溶胶-原位凝胶法制备陶瓷结合剂金刚石砂轮的结构与性能

溶胶-凝胶法是一种新颖的原位凝固成型工艺。将硝酸盐溶液、Si O_2溶胶和表面改性金刚石颗粒混合,引入高效分散剂等途径制备出了低黏度高固含量的金刚石微粉浆料,原位凝固后坯体各部位密度具有很好的均匀性,制备的胚体在850℃/1.5h条件下烧结后得到金刚石砂轮,研究混合料浆中固含量对砂轮的微观结构以及表面粗糙度、抗弯强度和气孔率等性能的影响。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的砂轮烧结体可达到理论密度的97%,基本实现致密化。Si O_2-Al_2O_3-Zn O-Na_2O-Li_2O-P_2O_5复合氧化物陶瓷结合剂晶化程度高,晶型完整;随混合料浆中固含量增加,砂轮的气孔率先降低后升高,而抗弯强度则先升高后降低,当固含量(体积分数)为60%时,砂轮的孔隙率和抗弯强度分别达到最小值(26.5%)和最大值(68MPa)。与传统粉末压制法相比,采用溶胶-凝胶原位法制备的砂轮,微观结构均匀,磨削后的硬质合金工件表面无较深划痕,工件的表面粗糙度为0.049μm,砂轮的抗弯强度和气孔率分别提高约33.8%和41.1%。     

微波烧结陶瓷结合剂金刚石砂轮研究

为了提高陶瓷结合剂金刚石砂轮的性能,采用微波烧结技术,通过一系列试验,分析了陶瓷结合剂金刚石砂轮的微波烧结温度、陶瓷结合剂含量和金刚石磨料粒度对其性能的影响。结果表明:微波烧结温度是影响陶瓷结合剂金刚石砂轮性能的最主要因素,远超其余二者;陶瓷结合剂金刚石砂轮试样的洛氏硬度和抗弯强度在740 ℃时达到极大值且气孔率较小,此时洛氏硬度为66 HRB,抗弯强度为76.5 MPa,气孔率为17.8%;由微观组织观察可知陶瓷结合剂金刚石砂轮在740 ℃时可以实现陶瓷结合剂对金刚石磨料的均匀包裹,并且气孔较少。     

金刚石改性玻璃/Al_(2)O_(3)复合基板的性能研究

为探究金刚石含量对玻璃/Al_(2)O_(3)复合基板性能的影响,一定条件下,对它们冷压烧结制取试样,利用扫描电镜和X射线衍射仪进行显微结构和组织分析;利用万能抗折试验机、热膨胀系数和孔隙率测试仪测试其物理性能。结果表明:随着金刚石含量增加,复合材料的气孔率、抗弯强度、热导率增大;常数、介电损耗、热膨胀系数随之减小。当金刚石的含量增加到20 wt%时,金刚石/玻璃/Al_(2)O_(3)复合材料的气孔率为29.66%,介电常数值达到最小7.33,介电损耗降低为1.30×10^(-3),抗弯强度达到最大值77.16 MPa,复合材料的热膨胀系数为6.52×10^(-6)/℃,且具有最大的热导率9.66 W/(m·K)。     

基于铝热反应的金属结合剂金刚石工具初探

文章探索了一种基于铝热反应的新型金属结合剂金刚石工具的制备方法,分析了铝热反应制备结合剂过程的反应合成机理,研究了热压烧结温度对铝热反应结合剂的相组成、微观结构、力学性能的影响。制备了铝热反应结合剂金刚石磨具,并测试了干、湿磨两种条件下磨削建筑陶瓷砖的加工性能。研究表明, Fe_2O_3-Al复合粉体在1028.8℃开始发生铝热反应,反应产物主要为Fe、Fe_3Al相以及少量Al_2O_3及FeAl_2O_4(铁铝尖晶石)相,随着热压烧结温度的升高, FeAl_2O_4含量有所增加,结合剂的硬度、致密度和抗弯强度都随之升高。初步测试显示铝热反应结合剂金刚石磨具可以对建筑陶瓷砖进行加工,但工具耐磨性还存在不足。     

