Al2O3—ZrO2和合纳米超微粉的制备及其特性研究

以高纯铝屑和氯氧化锆为主要原料，用化学共沉淀－－凝胶工艺分别制备出平均径约１０ｎｍ的纯ＺｎＯ２、Ａｌ２Ｏ３－５０ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３－２０ＺｒＯ２三内米超微粉，其中ＺｒＯ２基本以ｔ相结构存在。在不同温度煅烧后，纯ＺｒＯ２粉粒迅速长大而转变为单相，Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２复合粉粒长大困难，并使ＺｒＯ２仍主要以卤方相存在，Ａｌ２Ｏ３以非晶态存在。表明ＺｒＯ２纳米粉粒以四方相以室温下稳定存在的原因是尺寸２效     

Al2O3/ZrO2快速凝固复合陶瓷显微结构与力学行为

通过在铝热剂中引入适量的ZrO2粉末,基于铝热氧化-还原反应、重力下陶瓷/金属液相分离,以大过冷条件下熔体共晶生长方式,制备出以ZrO2正方相纳微米纤维镶嵌于其上且长径比为8.0～12.0的蓝宝石棒晶及少量α- Al2O3片晶为基体的Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷.通过材料力学性能测试与裂纹扩展路径观察,研究复合陶瓷显微结构与其力学行为之间的关系.结果表明,复合陶瓷的弯曲强度与断裂韧度分别达到1 256 MPa与13.2 MPa·m1/2;分布于蓝宝石棒晶上大量的面间距为纳微米尺度的Al2O3/ZrO2两相低能界面及残余压应力,使蓝宝石棒晶与陶瓷基体得以强化,迫使裂纹沿蓝宝石棒晶边界偏转;同时,因处于裂纹尖端尾部的蓝宝石棒晶桥接与拔出、α- Al2O3片晶桥接与摩擦互锁等效应,又使裂纹扩展呈现出强烈的稳定化倾向.     

Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料断裂过程中的相变及力学性能

用真空烧结方法制备了Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料,分析了ZrO2(3Y)和ZrO2(2Y)含量对Al2O3基陶瓷抗弯强度、断裂韧性的影响.用XRD定量分析了含摩尔分数2%与3%Y2O3的ZrO2(2Y)与ZrO2(BY)在断裂过程中四方相转变成单斜相的相变量,用以阐明增韧机制.结果表明,在ZrO2含量为15%(体积分数)时,Al2O3/ZrO2(3Y)和Al2O3/ZrO2(2Y)复合材料的抗弯强度、断裂韧性分别达到825MPa,7.8MPa·m1/2和738MPa,6.7MPa·m1/2,两者的性能差异主要来自不同的增韧机制.     

Al2O3／ZrO2（3Y）快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO2（3Y）粉末，借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式，制备出Al2O3／ZrO2（3Y）共晶复合陶瓷。XRD，SEM与EPMA分析得出，陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10．0～14．0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成。结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构，可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力，蓝宝石棒晶得以强化，因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗，并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程。     

冷处理对Y2O3—ZrO2陶瓷的显微结构和力学性能的影响

通过TEM显微结构分析,XRD相分析和力学性能测试,研究了冷处理对Y_2O_3—ZrO_2、陶瓷的显微结构与力学性能的影响。结果表明:Y_2O_3—ZrO_2(3Y—PSZ)陶瓷经液氮处理后、产生平行排列的m相板条,同时,m相板条周围出现微裂纹,适当的冷处理降低了t相的稳定性,导致施加应力时t→m相变量增加,可以有效地改善Y_2O_3-ZrO_2陶瓷的强度和韧性,但冷处理时间过长,则出现过时效现象。     

Al2O3纤维对Al2O3基陶瓷型芯材料性能的影响

采用常压烧结制备Al2O3基陶瓷型芯材料，通过XRD，SEM分析表征了材料的成分和内部结构。测量了Al2O3基陶瓷型芯气孔率、抗蠕变性能、80℃饱和NaOH溶液中侵蚀性能，并讨论了材料性能随Al2O3纤维含量变化的原因。     

3Y-TZP/Al2O3陶瓷拉拔模材料及应用研究

采用3Y－TZP/Al2O3陶瓷材料（添加少量的Al2O3以增加基体的硬度和烧结性能）成功地研制开发了TZP陶瓷拉拔模，并且开发出了共沉淀法制取纳米陶瓷粉末技术、成型技术及烧结技术。通过现场拉丝线材试验表明，3Y－TZP/Al2O3陶瓷拉拔模寿命为YG8硬质合金拉拔模的4倍以上。     

富Al2O3区域Al2O3-Na2O-CaO-SrO系固态反应的研究

用理学X射线衍射仪、TG-DTA、IR-440红外光谱研究了富Al2O3区域Al2O3-Na2O-CaO-SrO系的固态反应.煅烧过程固态反应的最终物相组成为Na2O·11Al2O3、CaO·6Al2O3、SrO·6Al2O3与α-Al2O3共存.     

