自增韧α-sialon陶瓷的研究进展

Sialon陶瓷因其具有优异的高温机械性能而成为最重要的结构陶瓷材料之一。与Si3N4相似，sialon陶瓷也具有α，β两种晶体结构，β—sialon具有较高的断裂韧性，而α—sialon具有更高的硬度。文中综合介绍了α—sialon陶瓷的结构和性质，以及目前国内外自增韧α—sialon陶瓷的研究情况，具体阐述了两种制备自增韧α—sialon陶瓷的方法：(1)通过控制形核过程的热力学特点，在烧结体内原位生长柱状。α-sialon晶粒以得到自增韧α-sialon陶瓷；(2)采用燃烧合成工艺，剖备单相柱状α-sialon粉体，将此粉体按照适当比例添加到原料中制备自增韧α-sialon陶瓷。     

α-sialon陶瓷材料的微结构控制及其力学性能优化

从影响α-sialon材料自韧化的关键因素出发,研究了Y,Yb,Nd等不同稀土类添加物、烧结工艺和后续热处理对α-sialon显微组织与力学性能的影响.结果表明:控制其反应动力学是获得自韧化α-sialon的关键.烧结工艺及后续热处理对α-sialon棒晶生长的促进作用依赖于其成分及掺杂的稀土氧化物类型.Y-α-sialon在1300～1700 ℃长时间低温退火,未发生α相向β-sialon相转变,但1500 ℃长时间退火将导致α-sialon的晶粒形貌由棒状向等轴状转变,引起材料的脆化.     

Dy-α-sialon陶瓷透光性能研究

以Si3N4粉、AIN粉、Al2O3粉、Dy2O3粉为原料,在1900℃和N2气氛保护的条件下,通过热压烧结制备了Dyα-sialon陶瓷,研究了其透光性能,并对不同厚度的Dy-α-sialon陶瓷的单色透光率进行了拟合、分析了最大透光率.结果表明:制得了具有较好透光性能的Dy-α-sialon陶瓷,厚度为1.0 mm样品实际最大透光率为50%,拟合得到Dy-α-sialon在1500 nm,2000 nm,2500 nm波长的相对折射率分别为2.15、2.06、2.01.     

成分对两步热压烧结Y-α-sialon微观结构和致密度的影响

根据Y-Si-Al-O-N相图及α-sialon分子式(Ym/3Si12-(m n)Alm nOnN16-n)设计Y-α-sialon陶瓷的组成,研究了m和n值对该热压烧结陶瓷物相组成、微观结构和致密度的影响规律.结果表明:当m=1.0时,设计组成中较高的n值易促进柱状晶的形成和生长,且柱状晶数量和长径比随n值增大而增大,sialon陶瓷的致密度随n值增大而减小;当n=0.8时,sialon陶瓷的晶粒形貌以等轴晶为主,致密度随m值增大而增大;较小的n值和较大的m值有利于制备结构致密、等轴状Y-α-sialon陶瓷.     

稀土氧化物对Si3N4陶瓷力学性能和显微组织的影响

采用常压烧结工艺制备了Si3N4-Y2O3-La2O3陶瓷,并对Si3N4陶瓷的力学性能、相组成和显微组织进行了分析和讨论。结果表明:添加4%Y2O3～4%La2O3的复合稀土氧化物后,Si3N4陶瓷呈长柱状的β-Si3N4晶粒,抗弯强度为960MPa,断裂韧性为7.5MPa.m1/2,具有较好的力学性能。     

低温烧结3Y-TZP陶瓷的微观结构与力学性能

在 3Y -TZP(tetragonalzirconiapolycrystalsstabilizedwith 3 %Y2 O3inmole)中 ,采用LAS (Li2 O -Al2 O3-SiO2 )玻璃粉料为添加剂 ,在13 0 0～ 15 0 0℃下烧结 ,材料抗弯强度可达 85 0MPa ,断裂韧性可达 8.7MPa·m1 /2 .讨论了添加剂对微观结构及材料力学性能的影响 ,得出了采用LAS作为添加剂 ,不但能显著地降低材料的烧结温度 ,又不会明显削弱材料的力学性能的结论 .     

