B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力分析及界面组成优化

采用ANSYS软件对B_4C-BNNTs/TiB2-B_4C层状复合材料中硬夹层含不同体积分数B_4C时的残余应力进行了分析,结果表明,随着B_4C含量的增加,复合材料的层间残余应力呈下降趋势。基于分析结果,采用热压烧结工艺制备了硬夹层含不同体积分数B_4C的复合材料样品。研究了B_4C体积分数对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状复合材料层间残余应力、界面结合情况、相对密度及力学性能的影响。结果表明:当B_4C含量为15 vol%时,可得到最佳结果,此时材料的相对密度、抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为99.1%、509 MPa、7.49 MPa·m~(1/2)和38.6 GPa。     

烧结温度对原位反应TiB2/B4C复合材料的组织与力学性能的影响

为了降低B_4C的烧结温度,提高B_4C断裂韧性,本文以B_4C、TiO_2、活性炭为原料,采用原位反应法热压烧结制备了TiB_2体积分数为10％的TiB_2/B_4C复合材料。探索了烧结温度对复合材料组织和力学性能的影响规律。结果表明,随烧结温度的提高,复合材料的抗弯强度和断裂韧性先增大后减小,在2050℃时有最大值,分别为544MPa和6.3MPa·m~(1/2),弹性模量和断裂韧性变化不大。随烧结温度的升高,基体和第二相晶粒逐渐长大。采用2050℃/1h/35MPa为最佳烧结工艺。     

微波烧结工艺对熔融石英陶瓷生坯性能影响的研究

以熔融石英粉末为主要原料,氮化硅为烧结助剂,采用微波烧结工艺对熔融石英陶瓷生坯制品进行烧结,采用常温抗折强度测试、体积密度测试、XRD射线衍射,研究了微波参数对生坯制品的物理力学性能及生坯微观组织的影响。结果表明:当微波升温速率为10℃/min,烧结温度为1150℃,保温时间为2 h时,熔融石英陶瓷生坯制品的常温抗折强度可达到31.6 MPa,体积密度达到1.87 g/cm3,对比常规烧结工艺,在相同的烧结工艺参数下,提升了陶瓷生坯的性能。     

反应烧结制备Si3N4-BN复合材料

以Si粉和BN粉为原料,Fe2O3为烧结助剂,采用反应烧结法于1450℃氮气气氛下制备了Si3N4-BN复合材料. 利用XRD研究了不同烧结制度和BN含量下复合材料的物相组成,利用SEM对材料断面形貌进行了观察,并测定了不同BN含量材料的显气孔率、体积密度和常温抗折强度,同时探讨了Fe2O3的助烧机理和b-Si3N4的形成机理. 研究结果表明,当氮化温度为1450℃、保温时间为45 h时,Si可完全氮化,材料中主晶相仅为Si3N4和BN. 随着BN含量的增加,相对密度和常温抗折强度下降,b-Si3N4含量增多. 当BN含量为30%时,其相对密度为73.3%,抗折强度可达52.5 MPa,同时b/a相比为3.4.     

纤维含量对C／C复合材料力学性能的影响

研究了炭纤维含量对C/C复合材料力学性能的影响,用扫描电镜（SEM）对材料的断口进行分析,结果表明：当炭纤维的体积分数小于8.3%时,随着炭纤维体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐升高;之后,随着炭纤维的体积分数的增加,复合材料的抗折强度逐渐下降,短纤维增强C/C复合材料的断口特征为大量纤维拔出,其断裂过程为界面破坏所控制。     

层厚比和硬夹层组成对B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料性能的影响

以B_4C为基体层材料,BNNTs为基体层补强增韧剂,TiB_2为硬夹层,采用水基流延成型和热压烧结工艺制备了B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料。研究了基体层与硬夹层的层厚比、硬夹层组成和烧结温度对层状陶瓷复合材料的显微结构和力学性能的影响。实验结果表明:当层厚比为1,硬夹层组份为80 wt%TiB_2+20 wt%B_4C,烧结温度为2050℃时,可以制备出力学性能良好的B_4C-BNNTs/TiB_2-B_4C层状陶瓷复合材料,其抗弯强度和断裂韧性分别达到570.54 MPa和7.74 MPa·m~(1/2)。     

热压烧结工艺制备SiC/B4C复合材料

以Si粉为烧结助剂,采用真空热压烧结工艺制备了SiC/B4C陶瓷基复合材料.研究了Si的加入和烧结压力对复合材料力学性能的影响.借助X射线衍射、扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:Si与B4C粉料中的游离碳反应,随后固溶到B4C晶体结构中.当Si质量百分含量为8%时,经18.50℃、60 MPa真空热压烧结的复合材料主晶相为B4.C、SiC,相对密度达到99.8%,断裂韧性和弯曲强度分别达到5.04 MPa·m1/2和354 MPa.复合材料力学性能的提高主要是由于烧结体的高致密度以及断裂方式的转变.     

