Al2O3/Al2O3-ZrO2（3Y）层状纳米复合材料的制备与性能优化

为优化Al2O3层状复合材料的制备工艺及力学性能,选用不同初始粉体为原料制备了系列Al2O3/Al2O3-ZrO2(3Y)层状复合材料。借助X射线衍射、冷场发射扫描电镜和万能试验机等手段,系统考察了粉体结构和形貌对层状复合材料显微结构和性能的影响。结果表明:初始粉体的颗粒尺寸及尺寸分布会显著影响层状复合材料的显微结构及力学性能,以球磨微-纳米复合粉体为原料制备的层状复合材料具有最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂功分别可达740MPa及3892J.m-2。同时,材料具有较高的层间结合强度,平行于层方向的抗弯强度高达436MPa。     

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.     

Al2O3颗粒增强共晶铝锰基复合材料的腐蚀磨损性能

选择铝锰共晶合金及其复合材料作为研究对象,用XRD,SEM,EDS分析试样。首先分析了试样的金相组织,再分析了它们在三种摩擦条件下的磨损失重、摩擦因数及磨痕形貌,最后分析其耐冲蚀性能。结果表明:Al2O3颗粒的加入改变了铝锰化合物的形态;试样在仅有腐蚀液条件下的磨损量和摩擦因数最大,在有腐蚀液加磨粒条件下次之,在干摩擦条件下最小;从磨痕形貌可知在仅有腐蚀液条件比在腐蚀液磨粒条件有更多的凹坑,在腐蚀液磨粒条件比干摩擦条件有更深的犁沟。在7m/s冲蚀速度下,冲蚀试样的磨损率随磨粒粒径的增大呈先增大后减小的趋势;在3.5m/s下,磨损率随磨粒粒径的增大而逐渐减小,合金在0.15～0.212mm粒径下实验后出现增重现象。     

(Al2O3)f/Al复合材料在强界面结合下的疲劳损伤模式

在拉-拉载荷下测定了(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳寿命(S-N)曲线。通过夭折试验以及SEM疲劳断口和纵截面组织结构分析,研究了复合材料的疲劳损伤模式。研究结果表明,(Al₂O₃)_f/Al复合材料的疲劳极限为750MPa,远高于SCS-6碳化硅纤维增强钛基复合材料。该复合材料兼有钛基和树脂基纤维复合材料疲劳损伤的特点,高应力下由单个裂纹的起源和生长导致复合材料的失效;低应力下,疲劳损伤模式包括纤维劈裂、众多基体裂纹和单个基体裂纹的横向扩展。其中纤维劈裂是主控机制。其更高的疲劳极限可归因于低应力下纤维的纵向劈裂。     

纤维长度和体积分数对Al2O3-SiO2 / Al2Si微屈服行为的影响

以通过浸渗挤压工艺制备的Al₂O₃-SiO₂ / Al₂Si 复合材料为研究对象, 使用配备有精度达10 - 7位移测量装置的Inst ron5569 电子拉伸试验机, 并采用连续加载法, 详细研究了晶化硅酸铝短纤维的体积分数和短纤维长度对铝硅基复合材料微屈服行为的影响规律, 并定性分析了原因。结果表明: 随着晶化硅酸铝短纤维体积分数的逐渐增大, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度和弹性模量却逐渐增大; 随着晶化硅酸铝短纤维长度的逐渐增加, 铝硅基复合材料的微屈服强度逐渐减小, 但其宏观屈服强度却逐渐增大。      

原位Al2O3/Al-Cu复合材料的制备与组织研究

采用原位反应近液相线铸造方法制备含有3.6%(质量分数)原位Al2O3颗粒的Al-6.8Cu基复合材料,在基体合金的固液两相区选择580,590,600℃和610℃进行二次加热保温实验,淬火固定其半固态组织。通过光学显微镜及透射电镜观察合金的组织结构,研究Al2O3原位颗粒对材料组织的影响。结果表明:原位Al2O3颗粒对Al-6.8Cu合金的铸态组织具有一定的细化作用,但没有明显的球化作用。在半固态二次加热过程中原位Al2O3颗粒对晶粒长大行为具有抑制作用和球化作用,与基体合金相比,在相同的二次加热条件下晶粒尺寸减小20~40μm。     