Al2O3–RE2O3(RE=Lu,Y,Gd,La)烧结助剂对Si3N4陶瓷结构和性能的影响

以α-Si_3N_4粉末为原料、Al_2O_3–RE_2O_3(RE=Lu,Y,Gd和La)为烧结助剂,在1 800℃压烧结制备氮化硅陶瓷,研究了不同烧结助剂对材料的相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明:样品中α-Si_3N_4完全转化为β-Si_3N_4,所形成的长柱状晶粒生长发育良好。随着稀土阳离子半径的增大,材料的相对密度和力学性能呈增加趋势,其中Si_3N_4–Al_2O_3–Gd_2O_3的抗弯强度和断裂韧性分别达到860 MPa和7.2 MPa·m~(1/2)。由于稀土离子对烧结液相黏度的影响,Si_3N_4–Al_2O_3–Lu_2O_3和Si_3N_4–Al_2O_3–Y_2O_3中出现了晶粒异常长大的现象,而Si_3N_4–Al_2O_3–La_2O_3的基体与柱状晶粒界面结合较大导致材料力学性能降低。     

影响气压烧结Y-α/β-sialon基本因素的研究

研究影响气压烧结α/β-sialon复相材料相组成、显微结构及力学性能的基本因素.采用三阶段气压烧结α/β-sialon工艺,能有效控制气相分解产物生成,消除样品鼓泡现象,而有利于致密化.研究了Si3N4粒度及相组成、AlN粒度对气压烧结α/β-sialon的烧结、相组成、显微结构及力学性能产生的不同程度影响.细Si3N4原料因氧含量增加,使相组成向β相方向偏移;较细的AlN原料有利于烧结致密化和材料性能的提高,但要防止样品鼓泡现象;较粗的AlN原料因为增加瞬时过饱和度而使材料中出现明显晶粒异常长大现象,而使显微结构部分晶粒粗化.埋粉中添加适量AlN可以有效地消除样品鼓泡,但埋粉中AlN添加量过多,样品失重增大,微气孔增加.     

ZrC掺杂对ZTA复相陶瓷微观结构和力学性能的影响

以ZTA20%(zirconia-20%toughened alumina)为基体,通过掺杂不同体积分数的ZrC(10%、15%、20%、25%)研究其对复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。采用放电等离子体烧结法在1 400℃、40 MPa保温15 min制备样品。用Archimedes法测得样品相对密度最高可达99.08%。不同ZrC含量的烧结样品的物相成分均为ZrC、α-Al_2O_3和ZrO_2,烧结后无杂质相产生,表明复相陶瓷在烧结过程中具有优良的化学相容性,该复相陶瓷内部各晶粒尺寸均匀,无异常长大现象,断裂机制为穿晶断裂和沿晶断裂相结合。随着ZrC含量的增加,复相陶瓷的弯曲强度先增大后减小,ZrC含量为20%时达到最大值722 MPa;断裂韧性则由5.47 MPa·m~(1/2)增加到6.51 MPa·m~(1/2);显微硬度由17.30 GPa逐渐降低至16.19 GPa。     

LSZP陶瓷的显微结构和力学性能

研究了ＬｉＺｒ２Ｐ３Ｏ１２（ＬＺＰ－ＳｒＺｒ４Ｐ６Ｏ２４（ＳＺＰ）系统陶瓷（ＬＳＺＰ）的显微结构和力学性能，发现了一种具有原位自补强显微结构特征的ＬＳＺＰ材料，陶瓷的烧结臻密度越高，其力学性能也越好，探讨了添加Ｎｂ２Ｏ５对ＬＳＺＰ陶瓷结构和性能的影响。     

化学共沉淀法制备微晶PSZ陶瓷的显微结构与力学性能

采用化学共沉淀法制备ＺｒＯ２－ＭｇＯ－Ｙ２Ｏ３系和ＺｒＯ２－ＭｇＯ－Ｙ２Ｏ３系均匀超细活性粉末，经化学组成和显微结构设计，获得了固溶湿度小于等于１５５０℃且致密烧结的微晶ＰＳＺ复相陶瓷，其常温抗弯强度为７６６ＭＰａ，断裂韧性Ｋ１ｃ为１２．５ＭＰａ·ｍ＾１／２。研究了ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３以及１１００℃热处理时间对材料显微结构、相组成和力学性能的影响。     

