残余应力对涂覆Al2O3涂层的ZrO2陶瓷的强度和裂纹扩展阻力的影响

本研究在ZrO₂基体表面涂覆一薄层Al₂O₃涂层, 利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配, 在Al₂O₃-ZrO₂预应力陶瓷(简称A_CZ_S预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对A_CZ_S预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明: 表层的压应力使得A_CZ_S预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大, 最终导致强度和损伤容限提高; 且A_CZ_S预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO₂基体表层的Al₂O₃涂层厚度为40 μm时, 表层压应力使A_CZ_S预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20) MPa, 相比于同种工艺下制备的ZrO₂陶瓷强度提高了32%, 同时也是Al₂O₃强度的3倍。此外, A_CZ_S预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。     

Al2O3颗粒形貌对注凝成型ZrO2/Al2O3陶瓷性能的影响

采用3种不同形貌的Al₂O₃原料对注凝成型制备ZrO₂/Al₂O₃（ZTA）陶瓷工艺中悬浮体的流变性能进行了研究。以低毒的单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）制备了ZrO₂/Al₂O₃坯体和陶瓷。讨论了3种不同形貌的Al₂O₃原浆料的分散剂用量、球磨时间和固含量对浆料流变性的影响。Al₂O₃粉体呈扁平状有利于降低浆料的黏度,Al₂O₃粉体呈棒状对生坯强度的提高有利。制得的3种ZrO₂/Al₂O₃坯体颗粒间结合紧密,抗弯强度分别达到21.45,19.87,25.90 MPa。Al₂O₃粉体呈颗粒状有利于最终陶瓷力学性能的提高,陶瓷的抗弯强度及断裂韧性分别为680 MPa和7.49 MPa·m^1/2,453.1 MPa和6.8 MPa·m^1/2,549.4 MPa和6.34 MPa·m^1/2。     

空间导电滑环绝缘环片等离子喷涂Al2O3绝缘涂层的性能研究

为解决空间导电滑环中非金属绝缘环片存在的结构稳定性差、加工困难等问题，在2A12铝合金基体上利用大气等离子喷涂技术沉积了Al₂O₃陶瓷涂层，以替代非金属绝缘材料，研究了涂层的物相组成、微观形貌、显微硬度、结合强度和绝缘性能。结果表明：由原始纳米颗粒经过团聚-烧结制备的Al₂O₃球形粉末的物相主要为α-Al₂O₃,喷涂后涂层中的Al₂O₃以α相和γ相共存，涂层与基体的结合良好，涂层的孔隙较低。制备的涂层组织结构均匀致密，涂层内无明显的宏观裂纹和大孔洞，虽未采用封孔处理，但涂层在大气环境下直流电压为1 000 V的绝缘电阻测试中仍表现出较高的绝缘性能，可满足空间导电滑环绝缘环片的服役要求。     

Al2O3量对2219车铝板上等离子喷涂Ni层组织和摩擦性能的影响

将Ni与Al₂O₃微米颗粒实施混合,再将其通过等离子喷涂方法沉积到2219铝合金表面,控制合适的喷涂工艺参数得到Al₂O₃/Ni复合涂层,实验测试研究Al₂O₃量对涂层组织和摩擦性能的影响。研究结果表明:与原始粉末相比,对涂层XRD测试发现形成强度很高的Ni衍射峰,Al₂O₃相发生了峰强度减小。在涂层内形成了灰色的Ni组织区,Al与Al₂O₃则呈现黑色的状态。逐渐提高Al₂O₃加入量后,形成了更多的黑色组织。涂层获得了比2219基体更高的硬度,相对于基体组织提高了3倍以上,提高Al₂O₃加入量后涂层硬度获得提升。涂层内含有的Al₂O₃比例提高后,涂层发生了摩擦系数和磨损率降低。当Al₂O₃含量继续增加后,形成较多氧化物,表现为氧化磨损。随着Al₂O₃含量的增加,氧化磨损程度表现出增加变化。     

