放电等离子法烧结制备SiC纳米管/ZrB2复合陶瓷的性能

以ZrB_2、SiC纳米管(SiCNTs)为主要原料,通过放电等离子法烧结制备了SiC纳米管/ZrB_2复合陶瓷。分析了SiC纳米管添加量对复合陶瓷的相对密度、微观结构和力学性能的影响。结果表明:添加SiC纳米管可以有效增强ZrB_2陶瓷的力学性能;当SiC纳米管的添加量为1 mass%时,复合陶瓷的力学性能最佳,其抗弯强度为786.53 MPa,维氏硬度为21.58 GPa,断裂韧性为5.21 MPa·m~(1/2)。     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能研究

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1 450 ℃和1 500 ℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达1 649 HV;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5wt%时可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7 MPa.m_1/2和1 126.1 MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1450和1500℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达16.49GPa;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5%时(质量分数,下同)可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7MPa·m1/2和1126.1MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

RSiC-WC复相陶瓷的性能及烧结机理

以不同配比的粗、细SiC粉体和WC粉体为原料,在2200℃以上烧结得到RSiC-WC复相陶瓷.采用XRD、SEM和EDS对复相陶瓷的物相组成和微观形貌进行分析,并测定其开口气孔率、抗弯强度和电阻率.结果表明RSiC-WC复相陶瓷中以6H-SiC和WC为主晶相,存在少量W2C晶相.烧结产物中SiC颗粒再结晶程度良好,WC在烧结温度下与SiC晶粒润湿性好.RSiC-WC复相陶瓷的最低开口气孔率、最高抗弯强度和最低电阻率分别为19.2%、109MPa和15mΩ·cm.体系中SiC晶粒生长遵循蒸发-凝聚的烧结机理,WC则以W-C液相在SiC晶粒界面处聚集,抑制了SiC晶粒的长大.高温下形成的W-C液相能明显降低复相陶瓷的开口气孔率,使烧结体致密化.因而,添加一定量的WC改善复相陶瓷的力学性能,并对其电学性能起到调节作用.     

SPS反应烧结HfB_2复合材料的制备和性能

针对HfB_2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi_2和SiC,促进HfB_2陶瓷的烧结,并提高HfB_2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB_2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB_2-ZrSi_2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m~(1/2)。     

SPS反应烧结HfB2复合材料的制备和性能

针对HfB2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi2和SiC,促进HfB2陶瓷的烧结,并提高HfB2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB2-ZrSi2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m1/2。     

SiC(w)-ZrO2改性MoSi2复相陶瓷的组织与性能

通过热压烧结制备SiC(W)-ZrO2-MoSi2复相陶瓷,利用X射线衍射仪、图像分析仪、透射电镜对复相陶瓷试样组织结构进行了研究,探讨了SiC(W)-ZrO2协同作用对MoSi2陶瓷性能的影响.结果表明:纳米ZrO2颗粒的加入对材料的细化作用较SiC晶须明显,复相协同作用细化效果更好.SiC(W)-ZrO2协同作用的综合机制有利于提高复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,ZrO2量的增加对提高复相陶瓷断裂韧性的作用更明显;ZrO2粒子钉扎位错,导致可动位错绕过,强化材料基体.弥散分布的SiC晶须阻碍位错运动,使位错缠结、交割,阻碍晶界迁移;粒子周围出现孪晶以及SiC晶须引起的层错,阻碍其晶粒长大.     

热处理温度对非晶晶化法制备ZrO2-Mullite纳米复相陶瓷结构与力学性能的影响

采用非晶原位晶化法从Si-Al-Zr-O(SAZ)系非晶中制备ZrO2-mullite纳米复相陶瓷.用XRD、IR和SEM技术对前驱体非晶以及晶化后试样进行表征,并着重研究热处理温度对ZrO2-mullite纳米复相陶瓷结构与力学性能的影响.结果表明,前驱体SAZ非晶经960℃热处理开始析出t-ZrO2晶体,1000℃时莫来石晶相形成.试样经低温950～1000℃和高温1100～1250℃梯度热处理后,t-ZrO2、mullite成为主晶相,同时生成c-SiO2.其中低温阶段的核化温度对陶瓷试样的显微结构和断裂韧性产生重大影响.当核化温度由950升至1000℃时,纳米颗粒明显增大,断裂韧性急剧下降;而高温阶段的晶化温度对力学性能影响相对较小.随着晶化温度的升高,试样的断裂韧性和抗弯强度均先略有增加随后下降.试样经950℃核化、1150℃晶化后取得最佳力学性能:断裂韧性5.13 MPa·m1/2和抗弯强度521 MPa.     