磷酸对硅微粉研制的多孔陶瓷的影响

以铁合金冶炼过程中产生的超细硅灰粉尘为主要原料,添加适量结合剂,经高温烧结可研制成本低廉的多孔陶瓷.本论文主要探讨不同烧结温度下以磷酸为结合剂的多孔陶瓷的气孔率、体积密度、抗折强度的变化,并采用X射线粉末衍射分析和扫描电镜对其晶相组成和微观结构进行表征.结果表明磷酸结合剂的最佳添加量为2.0%,最佳烧结温度为700℃,所制得的多孔陶瓷以无定形SiO2为主相,样品气孔率为43.55%,吸水率为34.19%,体积密度为1.25g/cm3,抗折强度为28.50MPa.     

MgF_2对低温烧结75氧化铝陶瓷性能的影响

采用复合烧结助剂MgO-CaO-ZnO-SiO2-MgF2降低氧化铝陶瓷烧结温度并保持优良的力学性能,着重研究了MgF2对材料烧结性能、力学性能和显微结构的影响。结果表明:MgF2与MgO-CaO-ZnO-SiO2助烧剂相作用进一步促进了氧化铝陶瓷烧结。当添加剂MgF2为2%(质量分数)时,氧化铝复相陶瓷样品在1270～1330℃抗折强度达165 MPa,体积密度为3.18g/cm3。     

稀土La2O3添加对氧化铝多孔陶瓷性能的影响

以煅烧α-Al2O3为原料,稀土氧化镧(La2O3)为添加剂,羧甲基纤维素为成型粘结剂,通过混料、困料、研磨、模压成型、高温烧结等工序制备了氧化铝多孔陶瓷,研究了烧结温度及La2O3添加量对氧化铝多孔陶瓷的线收缩率、体积密度、孔隙率、抗折强度和微观形貌的影响。结果表明:在相同烧结温度下,随稀土添加量的增加,多孔陶瓷的体积密度、线收缩率与抗折强度均降低,而孔隙率则逐渐增加。微观形貌与X衍射分析表明,稀土La2O3的加入,抑制了氧化铝颗粒间的烧结,并在高温下与氧化铝反应生成了片状晶体LaAl11O18,片状晶LaAl11O18阻碍了氧化铝晶粒的长大,进而抑制了坯体的收缩,最终使得氧化铝多孔陶瓷具有较高的孔隙率。     

原位合成Al2O3-TiN复合材料的结构特征

以纯度均为99%(质量分数)的板状刚玉,α-Al2O3微粉、TiO2微粉及金属铝粉为原料,经机械复合法制样后在流动氮气下利用常压铝热还原原位反应烧结的方法制备了Al2O3-TiN复合陶瓷材料.分析了不同的TiN生成量、烧结温度对试样的力学性能及显微结构的影响.结果表明:生成的TiN含量在10wt%的试样经过1500℃保温3 h后复合材料体积膨胀率为3.27%,体积密度为2.85g/cm3、显气孔率28.73%、抗折强度23.81 MPa.显微结构分析表明,无压烧结作用下,铝热还原氮化反应并未发生典型的烧结过程,烧结温度、TiN的自身性质、反应的强放热以及TiN和Al2O3线膨胀系数之间的差别严重影响了复合材料的烧结致密化.     

添加剂B_2O_3对SiC/h-BN复相陶瓷低温烧结行为及性能的影响

以乱层结构h-BN(t-BN)和SiC纳米粉体为原料,B_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出SiC/h-BN复相陶瓷。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究烧结助剂含量对SiC/h-BN复相陶瓷的低温烧结行为、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:利用SPS低温烧结方法,添加少量B_2O_3添加剂,可有效地提高复相陶瓷的致密度和力学性能。与无添加剂烧结样品相比,烧结助剂的添加降低了样品烧结收缩起始温度,促进样品中片状h-BN晶粒的移动和重排,提高了颗粒间的结合强度。随着烧结助剂添加量的增加,复相陶瓷致密度显著增加,强度和韧性均呈现先增加后降低的趋势,在B_2O_3添加量为5%时,复相陶瓷相对密度和各项力学性能较高,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为96.92%、274.7MPa、2.91MPa·m1/2和127.2GPa,但添加过多B_2O_3,则不利于提高复相陶瓷的力学性能。     

二次烧结温度对牙科氧化锆陶瓷组织和力学性能的影响

研究二次烧结温度对氧化锆牙科陶瓷微观组织和力学性能的影响。方法：氧化锆亚微米粉经过干压、冷等静压成型后在1050ºC预烧结,然后将预烧结牙科氧化锆瓷块在1300ºC-1600ºC进行二次烧结。对不同二次烧结温度下材料的线收缩率、烧结密度、物相、三点抗弯强度进行测量分析,并通过扫描电镜观察试样的断面形貌。结果：结果表明随着二次烧结温度提高,氧化锆的密度、弯曲强度呈上升趋势。在1350ºC时体积密度达到6.10g/cm³,1500ºC时的机械性能最优,三点弯曲强度为852MPa,主晶相为四方相。结论：亚微米氧化锆粉体烧结活性高,力学性能优良,能够满足口腔全瓷修复材料的要求。     