陶瓷结合剂含量对金刚石磨具性能影响研究

以47SiO_2-18Al_2O_3-9B_2O_3-9Li_2O-13Na_2O-4ZnO陶瓷结合剂为实验结合剂,制备了不同陶瓷结合剂含量金刚石试样,通过硬度(HRB)、抗弯强度及断口扫描电镜(SEM)测试,研究了不同陶瓷结合剂含量对金刚石试样力学性能的影响,通过金刚石试样与YG8试片的磨削实验研究了不同陶瓷结合剂含量对金刚石试样加工硬质合金的加工性能影响。实验结果表明,受结合剂含量对气孔形成的影响,随着结合剂含量的提升,试样洛氏硬度与抗弯强度增加,在结合剂含量超过35wt%时增幅趋于平缓。随结合剂含量的提升,磨耗比增加,磨削效率先增大后减小,在结合剂含量为35wt%时磨削效率达到最高值。综合考虑,37wt%结合剂含量金刚石试样对YG8具有最佳磨削寿命与磨削效率。     

烧结助剂Al_2O_3添加量对多孔氮化硅陶瓷特性的影响

采用稻壳和MgO-Al_2O_3-NaF复合烧结助剂成功制备出多孔氮化硅陶瓷。探索了烧结助剂Al_2O_3的添加量对试样线收缩率、显气孔率和强度的影响。结果表明,试样的线收缩率随烧结助剂Al_2O_3掺量的增加逐渐增大,显气孔率逐渐降低,抗弯强度提高。     

烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3、La_2O_3)对β-Si_3N_4自增韧陶瓷的性能研究

利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674MPa,断裂韧性为6.34MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到686MPa和7.42MPa·m~(1/2)。通过无压烧结工艺,在1750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7。笔者着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。在氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性却得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺入量为2wt%时断裂韧性达到最大(7.68MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。     

助烧剂(SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3和SiO_2-高岭土)制备多孔碳化硅陶瓷的性能研究

笔者以碳化硅为主要原料,以羧甲基纤维素钠(CMC)为造孔剂,分别从SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3和SiO_2-高岭土为助烧剂,制备多孔碳化硅陶瓷。本实验采用阿基米德法测量多孔陶瓷的气孔率,采用洛氏硬度仪测量其硬度,采用万能材料试验机测量了其抗折强度。实验结果表明:以SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3为助烧剂,且在SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3含量为20%时,所制备的碳化硅多孔陶瓷性能较以SiO_2-高岭土为助烧剂时优越。以SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3为助烧剂,在1 500℃可以制备出性能较好的多孔碳化硅陶瓷。当SiO_2-Y_2O_3-Al_2O_3含量为_20%时,制备的碳化硅多孔陶瓷兼具有较大的气孔率和优良的力学性能,其开口气孔率为23.73%,硬度及抗折强度分别为62MPa和15.47MPa,从断口可以看出,气孔较多且分布均匀。     

多孔碳化硅复合陶瓷的制备与性能研究

以SiC粉和铝矾土为原料,石墨为造孔剂,通过干压成型,在空气气氛中烧结,制备了莫来石结合碳化硅多孔陶瓷。研究了其物相组成、微观结构、孔径分布、显气孔率和抗弯强度。结果表明:气孔主要来自于SiC颗粒的堆积间隙以及石墨的燃烧分解。在高温下,铝矾土与SiC氧化生成的SiO2原位反应,生成莫来石。石墨含量对多孔陶瓷的气孔率、抗弯强度以及孔径分布都有重要影响。石墨含量10 wt%,1400℃下烧结,保温3 h,制备的SiC多孔陶瓷的显气孔率为44.9%,抗弯强度高达41.0 MPa。     

牙科托槽用ZTA陶瓷的新型制备方法

采用拟薄水铝石作粘结剂,以浓HNO_3为引发剂,用凝胶固化的方法制备二氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷生坯,经干燥、烧结制备牙科托槽用陶瓷。主要对于该种方法的制备工艺进行了研究,通过正交试验,得出最佳工艺参数,以此为基础,用控制变量法研究Zr O_2加入量、烧结温度对ZTA陶瓷机械性能的影响,并讨论Zr O_2的增韧机理。试验结果表明:Zr O_2加入量和烧结温度对最终陶瓷的抗弯强度影响较大,且氧化锆的影响比烧结温度要大;在Zr O_2加入量为30%和烧结温度1570℃时可得到ZTA陶瓷的抗弯强度较大,同时吸水率满足牙科托槽的要求。     

