kinds of WSi2/MoSi2 composites were successfully prepared by mechanical alloying,IP and high temperature sintering techniques.And their hardness and fracture toughness were measured by the Vickers indentation fracture mode through an Hv-10A type sclerometer.The microstructure and morphology were investigated by a JSM-5600IV scanning electron microscope.Results show that the addition of 50% WSi2(in mole fraction)has remarkable hardening and toughening effects on the MoSi2 matrix.whose hardness value and fracture toughness value are increased about 60% and 86%,respectively.For WSi2/MoSi2 comosite,the hardening mechanisms are fine-grain and the second phase particles strengthening,and the toughening mechanisms include fine-grain,grain drawing,crack deflection,microbridge and bowing toughening.     

微波烧结ZrO_(2(n))/Al_2O_3复合陶瓷工艺与组织

以纳米ZrO2、微米Al2O3为原料,采用微波烧结方式制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷。探讨了烧结温度和保温时间对试样线收缩率、相对体积密度、硬度和断裂韧性的影响。结果表明,烧结温度1550℃,保温时间10 min,可得到较高的硬度(13 350 MPa)和较好的断裂韧度(6.41 MPa.m1/2),烧结过程中发生了m-ZrO2转变为t-ZrO2相变,nano-ZrO2的加入使Al2O3形成內晶型结构;试样的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂并存;ZrO/AlO复合陶瓷主要通过应力诱导相变和内晶型结构进行增韧。     

TOUGHENING OF IN SITU SYNTHESIZED MoSi_2-SiC COMPOSITE AT ROOM TEMPERATURE

二．InttodttCt1OllMoslZ meets thebaslc requirements for ahlgh temperature structuralmaterlal．凡reXampk,nhas a hi吵一king pdntd2030”C,rd扒IV*y high re幻s枯nCe扣high比m－perature。ldatlon,alow density of6．249/cm’,ahlgh modulus,adequate strength at1200－     

Si3N4(p)/SiC(w)协同复合MoSi2材料的强韧化及机理研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、电子万能材料试验机研究MoSi_2-Si_3N_(4(p))/SiC_(w)复合材料的结构、形貌、硬度、断裂韧性,并对SiC晶须和Si_3N_4颗粒复合强韧化MoSi_2的机理进行了探讨.结果表明,SiC晶须和Si_3N_4颗粒对MoSi_2具有协同强韧化作用,MoSi_2-20%Si_3N_(4(p))-20%SiC_(w)(体积分数,下同)复合材料的抗弯强度达427 MPa,室温断裂韧性达到10.4 MPa·m~(1/2),均高于单一强韧化剂的强韧化效果.MoSi_2-20%Si_3N_(4(p))-20%SiC_(w)复合材料的强化机理为细晶强化和弥散强化;韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转与分支和微桥接韧化.     

几种SiC颗粒增韧防热陶瓷的增韧机制分析

通过对热压成形的ZrB_2+SiC、HfB_2+SiC体系以及原位合成的ZrB_2+SiC体系的压痕试验,分析了SiC颗粒增韧防热陶瓷的增韧机制.从力学角度阐述了各体系的增韧机制,从裂纹的扩展方式及耗能角度比较了各体系增韧模式的异同.分析指出,裂纹偏转、裂纹桥联、裂纹分叉钉扎等多种机制的协同作用是SiC颗粒增韧防热陶瓷韧性大幅提高的主要原因.基体与增强相之间的化学匹配关系也是影响增韧效果的原因之一.     

TiC-TiB_2复合陶瓷磨削裂纹的试验研究

本文基于压痕断裂力学,分析了TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的特征,并对TiC-TiB2复合陶瓷磨削裂纹的形成及扩展过程进行了研究。磨削实验发现：TiC-TiB2陶瓷磨削裂纹密度较大,为穿晶裂纹和沿晶裂纹的混合形式;裂纹易在陶瓷内部缺陷处形成,并因陶瓷显微组织不均匀性而发生钉扎、偏转、分叉及桥接,使得材料中裂纹的扩展呈现不连续性;TiB2硬质相会对裂纹的扩展有一定的阻碍作用。