掺杂对Al_2O_3/TiAl复合材料性能的影响

本研究采用Ti-Al-TiO2-La2O3体系,通过热压烧结工艺原位合成了Al2O3/TiAl复合材料.借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等分析研究了材料的物相组成和微观组织结构,同时分别将掺杂La2O3和掺杂Fe2O3对合成Al2O3/TiAl复合材料微观结构和力学性能的影响进行了对比.结果表明:掺杂La2O3合成的Al2O3/TiAl复合材料基体尺寸相对掺杂Fe2O3合成产物较小,分散更加均匀,致密度更高.当La2O3掺杂量为3.93wt%时,Al2O3/TiAl复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最大值,分别为701.95MPa和7.79MPa·m1/2.由于稀土氧化物具有对基体和增强颗粒的净化,细化晶粒等作用,因此提高了TiAl基体与Al2O3增强颗粒结合强度,所以掺杂La2O3合成材料的力学性能相比掺杂Fe2O3合成的产物较高.     

TiC含量及烧结温度对Al_2O_3-TiC复合陶瓷材料力学性能的影响

利用热压烧结法制备了Al2O3-TiC复合陶瓷材料,研究了TiC含量、烧结温度对材料致密度、抗弯强度、断裂韧性等性能的影响.结果表明:TiC颗粒的引入,可以有效提高Al2O3-TiC复合陶瓷材料的力学性能,当TiC含量为30Vol%、烧结温度为1 750℃时,Al2O3-TiC复合材料的断裂韧性值和抗弯强度值达到最大,分别为5.08 MPa·m1/2和620 MPa,试样的断裂方式主要为沿晶断裂,同时也含有穿晶断裂.     

LiNbO3/Al2O3复合材料的制备及其力学性能

为了研究铁电相LiNbO3对Al2O3陶瓷材料结构及其力学性能的影响,以Al2O3 Nb2O5 和LiCO3为主要原料,分别通过高温固相法和热压烧结法,制备LiNbO3/Al2O3复合材料.对制备的复合材料进行物相分析,抗折强度的测试以及显微形貌观察.结果发现：LiNbO3的加入有利于促进Al2O3的烧结,降低了Al2O3陶瓷的烧结温度.当烧结温度超过1 200℃时,复合材料的主晶相仍然为LiNbO3和Al2O3,但由于少量Li元素挥发,生成物相LiNb3O8.在1 200℃保温3h,通过高温固相法烧结,5vol％ LiNbO3/95vol％ Al2O3复合材料的抗弯强度达到了最高,为162.34MPa.在1 300℃,150MPa（保温保压1h）热压烧结制备的15 vol％ LiNbO3/85 vol％ Al2O3复合材料致密度为92.82％,其抗弯强度和断裂韧性分别为393.94 MPa和2.38 MPa· m1/2.该复合材料中的LiNbO3晶粒出现了非180°畴结构,这种电畴结构有利于改善材料的力学性能.     

Ti-Al-Nb2O5体系热压反应过程分析

通过DSC、XRD以及相关热力学计算分析了Ti-Al-Nb2O5体系的热压反应过程.结果表明:反应初期随着Al的熔化Al3Ti作为初生相出现,Al与Nb2O5的置换反应大约起始于900℃;温度继续升高,不稳定相Al3Ti与Ti进一步反应形成稳定的TiAl与Ti3Al相;在1 100℃下保温1 h后,反应体系合成了以TiAl、Ti3Al为基体,以Al2O3、NbAl3为增强相的TiAl基复合材料.     

ZrO2含量对WC基复合材料的力学性能和微观结构的影响

摘要：以提高WC基复合陶瓷的断裂韧性和硬度为目标,利用ZrO2作为材料粘结剂和增强相,同时引入Al2O3添加相,采用热压烧结工艺成功制备了WC-ZrO2-Al2O3(WZA)复合刀具材料.在此基础上,添加一定量的VC作为晶粒生长抑制剂和助烧剂,以实现材料最大程度的致密化.并对热压后复合材料的硬度、抗弯强度和断裂韧性进行了测试和分析.探讨了ZrO2含量对材料微观结构和力学性能的影响,研究了复合材料断面断裂方式和材料相的组成.     

