复相添加剂／3Y-TZP复合增韧氧化铝陶瓷的研究

利用复相添加剂和3Y-TZP的叠加作用，对氧化铝陶瓷的增韧机制和途径进行了研究。结果表明：复相添加剂有助于Al2O3／3Y-TZP复合材料中氧化铝晶粒的异向生长，其增韧效果与3Y-TZP产生了叠加效应。实验材料密度接近理论密度；抗弯强度556．35MPa；断裂韧性6．73MPa．m^1/2；综合力学性能明显提高。     

Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料断裂过程中的相变及力学性能

用真空烧结方法制备了Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料,分析了ZrO2(3Y)和ZrO2(2Y)含量对Al2O3基陶瓷抗弯强度、断裂韧性的影响.用XRD定量分析了含摩尔分数2%与3%Y2O3的ZrO2(2Y)与ZrO2(BY)在断裂过程中四方相转变成单斜相的相变量,用以阐明增韧机制.结果表明,在ZrO2含量为15%(体积分数)时,Al2O3/ZrO2(3Y)和Al2O3/ZrO2(2Y)复合材料的抗弯强度、断裂韧性分别达到825MPa,7.8MPa·m1/2和738MPa,6.7MPa·m1/2,两者的性能差异主要来自不同的增韧机制.     

Effect of Al2O3 Coating on Densification and Aging Sensibility of 3Y-TZP Ceramics

采用非均相沉淀法在3 mol%氧化钇稳定的氧化锆粉体表面包覆0.5%~1.5% (质量分数) 的Al2O3,研究了包覆Al2O3对3Y-TZP陶瓷的致密化及时效敏感性的影响。实验采用热膨胀仪测定氧化锆生坯的致密化过程,生坯经1450 ℃烧结致密化后,测试烧结体的密度、平均晶粒直径和机械性能。采用XRD、SEM表征材料的显微组织。结果表明：相比于传统的共沉淀法,通过表面包覆的方式向氧化锆中加入少量的Al2O3更能促进3Y-TZP陶瓷的烧结致密化。表面包覆少量Al2O3的3Y-TZP可在1350~1400 ℃烧结致密化。此外,表面包覆Al2O3能显著降低3Y-TZP陶瓷的时效敏感性,这与大量Al3+ 在3Y-TZP陶瓷晶界的偏聚有关     

烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明:两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。     

热压烧结制备Al2O3/TiCN-Ni-Ti陶瓷复合材料的组织与性能

采用真空热压烧结方法制备Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷基复合材料,采用X射线衍射与扫描电镜分析材料的物相组成和显微结构,研究烧结工艺对材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Ni和Ti的添加显著提高复合材料的强度和韧性;温度小于1 600℃时,复合材料的力学性能随热压温度的升高而升高;温度高于1 600℃时,温度升高及保温时间延长不仅会导致Al2O3晶粒的异常长大和Ti(C,N)的分解,而且会使Ni发生聚集现象,复合材料的力学性能下降;当烧结温度为1 600℃、保温时间为30 min时,制备的Al2O3/Ti(C,N)-Ni-Ti陶瓷复合材料的力学性能最佳,其相对密度达到99.4%,抗弯强度为820 MPa,断裂韧性达到9.3 MPa.m1/2。     

Densification, microstructure, and fracture behavior of TiC/Si3N4 composites by spark plasma sintering

TiC/Si3N4 composites were prepared using the β-Si3N4 powder synthesized by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) and 35 wt.% TiC by spark plasma sintering. Y2O3 and A12O3 were added as sintering additives. The almost full sintered density and the highest fracture toughness (8.48 MPa·m1/2) values of Si3N4-based ceramics could be achieved at 1550℃. No interfacial interactions were noticeable between TiC and Si3N4. The toughening mechanisms in TiC/Si3N4 composites were attributed to crack deflection, microcrack toughening, and crack impedance by the periodic compressive stress in the Si3N4 matrix. However, increasing microcracks easily led to excessive connection of microcracks, which would not be beneficial to the strength.     