真空烧结法制备ZrO2(Y2O3)/Al2O3复合材料

用真空烧结工艺制备了ZrO2（Y2O3）／Al2O3复合材料,分析了ZrO2（3Y）和ZrO2（2Y）含量对Al2O3基陶瓷烧结相对密度、显微结构及相变行为的影响．结果表明：Zro2（Y2O3）的含量对t-ZrO2→m-ZrO2相变量有影响,ZrO2（3Y）和ZrO2（2Y）含量（体积分数）分别为15％和20％时,烧结试样相对密度分别为99．6％和98．5％,ZrO2的晶粒平均尺寸分别为1．1μm和1．8μm,样品断裂前后的最大相变量（体积分数）分别是Vt→m=44％和Vt→m=18％．     

Al2O3/ZrO2(3Y)快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO2(3Y)粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式,制备出Al2O3/ZrO2(3Y)共晶复合陶瓷.XRD,SEM与EPMA分析得出,陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10.0～14.0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成.结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构,可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力,蓝宝石棒晶得以强化,因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗,并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程.     

机械振动对燃烧合成Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷，研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响。经研究发现，施以机械振动并相应提高振频，可通过引入惯性力，提高陶瓷熔体实际温度，促进陶瓷致密；并且，施以机械振动并相应提高振频，不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸，使陶瓷得以强化，而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比，增强棒晶裂纹桥接与拔出效应，使材料韧性又得以提升。     

Al2O3纤维对Al2O3基陶瓷型芯材料性能的影响

采用常压烧结制备Al2O3基陶瓷型芯材料,通过XRD,SEM分析表征了材料的成分和内部结构.测量了Al2O3基陶瓷型芯气孔率、抗蠕变性能、80℃饱和NaOH溶液中侵蚀性能,并讨论了材料性能随Al2O3纤维含量变化的原因.     

包覆型ZrO2复合Al2O3基陶瓷

用表面被覆3 mol%Y2O3的纳米ZrO2复合Al2O3基陶瓷,研究包覆型ZrO2对Al2O3基陶瓷显微结构及对力学性能的影响.包覆型纳米ZrO2的加入,可改善Al2O3基陶瓷的显微结构.在ZrO2加入量达到9ψ/%时,ZrO2可有效阻碍Al2O3晶粒的异常长大,获得了细晶结构的陶瓷材料.包覆型ZrO2复合Al2O3基陶瓷材料的韧化机制不同于微米级ZrO2复合的材料,主要是通过残余应力场增韧,而不是相变增韧.     

Electrochemical and Reaction Bonding Processing of Thick ZrO2／Al2O3 Composite Coatings

A novel technique combining electrophoretic deposition (EPD) and reaction bonding process (RBP) is developed to fabricate thick ZrO2/Al2O3 composite coatings. Mixed organic solvents are used here to make suspension containing yttria stablised zirconia (YSZ) and aluminium (Al). The results show that densely packed green form coatings are deposited using a mixture of ethanol and acetylacetone as suspension medium and ball milling for 48 hours. On subsequent heat treatment, melting and oxidation of aluminium in the green forms promote densification during sintering. By these means,thick, uniform and crack-free ZrO2/Al2O3 composite coatings have been fabricated on metal substrate.     

ZrO2对Mo-Al2O3金属陶瓷性能的影响

对添加1．0％～5．0％（质量分数，下同）ZrO2的金属陶瓷强度测试表明，随着ZrO2含量的增加，材料的强度提高，添加量为3．5％时的材料强度达到最高，超过3．5％后材料强度呈下降趋势。材料中添加4％ZrO2的陶瓷晶粒比不含ZrO2的材料略大，但对材料的氧化趋势没有影响。含ZrO2的Mo-Al2O3金属陶瓷热电偶保护套管在N2保护下的1700℃左右比不含ZrO2的套管使用寿命长1倍以上。     

超重力对燃烧合成Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷的影响

通过向铝热剂中引入ZrO2（4Y）粉末，在超重力下以燃烧合成方式，制备出Al2O3／ZrO2（4Y）自生复合陶瓷。XRD分析与SEM图像显示，陶瓷基体由亚微米t-ZrO2纤维成排镶嵌其上、取向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2颗粒分布其上的细小共晶团边界构成。相比于重力下制备的同成分复合陶瓷，因超重力促进燃烧过程、提高燃烧速率并加快液相传质速率，可显著促进液态金属／陶瓷液相／气相三者分离，并使陶瓷熔体成分更趋均匀化，故材料致密度得以大幅提高，相对密度达98．3％。陶瓷基体微观组织更为纯净、细小、均匀，Al2O3／ZrO2（4Y）共晶团体积分数高达96．8％，与重力下燃烧合成的同成分复合陶瓷比较，力学性能得以显著提升，维氏硬度、断裂韧度及弯曲强度分别提高了37．2％、56．4％与69．1％。     

机械振动对燃烧合成Al2O3/ZrO2(3Y)自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3/ZrO2(3Y)自增韧复合陶瓷,研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响.经研究发现,施以机械振动并相应提高振频,可通过引入惯性力,提高陶瓷熔体实际温度,促进陶瓷致密;并且,施以机械振动并相应提高振频,不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸,使陶瓷得以强化,而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比,增强棒晶裂纹桥接与拔出效应,使材料韧性又得以提升.     

火焰喷涂工艺对Al2O3陶瓷涂层的影响

采用火焰喷涂技术对基体金属表面喷涂Al2O3陶瓷。通常该陶瓷涂层易出现“剥落”、“龟裂”、孔隙率偏高等缺陷，这些缺陷的产生严重影响涂层的性能。本文通过制定和改善其喷涂工艺。有效地解决了其产生上述缺陷的问题。