氮化硅陶瓷的无压烧结工艺优化及性能研究

以α-Si3 N4为原料,Y2 O3和MgO为复合烧结助剂,通过无压烧结制备出氮化硅陶瓷。为了优化实验配方和工艺参数,采用正交实验研究了成型压力、保压时间、保温时间、烧结温度、烧结助剂含量以及配比对氮化硅陶瓷气孔率和抗弯强度的影响规律。结果表明,影响氮化硅陶瓷气孔率的主要因素是烧结助剂含量和配比,而影响其抗弯强度的主要因素是烧结助剂配比和烧结温度。经分析得出,最佳工艺参数为成型压力16 MPa,保压时间120 s,保温时间2 h,烧结温度1750℃,烧结助剂含量12wt％,烧结助剂配比1∶1;经最佳工艺烧结后的氮化硅陶瓷,相对密度为94．53％,气孔率为1．09％,抗弯强度为410．73 MPa。     

Al_2O_3含量对ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷流变性能和抗弯强度的影响

采用有机泡沫浸渍法制备ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷,分析Al_2O_3添加量对泡沫陶瓷显微形貌、相结构、抗弯强度和浆料流变性能的影响,确定制备复相陶瓷的最佳工艺参数。实验结果表明,ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷由m-ZrO_2相、t-ZrO_2相和Al_2O_3相组成;当Al_2O_3的含量为20 wt%时,烧结的陶瓷颗粒致密均匀,陶瓷的抗弯强度最佳,浆料表观粘度增加;增加Al_2O_3的含量到40 wt%,陶瓷出现较多气孔,浆料的表观粘度增加幅度不大;Al_2O_3的添加影响了复相陶瓷的致密性、晶粒尺寸、相结构等因素;制备ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷时,最佳工艺参数为20 wt%Al_2O_3和80 wt%ZrO_2。     

镍渣制备多孔堇青石陶瓷的研究

以镍渣、Al_2O_3和SiO_2为原料,按偏镁铝方案确定堇青石的组成,无需添加额外的烧结助剂和造孔剂,成功制备出多孔堇青石陶瓷。测定了试样的显气孔率、抗弯强度和热膨胀系数,用XRD分析了试样在烧结过程中的物相变化,并用SEM观察其断面的显微结构。结果表明:在1200~1380℃保温4 h,制备的多孔陶瓷的显气孔率为38.13~31.39%,抗弯强度为25.53~32.54 MPa,热膨胀系数为3.17×10~(-6)~1.43×10~(-6)/℃,且其主晶相为堇青石。SEM图谱显示多孔堇青石陶瓷中堇青石晶体呈六方棱柱状,还存在大量孔洞。     

烧结温度对气压烧结氮化硅铁显微结构及性能的影响

以微米级氮化硅铁为原料、Al_2O_3–Y_2O_3为烧结助剂,采用气压烧结制备氮化硅铁复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对氮化硅铁复相陶瓷成分、显微结构和力学性能的影响。结果表明:烧结温度对于氮化硅铁陶瓷的显微结构和力学性能具有显著影响。随着烧结温度的升高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性先增大后降低,在1 770℃时均达到最大值,密度、抗弯强度和断裂韧性分别达到3.31 g/cm~3、435 MPa和6.97 MPa?m~(1/2)。在1 770℃以下时,陶瓷样品中主晶相为长柱状的β-Si3N4,晶粒彼此间结合紧密,陶瓷气孔率较低。温度继续升高,含铁相和氮化硅发生反应,气孔率增大,抗弯强度和断裂韧性开始下降。如果进一步提高硅铁的氮化率,采用游离硅低、铁含量低及纯度较高的氮化硅铁粉末制备氮化硅铁陶瓷,材料的性能有望得到进一步的提高。     

二元凝胶法制备Al2O3多孔陶瓷及其表面强化层

采用发泡注凝法制备Al_2O_3多孔陶瓷,研究了丙烯酰胺与明胶所组成的二元凝胶体系对陶瓷浆料黏度、发泡效果、坯体强度及陶瓷显微结构的影响,并对烧结陶瓷体的显气孔率、强度等进行了表征。结果表明:丙烯酰胺具有辅助分散作用,可降低明胶对浆料黏度的影响并改善浆料发泡效果;采用二元凝胶体系可制备具有均匀孔径分布的可适当机械加工陶瓷坯体;经1 600℃烧结2 h,可获得显气孔率为70%～90%的Al_2O_3多孔陶瓷,其中显气孔率最高为90.8%的多孔陶瓷其抗压强度高达3.3 MPa。在此基础上,对其进行了表面强化的研究。通过在其表面流延一层高强度多孔薄层,不仅使材料整体抗弯强度从6.4 MPa提高到10.8 MPa,而且可以有效降低高温气流对材料表面的烧蚀程度。     