温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合材料摩擦磨损特性的影响

采用UMT-2多功能摩擦实验机,研究了温度对Al2O3/ZrB2/ZrO2复合刀具材料摩擦磨损性能的影响,并分别使用白光干涉仪和扫描电镜分析实验后磨痕的轮廓和微观形貌。结果表明,常温摩擦时,随着ZrB2/ZrO2含量的增加,AZ系列自润滑陶瓷材料与硬质合金对摩时的摩擦系数逐渐降低。高温摩擦时,随着环境温度的提高,表面摩擦温度不断上升,生成的润滑膜有助于使摩擦系数和磨损率下降。     

纳米Ni-20Fe 颗粒增韧Al2O3复合材料的力学性能与磁性能

用机械化学及热压烧结方法成功制备了高致密Ni-20Fe/ Al₂O₃ 纳米复合材料。通过X2ray、FE-SEM、力学性能、磁性能测试, 结果表明, 复合后材料断裂韧性从纯α2Al₂O₃ 相的4. 7 MPa·m1/2 提高到6. 2 MPa·m1/2(19 % (Ni-20Fe) / Al₂O₃ ) , 断裂方式有沿晶断裂和穿晶断裂两种。当Ni-20Fe 合金的体积百分数达到19 %时, 复合材料的饱和磁化强度达33 emu/ g , 矫顽力为200 Oe , 且在低于500 ℃的情况下, 矫顽力基本不随温度而变, 具有良好的磁热稳定性。      

Al2O3/Steel-epoxy层状复合材料的制备和性能

采用环氧树脂胶黏剂作为粘结剂,通过一种简单的模压方法,在5 MPa压力下常温固化,制备了一系列Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料。结果显示,Al2O3/epoxy界面和steel/epoxy界面结合紧密。相比于氧化铝薄片,Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料强度差别不大,但具有更高的断裂韧性、冲击韧性和断裂吸收能。裂纹扩展分析认为层状复合材料断裂韧性和能量吸收的提高主要得益于裂纹尖端钝化和捕获、裂纹桥连、层间脱粘和steel-epoxy层的塑性变形等机制。     

多孔Al2O3f/Al2O3复合材料研究进展

作为20世纪90年代兴起的一类连续陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料,连续氧化铝纤维增韧氧化铝(Al₂O_3f/Al₂O₃)复合材料已经发展为与C_f/SiC、SiC_f/SiC等非氧化物复合材料并列的陶瓷基复合材料。以多孔基体实现基体裂纹偏转成为Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料主要的增韧设计方法,形成的多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料具有优异的抗氧化性能和高温力学性能,可在高温富氧、富含水汽的中等载荷工况中长时服役,是未来重要的热结构材料。经过近30年的发展,多孔Al₂O_3f/Al₂O₃复合材料已被应用于航空发动机、燃气轮机等热端部件。本文综述了多孔Al₂O_3f...     

Al2O3f／Al复合材料的超声特性

测定了体积含量Ｖｆ不同（５．４，９．１和１３．６％）的Ａｌ２Ｏ３短纤维增强的铝基复合材料的纵波声速，横波声速和密度，并由此得出它们的切变模量μ和杨氏模量Ｅ，结果发现，随Ｖｆ增加，纵波声速减小，横波声速增加，与纯铝相比，μ和Ｅ均明显增大，还给出纵波超声声速和超声衰减在１００～３００Ｋ温区内的温度响应曲线。     

SiC晶须-Al_2O_3复合陶瓷显微结构的电镜研究

本文采用 X 射线衍射、扫描电镜、分析电子显微镜和高分辩电镜,研究了热压复合SiC-A1_2O_3陶瓷的相组成、晶须、晶须-基体界面间的显微结构。结果表明,复合陶瓷中的晶须为15R 型 SiC,基体为三方晶型的α-Al_2O_3。晶须内有大量的层错和孪晶;晶须-基体界面间存在一个过渡层,并有一定的取向关系。扫描电镜对样品断口的研究表明,存在晶须拔出和裂纹偏转两种增韧机制。     

工艺参数对Al2O3／Al复合材料组织与性能的影响

研究了反应自生复合材料的生长工艺参数对组织和性能的影响。结果表明：Ａｌ－３．０Ｍｇ－１０Ｓｉ接在１４００－１６００Ｋ氧化可得到Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ陶瓷基复合材料，其中金属含量为１０％和３０％。在１５７３Ｋ氧化１０ｈ后，可得到孔隙很少，含２０％金属的复合材料，其弯曲强度为３６４ＭＰａ，断裂韧性为１１．０ＭＰａｍ＾１／２。     