低毒单体DMAA用于ZrO2/Al2O3坯体注凝成型

采用低毒的单体N, N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)制备了氧化锆增韧氧化铝(ZrO₂/Al₂O₃)坯体。讨论了分散剂的用量、 ZrO₂/Al₂O₃浆料的pH值、 粉体中ZrO₂含量、 粉体所占浆料的固相体积分数、 球磨时间、 预混液中DMAA的浓度(质量分数)对ZrO₂/Al₂O₃浆料黏度的影响。并研究了注凝成型ZrO₂/Al₂O₃坯体的性能和显微结构。结果表明, 当浆料pH值为9, 分散剂的添加量为ZrO₂/Al₂O₃粉体质量的0.6%, 球磨时间为6 h, ZrO₂/Al₂O₃浆料具有最小的黏度。固相体积分数的提高和DMAA加入量的增大都会提高ZrO₂/Al₂O₃浆料的黏度, ZrO₂的加入会降低浆料的黏度。用DMAA制备得到的ZrO₂/Al₂O₃坯体结构均匀, 抗弯强度达到25 MPa。      

Al2O3/BaZrO3双陶瓷界面微观组织演化及机理

以Al₂O₃为背层(硅溶胶为粘结剂), 电熔BaZrO₃作为面层材料(钇溶胶为粘结剂), 1550℃烧结后制成50 mm×25 mm×5 mm的Al₂O₃/BaZrO₃双陶瓷试样。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和EDS等手段观察了BaZrO₃层和Al₂O₃/BaZrO₃界面的显微结构, 研究了BaZrO₃与Al₂O₃的界面反应。结果表明, 面层由BaZrO₃基体和分布其上的大小10 μm左右的Y稳定的ZrO₂晶粒组成; Al₂O₃/BaZrO₃界面发生反应形成厚约300 μm的过渡层, 界面反应生成物有BaOAl₂O₃、ZrO₂和BaO·Al₂O₃·2SiO₂。界面从单纯的BaZrO₃/Al₂O₃双陶瓷结构演变为BaZrO₃、ZrO₂、BaO·Al₂O₃、BaO·Al₂O₃·2SiO₂和Al₂O₃等多种物相组成的复杂结构。反应过程中Al元素基本不迁移扩散, BaZrO₃中Ba元素向Al₂O₃所在的位置扩散形成BaO·Al₂O₃, 残留物形成一层条状ZrO₂, 而BaO·Al₂O₃·2SiO₂围绕着EC95(Al₂O₃+5%SiO₂)粉体颗粒周围生成。     

钛合金TC4表面医用氧化物陶瓷涂层的残余热应力分析

采用有限元方法分析了钛合金TC4表面分别溅射沉积的4种医用陶瓷涂层Ta₂O₅、Nb₂O₅、ZrO₂和TiO₂的残余热应力分布情况,并以Ta₂O₅涂层为例,研究涂层的厚度与结构对残余热应力最大值的影响。结果表明,4种氧化物涂层的残余热应力都表现为拉应力,且应力最大值均位于涂层/基体结合界面的外边缘,其中残余热应力最大值最大的是Ta₂O₅涂层(32.2 MPa),其次是Nb₂O₅(19.7 MPa)和ZrO₂涂层(10.2 MPa),最小是TiO₂涂层(1.03 MPa)。当涂层厚度由1 μm增加到4 μm时,Ta₂O₅涂层的残余热应力最大值呈现先减小后增大的变化趋势,其中涂层厚度为2.5 μm时的残余应力最大值最小。对于不同结构的Ta     

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。     

多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能

为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe₂O₃（0.01wt%~0.09wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的3 mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（3Y-TZP）粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求（≥ 800 MPa）;在无色瓷层中掺杂微量Al₂O₃（0.1wt%）可以改善Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe₂O₃（0.01wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe₂O₃掺杂量的继续增多（≤ 0.09wt%）挠曲强度降低。      

基于三辊分散原料的3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的制备与表征

原料粉体的均匀分散是3Y-ZrO₂/Al₂O₃陶瓷制备的关键。在工程应用中三辊混合适合于超细陶瓷粉体高黏度浆料的分散,有利于降低分散介质用量,减少干燥时间。本工作以商用3Y-ZrO₂粉体(粒径80 nm)和粗细两种Al₂O₃粉体(粒径3μm和0.3μm)为原料,通过三辊混合、干压成型与烧结,制备3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷。通过XRD,SEM和万能试验机研究3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的相组成、显微结构以及弯曲强度之间的关系。结果表明:在3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷中,除常见的Al₂O₃晶粒弥散相和ZrO₂连续相外,还存在最大尺寸5~10μm的Al₂O₃微聚集区。当添加粗Al₂O₃粉时,3Y-ZrO₂会发生从四方相到单斜相的转变。而当添加细Al₂O₃粉时,四方相的衍射峰向右偏移,同时没有检测到单斜相。对1600℃烧结的复相陶瓷样品,两种Al₂O₃粉的适量添加均有利于获得最大的弯曲强度。但对含有细Al₂O₃粉的样品,弯曲强度较粗Al₂O₃粉样品随Al₂O₃体积分数的增加更为平缓。     

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...     