Al2O3-TiAl基复合材料的力学性能与保温时间的关系

以压力协助放热弥散法原位合成了Al2O3-TiAl基复合材料.研究了复合材料的相组成,以及室温硬度、室温抗折强度和断裂韧性等与保温时间的变化关系.结果表明:由两种烧成制度制备的产物都是由TiAl、Ti3Al、Al2O3以及NbAl3相组成.Nb2O5的掺杂对生成基体内TiAl及Ti3Al的相对含量有一定的调控作用;保温30 min的复合材料相对密度和硬度明显高于保温60 min的复合材料;保温30 min的复合材料抗折强度高于保温60 min的复合材料,并在Nb2O5掺杂量为10%(质量分数)时达到最大,其值为509.5 MPa,而保温60 min的复合材料在Nb2O5掺杂量为6%时达到最大,其值为395.6 MPa;保温30 min的复合材料断裂韧性低于保温60 min的复合材料,保温60 min的复合材料在Nb2O5掺杂量为6%时达到最大,其值为6.9 MPa.m1/2.     

保温时间对B2结构FeAl金属间化合物组织及性能的影响

为了研究保温时间t对FeAl金属间化合物显微组织及力学性能的影响规律,文中通过机械合金化与热压烧结相结合的方法制备FeAl金属间化合物,在25MPa、1 050℃的热压烧结条件下分别保温1h、1.5h、2h、2.5h和3h,研究其显微组织及力学性能的变化规律。采用扫描电镜进行显微组织观察和断口形貌分析,利用能谱仪和X射线衍射仪进行物相分析,并测试不同保温时间下FeAl金属间化合物的硬度、密度以及室温拉伸性能。研究结果表明:制备的FeAl块体中,以B2结构的FeAl金属间化合物为主,同时含有少量的Al2O3和AlFe3C0.5;各物相的分布会随着时间的增加越来越均匀;密度随着保温时间的增加呈现先增加再平稳的趋势,在2h时密度趋于稳定;FeAl的硬度、抗拉强度随保温时间的增加先增后降;当保温时间为2.5h时,FeAl的硬度达到最大值37.4HRC,抗拉强度达到最大值439.2MPa;通过断口形貌分析发现B2结构FeAl金属间化合物的断裂方式为沿晶脆性断裂,断裂机理为解理断裂。     

外加Al2O3颗粒对Ti-Al-TiO2系合成产物微观结构的影响

Ti-Al-TiO2体系外加不同含量的Al2O3颗粒获得了Al2O3／TiAl基复合材料,研究了产物的相组成及微观组织。结果表明：Al2O3颗粒多分布在基体晶界处。随外加Al2O3含量的增大,晶粒变小,但增强相颗粒团聚严重。外加Al2O3量存在一个临界值。含量过高,易造成结构疏松,不致密,形成大的气孔,且由于TiO2的活化作用,会造成外加的Al2O3颗粒烧结呈板状联结分布;含量较低,颗粒与界面的结合不够紧凑,但颗粒的结晶度较好。     

烧结温度对Al_2O_3/LiTaO_3陶瓷复合材料烧结性的影响

采用冷等静压成型无压烧结方法制备了不同Al2O3含量(体积分数φ,全文同)的Al2O3/Li Ta O3(ALT)陶瓷复合材料,烧结温度分别为1 250、1 300、1 350和1 400℃.采用X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针和硬度测试等方法,研究其在不同烧结温度下的致密度、显微结构和硬度.结果表明:ALT陶瓷复合材料中Li Ta O3和Al2O3两相能稳定共存,随Al2O3含量和烧结温度增加,ALT陶瓷复合材料的致密度和硬度也逐渐增加,最高硬度约为6 GPa;ALT陶瓷复合材料显微结构缺陷较多,烧结性能较差,烧结工艺和方法有待进一步改进.     

烧结温度和成分对Al_2O_3-TiC复合材料力学性能影响

以α-Al2O3粉、TiC粉为原料,采用热压烧结工艺制备了Al2O3-TiC复合材料,系统研究了烧结温度以及成分对Al2O3-TiC复合材料的组织结构和力学性能的影响规律.结果表明:α-Al2O3与TiC间没有发生化学反应,两相间具有很好的化学相容性.TiC的引入有利于提高Al2O3-TiC复合材料的力学性能.1 600℃热压烧结的Al2O3-20%TiC复合材料具有最佳的力学性能,其抗弯强度和断裂韧性分别达到509.45 MPa和5.27 MPa·m1/2,复合材料的断裂方式主要是沿晶断裂,同时伴有穿晶断裂.     