热压烧结ZrC-SiC-C_g复相陶瓷的组织与力学性能

以ZrC,SiC,石墨为原料,采用热压烧结法制备了ZrC-SiC-C_g三元复相陶瓷,研究了石墨及其用量对所制备陶瓷材料的微观结构和力学性能的影响.结果表明:石墨的加入有效地促进了ZrC-SiC-C_g复相陶瓷的烧结,在添加约10%(体积分数, 下同)石墨时,密度达到最大.同时复相陶瓷表面随着石墨含量的增加,逐渐变得粗糙,即由于石墨与基体的结合较弱使材料表面出现剥落现象.力学性能分析表明,材料的抗弯强度在石墨含量小于10%时并未明显降低,其断裂韧性随着石墨量的增加呈现先增加后降低的趋势,当石墨含量为10%时,断裂韧性出现最大值4.29 MPa·m~(1/2).材料的断裂方式是沿晶和穿晶断裂相结合.     

包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC复合材料无压烧结

采用沉淀法制备了表面包裹Yb_2O_3的ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合粉体(不同含量的Yb_2O_3作为烧结助剂),并在1900℃无压烧结制备了ZrB_2-SiC-Yb_2O_3复合材料.研究Yb_2O_3添加量对复合材料致密化和性能的影响.结果表明,Yb_2O_3的添加在促进ZrB_2-SiC烧结致密的同时,也提高了ZrB2-SiC复合材料的力学性能.添加10% Yb_2O_3(质量分数, 下同)的ZrB_2-SiC复合材料的相对密度为89%,抗弯曲强度为158 MPa,断裂韧性为2.95 MPa·m~(1/2).     

CNTs的添加对纳米Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响

采用热压烧结法制备了CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷,研究了碳纳米管(CNTs)的添加对Si3N4陶瓷组织与力学性能的影响,用XRD分析了该复合材料的相组成,并对它的硬度、抗弯强度和断裂韧性进行了测试.结果表明,CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的相为a-Si3N4、β-Si3N4和Si2N2O;其抗弯强度和断裂韧性均随碳纳米管含量的增加呈先升后降的变化趋势,最大值分别在CNTs添加量为2wt%和4wt%时获得;CNTs添加量为2wt%时,硬度略有提高,然后随碳纳米管含量的继续增加而逐渐降低;CNTs-Si3N4纳米复相陶瓷的主要增韧机制为碳纳米管的拔出、桥联和裂纹偏转.     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

新型化学反应法制备SiC/Al2O3复相陶瓷涂层

陶瓷涂层材料以其高硬度、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等一系列优点,在航空航天、武器装备、核工业、石油化工等领域具有广阔的应用前景.SiC/Al_2O_3复相陶瓷在常温和高温下都具有较好耐磨性和化学稳定性,是一种极具工程应用前景的复合陶瓷材料.本研究采用优质陶瓷先驱体聚合物PCS,添加惰性填料SiC纳米颗粒和活性填料金属Al粉共同作用,克服了先驱体法制备陶瓷材料中存在较大体积收缩的缺点,在金属基体上制备了单层厚度可达50 μm的致密SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,复相陶瓷涂层中的SiC来自于先驱体PCS热解转化的SiC和添加的纳米SiC颗粒;其中的Al_2O_3来自于金属Al粉的氧化.该化学反应方法在金属基体上成功地制备出连续、致密的SiC/Al_2O_3复相陶瓷涂层,既简单又方便,表现出极大的应用潜力.     

SiC晶片增韧ZrB_2复合陶瓷材料的制备与性能

研究了以氮化铝(AlN)为助烧剂的碳化硅晶片(SiC_(pl))增韧二硼化锆(ZrB_2)复合陶瓷材料的制备工艺,并测定其抗弯强度、断裂韧性、致密度和显微硬度.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的表面及断面形貌.复合陶瓷中SiC晶片的添加量分别为5%, 10%, 15%以及20%(体积分数, 下同),AlN作为烧结助剂添加量为3%.结果表明:适量SiC晶片的添加提高了SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的烧结致密度;SiC_(pl)/ZrB_2复合陶瓷的力学性能比纯ZrB_2陶瓷有所提高,抗弯强度和维氏硬度在5%SiC晶片添加量时达到最大,分别为(625.34±21.46) MPa和(14.60±0.84) GPa;断裂韧性在15%SiC晶片添加量时达到最大值(8.35 ± 0.26) MPa·m~(1/2).断口形貌观察表明主要增韧机制为裂纹偏转与晶片拔出.     