Sintering densification and properties of Al2O3／PSZ （3Y） ceramic composites

1　INTRODUCTIONAl2 O3ceramicsisoneofthewide spreadingma terialsbecauseitholdsgoodfeaturessuchasresistancetohightemperature ,oxidation ,corrosionandabra sion .However ,thebrittlenatureofAl2 O3ceramicshaspromptedustoexploreavarietyofapproachestoenhanceitsfracturetoughness .SinceGarvieetal[1]advancedatheoryin 1975 ,thatistoimprovethefracturetoughnessandflexuralstrengthofZrO2 ce ramicswithmartensitictransformation ,ZrO2 hasbeenreceivingconsiderableattention .AddingMgO ,CaO ,Y2 O3andCeO2…     

The Microstructure and Mechanical Behavior Evaluation of Ce-TZP／Al2O3 Nanocomposites

Ce-TZP/Al2O3 nanocomposites were prepared from mixture of self-made Ce-TZP nanometer powder and commercial Al2O3 powder by hot-pressing method. Influences of nanometer ZrO2 particles on the mechanical properties and microstructure of Ce-TZP/Al2O3 ceramics were investigated. Meanwhile, t→m transformation toughening mechanism was investigated by x-ray diffractometry (XRD) method, and deflection of samples under applied stress were recorded too. The results show that when the percentage of ZrO2 was 20%, the mechanical properties and microstructures of materials were preferential. Additionally, TEM observation show that dislocation structures form both in the Al2O3 grain and on the Al2O3 grain boundary.     

可加工AlN-BN复合陶瓷的制备

以碳热还原法合成的 AlN 粉末和市售 BN 粉末为原料,添加 5%Y2O3 为烧结助剂,利用无压烧结制备 AlN-15BN复合陶瓷,研究了烧结温度对 AlN-15BN 复合陶瓷相变、致密度、微观结构以及性能的影响,结果表明:Y2O3 可与 AlN粉末表面的 Al2O3 发生反应生成液相促进烧结,随着烧结温度的升高,复合陶瓷的致密度、热导率和硬度逐渐增加,片状的 BN 形成的卡片房式结构会阻碍复合陶瓷的收缩和致密。在 1 850℃烧结 3 h,可以制备出相对密度为 86.4%,热导率为104.6 W?m-1?K-1,硬度为 HRA56.2的 AlN-15BN复合陶瓷。研究表明,通过添加加工性能良好的 BN制备可加 AIN-BN复合陶瓷,是解决 AIB 陶瓷复杂形状成形问题的一个重要途径。     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

ZrO2/Al2O3复相泡沫陶瓷过滤器制备工艺研究

采用有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷,研究了各种不同工艺因素对泡沫陶瓷性能的影响。采用XRD、SEM对泡沫陶瓷的相组成及微观结构作了分析与探讨。结果表明,在粘结剂聚乙烯醇加入量为0.5%,减水剂木质素磺酸钙加入量为0.5%,流变剂苏州土加入量为1.5%时,调整分散剂的加入量,当浆料中分散剂四甲基氢氧化铵的质量分数为0.9%时,可获得具有较佳分散性能的浆料。浆料的固相含量为85%时最适合挂浆的需求。对氧化锆氧化铝复合浆料进行进一步分析表明,氧化铝的加入量为20%时,浆料具有较小的粘度。烧结体的XRD分析表明,氧化铝加入量为20%时较好地抑制了t-ZrO2→m-ZrO2转变的发生,将大量的能发挥应力诱导相变的亚稳态四方相氧化锆保留了下来,从而提高了烧结体的力学性能。SEM分析也表明加入适量的氧化铝可有效抑制氧化锆晶粒的长大,并且起到颗粒弥散增强的作用。     