Effect of Al_2O_(3np) on the Properties and Microstructure of B_4C_p/Al Composites

Aluminum-matrix boron carbide (B_4C_p/Al) is a kind of neutron absorbing material widely used in nuclear spent fuel storage.In order to improve the tensile property of B_4C_p/Al composites,a new type of nano-Al_2O_3 particle (Al_2O_(3np)) reinforced B_4C_p/Al + Al_2O_(3np) composites were prepared by powder metallurgy method.The Monte Carlo particle transport program (MCNP) was used to determine the influence of Al_2O_(3np )on the thermal neutron absorptivity of composites.The universal material testing machine and scanning electron microscope (SEM) were used to study the mechanical properties,microstructure and fracture morphology of B_4C_p/Al composites.The results indicated that the neutron absorption properties of B_4C_p/Al composites were not affected by the addition of nano-Al_2O_3 particles in the range of 1 wt%-15 wt%.The addition of Al_2O_(3np) can obviously reduce the grain size of B_4C_p/Al matrix metals thus improve the tensile strength of the composites.The addition threshold of Al_2O_(3np) is about 2.5 wt%.Both B_4C_p and Al_2O_(3np) change the fracture characteristics of the composites from toughness to brittleness,and the latter is more important.     

Preparation and properties of C/C-SiC brake composites fabricated by warm compacted-in situ reaction

Carbon fibre reinforced carbon and silicon carbide dual matrix composites(C/C-SiC) were fabricated by the warm compacted-in situ reaction.The microstructure,mechanical properties,tribological properties,and wear mechanism of C/C-SiC composites at different brake speeds were investigated.The results indicate that the composites are composed of 58wt%C,37wt%SiC,and 5wt%Si.The density and open porosity are 2.0 g.cm~(-3) and 10%,respectively.The C/C-SiC brake composites exhibit good mechanical properties.The ...     

Al2O3/(W, Ti)C纳米复合陶瓷材料的力学性能与强韧化机理

采用纳米和亚微米级的α-Al₂O₃,以及微米级的(W,Ti)C粉体为原料,制备了Al₂O₃/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料.在基体Al₂O₃含有体积分数为11%的纳米Al₂O₃时复合材料的抗弯强度和断裂韧性达到最优,其抗弯强度、断裂韧性和硬度分别为840MPa,6.55MPa·m^1/2和20.1GPa.TEM实验表明,纳米颗粒的加入明显抑止了基体晶粒的长大,形成了典型的骨架结构,材料的断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂的混合.内晶型和晶间型第二相颗粒产生的残余应力场、断裂模式的改变和晶粒细化强化促进了复合材料抗弯强度和断裂韧性的提高.     

纳米Ni_3Al/Al_2O_3复合陶瓷的制备及性能

利用氢电弧等离子体法制备了纳米Ni3Al金属间化合物,并以此为弥散相,以氧化铝为基体,采用热压烧结工艺在1 450℃下制得纳米Ni3Al/Al2O3复合陶瓷,并研究其力学性能和微观结构。结果表明:加入纳米Ni3Al的复合陶瓷断裂韧性比纯氧化铝陶瓷有了明显提高,当加入质量分数5%纳米Ni3Al时,断裂韧性最高达12.1 MPa.m1/2。利用扫描电子显微镜观察试样的断口形貌,分析陶瓷的微观结构发现:随着纳米Ni3Al含量的增加,片状晶数量逐渐降低,说明纳米Ni3Al质量分数的加入抑制了片晶的生长。     

Fabrication and mechanical properties of Al<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript>/TiAl composites

Al₂O₃/TiAl composites were successfully fabricated by hot-press-assisted exothermic dispersion method with elemental powder mixtures of Ti, Al TiO₂ and Nb₂O₅, and the microstructure and mechanical properties were investigated. The results indicate the fine Al₂O₃ particles tend to disperse on the grain boundaries. The grain size of TiAl matrix decreases and the hardness increases with increasing Nb₂O₅ content. The bending strength and fracture toughness reach to a maximum when Nb₂O₅ content is 6 wt%, under 642 MPa and 6.69 MPa·m^1/2, respectively. Based on the fractography and the observation of crack propagation path, it is concluded that the strengthening and toughening of such composites at room temperature can be attributed to the refinement of the TiAl matrix, the deflection behavior in the crack propagation and the dispersion of Al₂O₃ particles.     

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.     

Fabrication and Mechanical Properties of TiC／TiAl Composites

TiC/ TiAl composites with different TiC content were fabricated by rapid heating technique of spark plasma sintering ( SPS ). The effect of TiC purticles on microstructure and mechanical properties of TiAl matrix was imestigated. The results indicate that grain sizes of TiAl matrix decrease and mechanical properties are improved because of the addition of TiC particles. The composites display a 26.8% increase in bending strength when 10wt% TiC is added and 43.8% improvement in fracture toughness when 5ut% TiC is added compared to values of TiC-free materials. Grain-refinement and dispersion-strengthening were the main strengthening mechanism. The improvement of fracture toughness was due to the deflexion of TiC particles to the crack.