SiC晶须含量对ZrC陶瓷性能与组织的影响

以微米ZrC颗粒、SiC晶须为原料(SiC晶须体积含量分别为5%,10%,15%,20%),采用热压烧结工艺制备SiC晶须增韧ZrC基超高温陶瓷,研究了SiC晶须含量对ZrC基超高温陶瓷力学性能与组织的影响。结果表明:随着SiC晶须含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性逐渐提高;当SiC晶须体积含量为20%时,致密度、抗弯强度和断裂韧性同时达到最大值,分别为99.24%,626.17MPa,5.03MPa·m1/2。SEM表明,试样微观组织均匀,强韧化机制主要是细晶强化和晶须拔出。     

纳米TiN对WC-Co硬质合金组织和力学性能的影响

采用真空烧结方法制备添加纳米TiN的WC-Co硬质合金材料,研究不同添加量纳米TiN对硬质合金组织和性能的影响。结果表明:纳米TiN添加量未超过1%(质量分数)时,纳米粒子主要分布在晶界和相界处,可明显改善WC-Co硬质合金组织结构,并使硬质合金的抗弯强度和硬度得到提高。添加纳米TiN,不利于改善硬质合金的断裂韧性。纳米TiN添加量为1%时,材料的综合力学性能最好:抗弯强度1493MPa,硬度92.5,断裂韧性12.1MPa·m1/2。     

纳米TiN增韧SiC陶瓷的显微结构及力学性能

以纳米TiN和亚微米SiC粉体为原料,采用湿法球磨和喷雾干燥技术制备了均匀分布的SiC/TiN(np)纳米复合粉体,并通过无压烧结工艺制备出SiC/TiN(np)纳米复合陶瓷,研究了纳米TiN颗粒对SiC材料显微结构和力学性能的影响.研究结果表明:纳米TiN的引入抑制了SiC晶粒的生长,材料的断裂方式以沿晶断裂为主,裂纹产生偏转和分叉,使材料的抗弯强度、硬度和断裂韧性分别达到557 MPa、21 GPa和6.6 MP·am0.5.     

三元共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2粉体及陶瓷的制备与组织性能

采用醇水共沉淀法制备了三元共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2粉体,在600~1350℃温度范围煅烧后研究其物相转变过程。经1300℃煅烧后Al_2O_3/YAG/ZrO_2共晶成分粉体的物相由α-Al_2O_3、c-ZrO_2和YAG构成,且具有α-Al_2O_3相包裹c-ZrO_2相的特殊结构。将煅烧粉体在1550℃下热压烧结,制备具有内晶型结构的共晶成分Al_2O_3/YAG/ZrO_2复相陶瓷,其致密度、室温抗弯强度、断裂韧性和高温(1000℃)抗弯强度分别为98.8%、420 MPa、3.69 MPa·m~(1/2)和464 MPa,并对复相陶瓷组织结构的形成机理进行了探讨。     

Bi2O3与Sb2O3掺杂对ZnO力学性能的影响

设计、制备了三个系列(不同Bi2O3与Sb2O3掺杂浓度)的ZnO基复合材料.力学性能测试的结果表明,Bi含量(2%,原子分数)保持不变,随Sb含量(在合适的剂量范围内)的增大,由于基质ZnO晶粒减小,陶瓷致密度增大,所得材料的模量、抗弯强度以及断裂韧性均增大;Sb含量(3%,原子分数)保持不变,随Bi含量的增大,由于基质ZnO晶粒增大、陶瓷致密度减小,所得材料的模量、抗弯强度以及断裂韧性均减小.在设计组成范围内材料的最佳力学性能约为:弹性模量114 GPa,弯曲模量115GPa,抗弯强度 120 MPa,断裂韧性1.87 MPa·m1/2.     

喷雾造粒制备SiC-AIN复合粉体特性及烧结性能

采用水基料浆与流态化喷雾造粒相结合制备SiC-AIN复合粉体,分析复合粉体的粉体特性、成形性能及烧结特性,探讨SiC-AIN复相陶瓷的增强增韧机制.结果表明:喷雾造粒后,复合粉体的流动特性显著提高,粒度级配合理;随着压强增加,坏体密度在40～80、80～160和160～220 MPa范围内呈现阶梯式增长,160 MPa以上成形后素坯均匀致密,无硬球颗粒存在;无压烧结SiC-AIN复相陶瓷具有优越的烧结性能和力学性能,这是由于AIN对SiC晶粒形成生长势垒,并反应生成2H型固溶体,从而细化晶粒,导致裂纹扩展产生了绕道与偏转效应,呈现晶粒撕裂与拨出现象,协同改善了复相陶瓷的强度及断裂韧性.