SiC多孔陶瓷预成形坯的制备

本文采用真空烧结方法制备SiC多孔陶瓷预成形坯,研究了不同助烧结剂Al2O3-Y2O3、Si、Co和高岭土以及造孔剂羧甲基纤维素(CMC)含量对SiC多孔陶瓷预成形坯气孔率和形貌的影响。结果表明,多元助烧剂Al2O3-Y2O3有利于降低烧结温度和形成液相烧结,并有利于提高SiC多孔陶瓷的孔结构稳定性;羧甲基纤维素含量对烧结预成形坯气孔率和体积密度的影响较大,随着造孔剂CMC含量的增加,SiC多孔陶瓷的气孔率也相应地增加,其体积密度相应减少。     

以PMMA为造孔剂的凝胶注模工艺制备多孔Al2O3陶瓷

以Al_2O_3为原料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂、异丁烯/马来酸酐共聚物(Isobam104)为胶凝剂和分散剂、一水柠檬酸(CA)作为稳定剂,采用凝胶注模与造孔剂相结合的方法制备出多孔Al_2O_3陶瓷。研究了分散胶凝剂、稳定剂含量对浆料流变性能的影响,以及造孔剂添加量、不同烧结温度对多孔Al_2O_3陶瓷气孔率和抗压强度的影响。结果表明:制备的多孔Al2O3陶瓷具有均匀的多孔结构,平均孔径为4μm左右;当造孔剂含量从10%(质量分数)增至50%时,多孔Al_2O_3陶瓷的气孔率从45.53%上升至64.98%,抗压强度从31.74 MPa下降至9.83 MPa;当烧结温度从1 500℃升高至1 650℃时,多孔Al_2O_3陶瓷的气孔率从60.31%下降至47.81%,抗压强度从9.00 MPa上升至54.75 MPa。     

氧化钛对陶瓷结合剂金刚石磨具性能及结构的影响

探讨了氧化钛对Li-B-Al-Si系陶瓷结合剂金刚石磨具性能及结构的影响。测试了在完全烧结状态下的陶瓷结合剂金刚石磨具试样的洛氏硬度、抗弯强度、气孔率及显微结构。结果表明:氧化钛含量为0.5wt%时,完全烧结温度下降了20℃,其洛氏硬度为122HRE,断裂强度为68.5MPa。结合剂中的微晶数量没有随氧化钛添加量的增加而增加,而是没有明显变化,因此在加入氧化钛晶核剂的同时应加入一定量的RO氧化物。     

自增韧氮化硅陶瓷的制备与性能研究

氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛应用于高温、化工、冶金、航空航天等领域。在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料研究的重要课题。笔者通过利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3和Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674 MPa,断裂韧性为6.34 MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性达到686 MPa和7.42 MPa·m~(1/2)。笔者通过无压烧结工艺,在1 750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7,着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺杂量为2wt%时,断裂韧性达到最大(7.68 MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。     

添加氟化物对硅灰石玻璃陶瓷性能的影响

以钙铝黄长石、废玻璃粉为主要原料,分别添加MgF2、BaF2及复合氟化物,用反应析晶烧结法制备硅灰石玻璃陶瓷.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征.对添加不同氟化物制备的硅灰石玻璃陶瓷进行了密度、收缩率、气孔率、吸水率、抗弯强度、抗压强度等性能测试.结果表明,添加MgF2、BaF2或复合氟化物制备的玻璃陶瓷主晶相均为硅灰石.添加MgF2可促使硅灰石玻璃陶瓷大量析晶,密度较低,吸水率和气孔率均较高,抗压强度大大降低.添加BaF2或复合氟化物具有较低的吸水率和气孔率,较高的密度,以及较高的抗弯强度和抗压强度.添加复合氟化物后可通过玻璃陶瓷的自收缩作用实现其烧结致密化,当添加5％MgF2与5％BaF2后,制得的硅灰石玻璃陶瓷体积密度2.4322 g/cm3,相对密度90.93％,气孔率0.27％,吸水率0.06％,抗弯强度54 MPa,抗压强度239 MPa.