CeO_2掺杂氧化锆纳米复相陶瓷的制备及其显微组织结构分析

CeO_2和ZrO_2的掺杂可以制备出高性能的纳米复相陶瓷,这种陶瓷的相对密度高、硬度大和断裂韧性好,本课题主要研究CeO_2作为增强剂加到ZrO_2陶瓷对其陶瓷性能的影响及机理,本次实验通过改变CeO_2添加剂的含量,采用干压成型(35MPa、30s)以及无压烧结技术(1600℃、1650℃、1700℃)制得陶瓷试样,使用电子天平、维氏硬度计、SEM对其相对密度、硬度、断裂韧性和显微组织结构进行分析.从而获得高硬度和断裂韧性的纳米复相陶瓷.     

Y_2O_3掺杂氧化铝纳米复相陶瓷的制备及其显微组织结构分析

Y2O3和Al2O3的掺杂可以制备出高性能的纳米复相陶瓷,这种陶瓷的相对密度高、硬度大和断裂韧性好.本课题主要研究Y2O3作为增强剂加到Al2O3陶瓷对其陶瓷性能的影响及机理.本次实验通过改变Y2O3添加剂的含量,采用干压成型(35 MPa、30 s)以及无压烧结技术(1 550℃,1 600℃和1 650℃)制得陶瓷试样,使用电子天平,维氏硬度计,扫描电镜(SEM)对其相对密度、硬度、断裂韧性和显微组织结构进行分析,进而获得高硬度和断裂韧性的纳米复相陶瓷.     

Al2O3/SiC纳米复相陶瓷断裂韧性的研究

采用平均粒径为20 nm和150 nm的SiC粉作为增强相，基体粉为亚微米的Al₂O₃粉(美国)，在1 550～1 750 ℃无压烧结，制备了Al₂O₃/SiC纳米复相陶瓷并对其显微结构和断裂韧性之间的关系进行了研究.结果表明，当采用20 nm SiC粉作为强化相，加入量为3%时，断裂韧性从3.0 MPa·m^1/2提高到6.67 MPa·m^1/2，增加122.5%，材料的相对密度达到98.7%以上.利用SEM观察其显微组织，发现组织中若干个细小的晶粒组成一个单元体，单元体内各晶粒之间结合牢固，这种微观结构有利于Al₂O₃/SiC纳米复相陶瓷韧性的提高.而细晶增韧是重要增韧机理之一.     

β－SiAlON－cBN陶瓷复合材料的制备与性能

采用放电等离子烧结（SPS）在1500℃下制备不同立方氮化硼（cubic Boron Nitride,即cBN）含量的β－SiAlON－cBN陶瓷复合材料,研究cBN含量对陶瓷复合材料的物相组成、显微组织和性能的影响．XRD分析表明：在添加复合烧结助剂的条件下合成的β－SiAlON－cBN陶瓷复合材料,β－SiAlON的量随着cBN含量的增加而增加．FESEM观察结果表明：cBN颗粒较均匀地分布在β－SiAlON基体中,一些cBN颗粒表面出现可剥离的层片状物质六方氮化硼（hBN）．随着cBN含量的增加,β－SiAlON－cBN陶瓷复合材料的相对密度先下降后略有上升,硬度呈现降低趋势,断裂韧性则先升高后略有降低．β－SiAION－10％cBN（质量分数）的相对密度和硬度分别为96．8％和13GPa,β－SiAlON－30％cBN的断裂韧性可达到KIC=3．2MPa·m^1/2．     

界面对纳米SiC/LAS陶瓷复合材料微波介电性能的影响

利用激光诱导法制各的纳米SiC和LAS玻璃粉米，采用热压法制各纳米SiC／LAS陶瓷复合材料，研究了纳米SiC／LAS陶瓷复合材料微波介电性能与纳米SiC含量、烧结温度以及碳界面层的关系。结果表明，在1080℃以下烧结温度对陶瓷致密度的影响较大而对陶瓷复介电常数的影响较小；但在1080℃以上烧结温度对烧结致密度的影响较小，而对陶瓷复介电常数的影响较大，复合材料复介电常数的实测值与计算值之间存在很大的差异。通过计算和分析认为，复合材料制各过程中纳米尺度的SiC促进了碳界面层形成，使得烧结温度对复合材料复介电常数有很大影响。     

包覆法制备Gp/SiC复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅（Gp/SiC）复合材料.利用扫描电子显微镜（SEM,EDS）分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.     

注射成形SiC陶瓷的烧结温度及其力学性能分析

以SiC微粉为原料,Y2O3、Al2O3为复合烧结助剂,以多组元蜡原料为粘结剂,采用注射成形法及液相烧结法制备了SiC陶瓷,通过扫描电镜、透射电镜等测试分析了粉体及烧结试样的物相组成及显微结构.力学性能分析显示,在合适的注射成型及液相烧结工艺参数下,烧结样品可获得良好的综合物理性能,1 900℃烧结后材料结构致密,其密度可达3.24 g/cm3,相对密度为98.2%,维氏硬度达2 486.3 HV,断裂韧性达6.68 MPa·m1/2.     

无压烧结SiC/TiB2复合材料组织与性能的研究

以TiB₂为基体、SiC为主要添加相、B₄C和纳米炭黑为烧结助剂，采用无压烧结方法制备SiC/TiB₂复合材料，研究SiC添加量对SiC/TiB₂复合材料的显微组织、力学性能及体积电阻率的影响。结果表明：随着SiC含量的增加，复合材料的晶粒尺寸逐渐减小，开口气孔率逐渐降低，抗折强度、断裂韧性及维氏硬度均呈现上升趋势；当SiC的质量分数为20%时，复合材料的力学性能最佳，此时其抗折强度、断裂韧性和维氏硬度分别为189.5 MPa、4.19 MPa·m^1/2和15.8 GPa;随着SiC含量的增加，复合材料的体积电阻率增大，导电性能有所降低。     

纳米SiC粉中的氧含量对Al_2O_3陶瓷无压烧结的影响

讨论了纳米 SiC中的氧含量对 Al2O3/ SiC纳米复相陶瓷性能的影响 .发 现当氧含量偏高时,烧结体难以致密化,同时在组织中出现大尺寸气孔 .实验证明,氧含量 较低的纳米β SiC可以使烧结体密度和强度得到极大提高;而氧含量偏高的 Si/C/N非晶 复合粉,提高性能的作用甚微 .其根本原因就是,粉体中的氧与硅形成蒸气,从而使烧结体 中出现气孔 .     

Al2O3/SiC纳米复合陶瓷中SiC粉料的氧化现象

为验证在空气环境中，烧结Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷过程是否出现纳米SiC粉料的氧化现象，以及氧化后纳米陶瓷性能的变化规律，分别采用了常压氩气保护烧结和常压空气环境中烧结两种工艺，制备了Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷.经检测，前者性能优异，其相对密度为9882%，抗弯强度为489 MPa，断裂韧性达6.67 MPa·m^1/2；而后者性能大幅度降低，经x-ray检测发现，烧结后样品中SiC衍射峰消失，即纳米SiC严重氧化；同时发现随纳米SiC粒径的减小及含量增加，氧化现象加剧，性能更加变差.借助断口的SEM图像对烧结过程SiC粉料氧化机理进行分析，发现：碳化硅已经分解为CO₂和SiO₂，前者以气体形式挥发并在陶瓷体内留下气孔，而后者以玻璃相形态存在于晶界中.