烧结助剂对高气孔率SiC陶瓷结构和性能的影响

由叔丁醇、丙烯酰胺和SiC粉及烧结助剂组成固相含量为10%(体积分数)的陶瓷浆料,采用凝胶注模成型和无压烧结工艺制备多孔SiC陶瓷,研究Al2O3和Al2O3+SiO2这两种烧结助剂体系对多孔SiC陶瓷的气孔率、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Al2O3+SiO2复合烧结助剂明显改善SiC陶瓷的烧结性能,与采用单一的Al2O3烧结助剂相比,SiC样品的烧结温度和莫来石的生成温度均降低50℃左右;两种不同的烧结助剂制成的试样中的气孔均呈很窄的单峰分布,中位孔径为2μm左右;随烧结温度的升高压缩强度增大,而气孔率变化不大;以Al2O3+SiO2为烧结助剂、在1 400℃烧结的试样的气孔率和强度分别达到70.57%和17.74 MPa。     

基于包混和复合添加工艺的多孔碳化硅陶瓷的制备和性能

采用包混工艺合成核-壳结构的硅-树脂先驱体粉体,引入Al2O3-SiO2-Y2O3复合添加剂,通过成型、炭化和烧结工艺制备多孔碳化硅陶瓷。分析多孔碳化硅陶瓷样品的物相、形貌、孔隙率、热导率、热膨胀系数和抗热震性能。结果表明：复合添加能够在较低的温度下制得多孔碳化硅陶瓷;陶瓷样品的晶粒较小,明显增强了多孔碳化硅陶瓷的导热性能;复合添加提高了碳化硅陶瓷的抗热震性能,添加Al2O3-SiO2-Y2O3并且在1650℃下烧结制备的多孔碳化硅陶瓷经过30次热震后的抗弯强度损失率为6.5%;陶瓷样品的孔壁更加光滑,孔分布更均匀;复合添加对多孔碳化硅陶瓷热膨胀系数的影响较小。     

Y2O3对反应烧结Si3N4/SiC复相陶瓷组织和性能的影响

以低压铸造用升液管为研究目的,以Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为主料,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷。研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析。结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量Sialon晶须及未反应的Si。Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5%Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88%,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa。     

Mo(Si_(1-x)Al_x)_2/Al_2O_3复合材料的制备与强韧化

以Mo、Al、Si和Mo O_34种粉末为原料,通过燃烧合成和真空热压烧结工艺原位制备了(Si_(1-x)Al_x)_2/Al_2O_3复合材料,分析了其燃烧模式、产物相结构、微观组织和力学性能。结果表明:添加Al之后坯体的燃烧合成反应更加剧烈,燃烧模式由螺旋模式转入混沌模式。随着合金化Al含量的增加,基体相结构由C11_b型Mo Si_2转变为C40型Mo(Si,Al)_2,并且在所有复合材料中都可以鉴别出Al_2O_3衍射峰,表明通过燃烧合成技术原位制备了Mo(Si_(1-x)Al_x)_2/Al_2O_3复合材料。复合材料的断裂韧性和抗弯强度最高分别达到4.25 MPa·m~(1/2)和346 MPa,比纯Mo Si_2提高了39%和60%。复合材料的强韧化机制主要有Al合金化强韧化、Al_2O_3第二相颗粒弥散强韧化、玻璃相的消除以及断裂方式的转变。     

稀土La对Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

利用机械合金化法结合放电等离子烧结制备Al2O3/Cu铜基复合材料,采用XRD、SEM、硬度、抗拉强度和电导率等测试研究La含量对Al2O3/Cu复合粉末和烧结材料组织及性能的影响。结果表明:添加0.05%的稀土La有利于机械合金化过程中Cu晶粒的细化和Al2O3颗粒的弥散分布,从而提高烧结材料的显微硬度和抗拉强度。烧结材料的导电率随着La含量的增加先升后降,当La的质量分数为0.10%时,Al2O3/Cu复合材料的导电率提高11.3%IACS。     

纳米陶瓷的热压烧结及超塑成形(英文)

纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能 ,如较高的抗弯强度、断裂韧性、耐磨性等 ,使其在切削刀具、轴承、高温发动机部件等诸多方面都有广泛的应用。利用纳米陶瓷的超塑性进行成形加工是实现复杂形状零件近净成形的重要手段。本文采用化学沉淀法制备了平均粒径 10nm ,且无硬团聚的 3Y TZP (3%摩尔氧化钇稳定的四方相氧化锆多晶体 )粉体 ,研究了不同密度素坯的热压烧结行为。 3Y TZP毛坯的超塑性拉深试验表明在 14 5 0℃压头速率为 0 2mm·min-1时可以实现半球形件的成形 ,其成形高度达到 5 7mm ;Al2 O3 ZrO2 纳米复相陶瓷的正挤压试验表明 ,这种典型的晶间 /晶内型纳米陶瓷在很高的温度下可以 0 . 5mm·min-1的压头速率进行挤压成形 ,在某种程度上可以满足工业成形的需求 ;Si3 N4 Si2 N2 O复合陶瓷通过烧结锻造可以成形陶瓷齿轮 ,其烧结温度为 16 0 0℃ ,超塑性锻造温度为 15 5 0℃。     

C/Al2O3复合材料的固体粒子冲蚀行为与磨擦磨损性能研究

以溶胶浸渍热处理技术路线制备的碳纤维布叠层缝合预制件增强Al₂O₃(C/Al₂O₃)复合材料为对象,以刚玉粉为介质,研究了复合材料的固体粒子冲蚀行为,按照GB5763-2008规定的条件研究了复合材料的磨擦磨损性能。室温下,复合材料冲蚀率随着冲击角度与送粉量的增大而增加;温度升高,由于机械冲击和热冲击的双重作用,冲蚀率显著变大。在GB5763-2008规定的条件下,C/Al₂O₃复合材料具有稳定的摩擦系数和很低的磨损率。结合微观形貌分析,探讨了复合材料的冲蚀与磨损机理。得益于连续碳纤维的补强增韧作用,即使基体致密度低于单体Al2O3陶瓷,C/Al₂O₃复合材料在冲蚀和磨损时不会发生脆性断裂,使用安全性优于单体Al₂O₃陶瓷。     

Strengthening and toughening forming of Al/Al2O3 composite in pseudo-semi-solid state

A new technology—thixo-die-forging of the composite in pseudo-semi-solid state was proposed based on the powder metallurgy technology combing with semi-solid metal process, and the cup shells with Al/Al₂O₃  composite was prepared successfully. The metallographic analysis and performance test show that the microstructure of parts is dense and mechanical properties are excellent with the volume fraction of Al is 37 %. The bend strength and fracture toughness of the composite are about 570-690 MPa and 8.5-16.8 MPa m^1/2, respectively. Comparing with reaction in situ and high temperature oxidation technologies the bending strength and fracture toughness are improved greatly. At the same time, it shows that the technology parameters have great influences on the properties. So it is feasible to prepare metal/ceramics composites by the proposed technology.     

无压烧结Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合陶瓷的组织结构与性能

以Ca_3(PO_4)_2和Si_3N_4为原料,采用无压烧结的方法制备Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4系列复合陶瓷.复合材料中Ca_3(PO_4)_2能与Si_3N_4稳定共存,烧结后未发现有新相生成.随着烧结温度的提高,复合材料的致密度和β-Si_3N_4的相对含量也随之升高,柱状β-Si_3N_4晶粒的生长更加充分,晶粒相互搭接、交织.复合陶瓷的力学性能随着烧结温度的提高而升高,1700 ℃无压烧结复合材料的抗弯强度达到547 MPa,断裂韧性达到7.3 MPa·m~(1/2),从断口照片中可以观察到β-Si_3N_4晶粒的拔出和桥联作用.通过加热试样并在水中骤冷后测弯曲强度的方法,表明Ca_3(PO_4)_2/Si_3N_4复合材料具有良好的抗热震性能.