Ti2AlNb合金表面射频溅射Al/Al2O3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti₂AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al₂O₃复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al₂O₃复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al₂O₃层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al₂O₃颗粒增大;Al/Al₂O₃复合层能有效提高Ti₂AlNb合金的抗热震性能。     

ZrW2O8 / ZrO2 可控热膨胀复合材料的制备

采用分步加热固相法成功制备了纯度较高的各向同性负热膨胀材料ZrW₂O₈ 。将ZrW₂O₈ 与ZrO₂ 按一定比例混合, 在1200 ℃烧结24 h 制备了热膨胀系数可控的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料。研究结果表明, 通过改变ZrW₂O₈ 的体积分数, ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合材料的热膨胀系数可以控制为负、正或零。当ZrW₂O₈ 的体积分数为37 %时, 复合材料的热膨胀系数接近零。为了得到致密的ZrW₂O₈ / ZrO₂ 复合陶瓷, 采用Al₂O₃ 作为烧结剂, 取得了较好的效果。0. 35 wt % Al₂O₃ 的加入可以在不影响复合材料热膨胀性能的前提下, 显著提高复合材料的致密度。      

原位气相生长法制备碳纳米管/Al2O3陶瓷复合材料

以Al₂O₃陶瓷成型体为基体,通过化学气相反应在陶瓷体内原位生长碳纳米管（CNTs）,制备出CNTs/Al₂O₃陶瓷复合材料。结果表明,Al₂O₃陶瓷体中均匀分布有可观量的多壁CNTs,碳管根部嵌于Al₂O₃晶粒间并从晶粒表面生长出。在Al₂O₃陶瓷成型体中原位生长CNTs需严格控制生长条件,尤其是生长温度（850℃）,温度过高和过低都难以长出CNTs,此外造孔剂、碳源和催化剂也影响CNTs的原位生长。对原位生长的CNTs/Al₂O₃复合体进一步高温烧结获得致密化的复合材料,其导电率达3.7 S/m,较纯Al₂O₃提高13个数量级。在陶瓷成型体中原位生长CNTs是一步法制备CNTs/陶瓷复合材料的新方法,可用于发展高性能的结构陶瓷和具有导电导热等多功能特性的新型陶瓷复合材料。     

Al2O3基多孔隔热材料表面Al2O3/MoSi2涂层的制备及其性能

采用刷涂法在Al₂O₃基多孔隔热材料表面制备Al₂O₃/MoSi₂涂层,涂层以硅溶胶作为粘结剂,纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维作为耐高温组分,MoSi₂为高发射率组分。通过SEM、XRD对Al₂O₃/MoSi₂涂层微观表面结构、物相组成进行分析。研究纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比和MoSi₂含量对Al₂O₃/MoSi₂涂层耐温性能的影响,并对Al₂O₃/MoSi₂涂层的抗热震性能、发射率进行表征。结果表明,当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比小于1∶1时,热考核后Al₂O₃/MoSi₂涂层表面无裂纹产生;当纳米Al₂O₃与Al₂O₃纤维的质量比在1∶2~1∶4之间时,Al₂O₃/MoSi₂涂层中的纤维网络较完整。MoSi₂的含量为20%时,Al₂O₃/MoSi₂涂层抗热震实验循环25次后表面保持完好,热考核后在2.5~25 μm波段的平均发射率在0.85左右,具有较高的发射率。      