混料方式对氮化硅陶瓷力学性能和显微结构的影响

借助扫描电镜、透射电镜、高分辨电镜、能量分散X射线等分析手段,研究了无压烧结氮化硅陶瓷材料的力学性能和显微结构,着重比较了粉料混合方式对材料力学性能和显微结构的影响。研究结果表明:行星式球磨机强化球磨混料可以有效地改善陶瓷粉料的混和效果,使烧结助剂均匀分布,抑制了晶粒的异常长大,有利于均匀结构的形成,力学性能也有不同程度的提高,而采用普通球磨混料方式制备的材料在局部区域产生晶粒异常长大情况。强化球磨混料制备氮化硅陶瓷的弯曲强度高达1.06GPa,Rockwell硬度达92,Vickers硬度达14.2GPa,断裂韧性达6.6MPa·m1/2。     

（Mg,Y）—PSZ力学性能和显微结构的研究

以工业氧化锆粉料为原料,通过添加ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３复合稳定剂和改进工艺制度,获得了固溶温度在１６００－１７００℃之间且烧结致密的三元体系（Ｍｇ、Ｙ）－ＰＳＺ陶瓷,研究了在１４００℃、１５００℃热处理对该三元系陶瓷显微结构和力学性能的影响,结果表明,添加Ｙ２Ｏ３的Ｍｇ－ＰＳＺ较传统的Ｍｇ－ＰＳＺ容易制备用且性能优异。     

ZTA陶瓷材料力学性能和摩擦磨损性能的研究

研究了ZTA陶瓷材料的力学性能和摩擦磨损性能.采用共沉淀法制备了钇稳定氧化锆溶胶,再与市售国产氧化铝混合,700℃煅烧后得到ZTA粉料.m(Al2O3):m(ZrO2)=80:20的复合材料在1500℃至1600℃常压烧结.通过XRD、SEM等分析手段研究了材料的显微结构与性能,研究结果表明:ZTA陶瓷材料在1600℃烧成后获得了最高的密度、最好的耐磨性和最佳的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到了830 MPa,12.7 MPa·m1/2和17.3 GPa.ZrO2的加入有利于提高氧化铝材料的力学性能和耐磨性.     

KSZP陶瓷的烧结和力学性能

研究了ＫＺｒ２Ｐ３（ＫＺＰ）－ＳｒＺｒ４Ｐ６Ｏ２４（ＳＺＰ）系统陶瓷（ＫＳＺＰ）的显微结构和力学性能，添加ＭｇＯ作为烧结助剂，使材料力学性能得到显著的改善，抗弯强度达到１２３ＭＰａ，断裂韧性为２．１ＭＰａ．ｍ＾１／２弹性模量达１１０ＧＰａ，Ｖｉｃｋｅｒｓ硬度为４．５ＧＰａ。     

两类增韧HDPE的力学性能及熔体流动性

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体树脂、(乙烯／丙烯)共聚物和丁苯橡胶为增韧剂制得增韧母料(E-TMB)。分别采用将E-TMB与HDPE热机械共混和将(乙烯／丙烯)共聚物、丁苯橡胶与HDPE简单共混的方法制备了HDPE／E-TMB及HDPE／弹性体两类增韧HDPE。结果表明,HDPE／E-TMB的悬臂梁缺口冲击强度的提高幅度、拉伸屈服应力保持率均显著优于HDPE／弹性体,二者的弯曲弹性模量保持率基本相同;HDPE／E-TMB的熔体流动速率比HDPE／弹性体的小,但仍适宜于注射成型和挤出成型。     

注射成型短玻纤增强PP微观结构及力学性能研究

测定了注射成型短玻璃纤维增强聚丙烯的微观结构及有效拉伸弹性模量,定量分析了微观结构对材料力学性能的影响,测定了纤维长度分布及取向分布.采用Mori-Tanaka模型计算了单取向短纤维增强复合材料的拉伸弹性模量,采用取向平均法计算了具有任意平面取向的单层板材料弹性常数,运用层合板理论计算了短纤维增强复合材料的整体有效拉伸弹性模量,实验对比证明,这种方法是有效的.     

复合钙钛矿陶瓷的结构与微波介电性能

介绍了复合钙钛矿化合物结构的本质特征，讨论了钙钛矿结构对微波介质陶瓷材料的介电性能（介电常数、介质损耗、频率温度系数）的各种影响因素。