铝合金／Al_2O_3－SiO_2颗粒复合材料的试制和性能

本研究采用压力铸造法，把Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＳｉＯ＿２颗粒与铝合金进行复合，并就所得到的复合材料与ＺＬ１０８合金就磨损、拉伸等进行对比试验。试验结果表明：该复合材料不管在常温或高温（４００℃）下其耐磨性（与ｚＬ１０８合金相比）提高十倍以上，而高温强度提高一倍以上。但在带有疲劳破坏的磨损中，其耐磨性提高不明显，而且对对磨材料还有加速磨损的缺点。     

氧化铝短纤维增强铝合金复合材料界面的研究

本文在浸渗法制备复合材料的基础上,研究了氧化铝短纤维增强铝合金复合材料的界面.研究结果表明,在复合材料中,纤维与基体之间存在明显的界面层,合金元素通过适当的化学反应可改善浸润状况,有利于纤维与基体的结合.试样断口分析还表明,复合材料的界面结合状况良好,可传递足够的载荷到纤维上,发挥其增强作用.     

Ti/Al_2O_3界面的光电子能谱研究

用X射线光电子谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）研究了Ti／Al_2O_3界面形成的过程。研究表明，活性金属Ti在室温下能与衬底Al2O3（1102）形成约20nm强结合的界面区。从Al，O，Ti的光电子谱形状变化以及它们随着Ti覆盖度的增加而出现结合能位移表明，在界面处形成的反应层中，最初几个单层的Ti很容易被Al2O3表面的活性氧所氧化，从而使Ti／Al2O3界面逐步由具有更强相互作用的TiOx／Al2O3界面所代替，并形成由多相混合体［Ti-O相，（Ti，Al）2O3相以及金属Al相］所组成的界面区。就是说，Ti通过Al—O键的O2-离子转移其电子给Al3 并使它还原成金属Al，从而形成Ti－O键所致。本文用AES强度剖面分析观察到了这种被还原的Al。     

Al_2O_3颗粒与 Al 合金固液界面的相互作用

本文采用定向凝固技术探讨了 Al_2O_3颗粒/Al-2.0Mg-4.5Cu 合金复合材料在凝固过程中颗粒与生长着的固液界面的相互作用,得出了胞晶或胞状树枝晶生长条件下颗粒的分布规律、机制以及 Al_2O_3颗粒在试样中的分布与氢、铈之间的联系。但未发现铈对颗粒主要沿晶界分布产生显著影响。     

TiO_2/Al烧结反应生成的Al_2O_3/Ti_xAl_y复合材料研究

采用挤压铸造法,先制备 TiO_2/Al 坯块,经随后高温烧结反应,可生成 Al_2O_3/Ti_xAl_y 复合材料。DTA 分析表明 TiO_2粉末与纯 Al 之间的反应具有放热特征。X 射线衍射分析与透射电镜观察发现反应产物主要为α-Al_2O_3与 Ti_xAl_y。反应过程中 TiO_2粉末首先被熔融态 Al 还原成α-Al_2O_3与 Ti,而后 Ti与 Al 通过扩散反应形成多种 Ti_xAl_y 金属间化合物。     

Al2O3基陶瓷材料的摩擦磨损特性

研究了Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２和Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２／ＳｉＣｗ在２５到９００℃时与硬质合金滑动摩擦时的摩擦磨损特性。结果表明：三种陶瓷与硬质合金摩擦副的磨擦系数随温度的变化规律不同，摩擦表面的Ｘ射线衍分析表明：摩擦系数的变化与陶瓷表面形成的氧化物膜的组成和结构有关。在高温下Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２的摩擦表面形成了具有优良的高温润滑性的ＴｉＯ２膜，即ＴｉＢ２明显地改善了Ａｌ２Ｏ３的摩擦磨损特性。     

Ti镀层对金刚石-铜基合金复合材料界面结构和性能的作用

为了提高金刚石-铜合金复合材料的界面粘结强度,本文用差热分析(DTA)、X射线衍射分析、SEM观察及磨削试验研究了金刚石表面的Ti镀层对金刚石-铜基合金复合材料界面结构及性能的影响.结果表明,在600～1200℃镀Ti层与金刚石发生界面反应,在金刚石表面外延生成岛状TiC,从而实现了金刚石与铜基合金的冶金结合.镀Ti金刚石与铜合金的粘结强度可达8×107Pa.用镀Ti金刚石制成的铜基合金磨块对花岗岩的磨削比与不镀钛金刚石相比提高30%.