Fe/Al2O3复合材料的制备和性能

用石墨埋烧方法制备Fe/Al₂O₃复合材料,对其力学性能和微观结构进行了分析。结果表明:Fe/Al₂O₃复合材料的弯曲强度与断裂韧性均随Al₂O₃含量的升高先升高后降低,当Al₂O₃含量（质量分数）为70%时,其弯曲强度与断裂韧性分别达到602.49 MPa和9.33 MPa·m¹/2,其硬度随Al₂O₃含量先降低后升高。在烧结过程中在Fe颗粒周围形成一种成分为FeO与FeAl₂O₄的壳体,在壳体与Fe颗粒之间存在微裂纹缺陷。壳体的形成和壳体与金属颗粒间的微裂纹钝化了外部应力,从而提高了复合材料的韧性。     

等离子喷涂Al2O3·TiO2涂层的性能及其在航空发动机篦齿封严中的应用

目前有关Al₂O₃·TiO₂涂层的性能及其在实体件上的应用研究报道较少。为此,利用等离子喷涂设备在GH4169试片上制备了NiAl自粘结底层和Al₂O₃·TiO₂陶瓷面层,并进行了显微组织、显微硬度、结合强度及弯曲性能的测试,基于试验结果以某型号航空发动机实体零件开展了喷涂验证。结果表明：Al₂O₃·TiO₂陶瓷涂层综合性能良好,用于篦齿封严类零件中能有效保护篦齿,防止篦齿磨损,并提高零件的使用性能,延长使用寿命。     

大气等离子喷涂MoSi2-30Al2O3电热涂层的组织结构及性能

以MoSi₂-30Al₂O₃混合粉末为原料, 利用大气等离子喷涂技术制备MoSi₂-Al₂O₃体系电热涂层。采用XRD、SEM、通电测试、热重-差热分析等对涂层的相组成、组织形貌和热稳定性进行表征。结果表明：MoSi₂-30Al₂O₃电热涂层体系组织均匀致密, 添加Al₂O₃能改善MoSi₂的电阻率及低温抗氧化性; MoSi₂-30Al₂O₃涂层电热性能优异, 在循环加热测试中, 能稳定地加热到320 ℃并长时间保温, 辊面温度分布均匀, 中部温差控制在25 ℃之内; 循环加热过程中的氧化及热应力的弛豫会导致涂层产生裂纹及孔隙进而导致涂层电阻率升高。     

三维网络结构Al2O3陶瓷/高铬铸铁复合材料干摩擦磨损性能

采用往复式滑动摩擦磨损（SRV）试验机研究了高铬铸铁及三维网络结构Al₂O₃陶瓷增强高铬铸铁复合材料的干摩擦磨损性能,测量了高铬铸铁和Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al₂O₃陶瓷对复合材料磨损机制的影响。结果表明：陶瓷Al₂O₃与高铬铸铁基体之间具有良好的界面结合,复合材料的摩擦系数随摩擦频率和载荷的变化保持稳定,耐磨性远优于高铬铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,Al₂O₃陶瓷/高铬铸铁复合材料的抗磨损性能明显提高,这是由于复合材料中Al₂O₃与高铬铸铁相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;三维Al₂O₃陶瓷骨架在磨损表面形成硬的网络突体并起承载作用,能有效保护金属基体;磨损机制为氧化磨损及磨粒磨损共同作用。     

立体光刻增材制造中固含量对Al2O3陶瓷性能的影响

对于陶瓷立体光刻增材制造技术, 光敏树脂浆料的固含量发挥着重要的作用。本工作首先制备了不同固含量的Al₂O₃陶瓷浆料, 并采用立体光刻增材制造技术, 制备了Al₂O₃陶瓷, 并研究了Al₂O₃浆料的固含量与陶瓷性能的关联关系。其次, 探索了固含量对Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能, 以及对Al₂O₃陶瓷的微观结构、力学性能的影响规律。结果表明, 随着固含量增加, 浆料的粘度和剪切应力均增大。在光固化增材制造过程中, 高固含量导致浆料的粘度高于其自流平的临界值, 且Al₂O₃浆料的固化性能与固含量高度相关。此外, 固含量明显影响光固化增材制造的Al₂O₃陶瓷的缺陷。这些制造缺陷对于Al₂O₃陶瓷的力学性能有重要影响。最后, 本工作总结了光敏Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能与Al₂O₃陶瓷的微观结构和力学性能之间的关联关系。浆料的高粘度造成陶瓷的微观结构不均匀, 最终导致其力学强度较差。本研究结果可为陶瓷的光固化增材制造提供一定的参考。