真空热压烧结制备高性能B4C/Al复合材料

B4C/Al复合材料因其优异的性能,受到了人们广泛关注.以Al粉和B4C粉体为原料,采用真空热压烧结法,在高于Al熔点温度时,制备出了碳化硼含量10wt%的铝基复合材料.研究结果表明:烧结温度为700 ℃,烧结压力为30 MPa,保温时间为45 min时,获得的B4C/Al复合材料力学性能最佳,其相对密度为98.2%,硬度为2.53 GPa,抗弯强度为350 MPa.球磨混料使Al颗粒表面生成少量Al2O3,在烧结过程中,Al2O3与B2O3发生固-液反应形成共融物,改善了B4C/Al之间的界面结合强度,从而获得力学性能优异的B4C/Al复合材料.     

B_4C-SiC复合材料的制备及性能研究

以碳化硼为基体,碳化硅为增强相,炭黑为烧结助剂,通过热压烧结工艺制备了B_4C-SiC复合材料。测试了其力学性能,并借助SEM对烧结体进行断口形貌观察。结果表明:在本实验条件下,当SiC添加量在9 wt%时材料力学性能最佳,体积密度为2.548 g/cm~3,相对密度为99.6%,抗弯强度为403 MPa,断裂韧性为5.26MPa·m~(1/2)。显微组织结构致密,晶粒细小、均匀。增韧机理主要为SiC颗粒弥散引起的钉扎效应和裂纹偏转。     

Y2O3添加量对Al2O3/ZrO2复合材料烧结行为和热机械性能的影响

研究了Y2O3添加量对Al2O3/ZrO2复合材料烧结行为和热机械性能(高温抗折强度和抗热震性)的影响,并研究了这些性能与物相组成和显微结构间的关系.结果表明:Y2O3在Al2O3/ZrO2复合材料中起稳定ZrO2晶型、改善烧结致密化、提高高温抗折强度和抗热震性的作用.当Y2O3添加量为1%时,试样的烧结性能和高温抗折强度较佳,体积密度、显气孔率和线收缩率分别为3.27 g/cm3、21.95%和7.43%,高温抗折强度达29 MPa;抗热震性则在Y2O3添加量为0.5%时较佳,其残余强度保持率为71%.Y2O3对Al2O3/ZrO2复合材料烧结性能和热机械性能的影响与Y2O3/ZrO2固溶体的形成、Al2O3和ZrO2晶体间的结合程度及试样中微裂纹含量密切相关.     

煅烧温度对用B_4C水选废料制备B_4C材料性能的影响

为了节约资源,实现废料回收利用,以化学组成(w):B_4C 88.20%、B_2O_32.80%、Fe_2O_30.27%、游离B1.95%、游离C 2.91%、其他3.87%的碳化硼水选废料为原料,添加烧结助剂Al粉,并在活性炭固体渗碳作用下实现无压低温烧结制备碳化硼耐火材料。研究了煅烧温度1 000、1 100、1 200、1 300及1 400℃保温30 min时对试样性能的影响。采用国家标准检测烧后试样的体积密度、显气孔率和耐压强度;采用X射线衍射仪进行物相分析;采用FESEM观察试样的显微形貌。结果表明:提高温度和活性炭的渗碳作用都有助于提高煅烧试样的致密化程度。本试验较优的煅烧温度为1 400℃,在此温度下制备的碳化硼耐火材料的耐压强度为231.27MPa,显气孔率为22.43%,体积密度为1.72 g·cm-3。     

轻质碳化硼复合材料的制备工艺及性能研究

本研究以B4C、Si C、Ti C、C等为原料,经过喷雾干燥工艺造粒,采用无压烧结制备了轻质碳化硼复合材料。探讨了浆料中不同料水比对碳化硼造粒料的影响,测试了碳化硼烧结体的相关性能,并借助SEM对烧结体进行断口形貌观察。实验结果表明:当料水比为1:1.5时,料浆经过喷雾干燥工艺制粒,可制得颗粒表面形貌近似为圆形的碳化硼混合造粒料,所压素坯经过无压烧结,制得了结构致密,组织均匀,力学性能优良的轻质碳化硼复合材料。其体积密度为2.53 g/cm3、相对密度为97.76%、维氏硬度为25.5GPa、抗弯强度为437 MPa、断裂韧性为5.24 MPa·m-1/2。     

烧结工艺对Ti/Al2O3复合材料性能的影响

利用放电等离子烧结技术探讨了烧结工艺对40%(体积分数)Ti/Al2O3复合材料性能的影响。实验结果表明,复合材料的性能受烧结温度的影响最为显著,过度延长保温时间会使晶粒发生异常长大,材料性能降低。烧结温度1300℃,保温时间8min制备的复合材料力学性能最佳,其弯曲强度、断裂韧性、显微硬度和相对密度分别为1002.22MPa,19.73MPa·m1/2,18.14GPa和99.74%。     

Al-MoSi2-TiC陶瓷基复合材料的研究

研究了Al-MoSi2-TiC陶瓷基复合材料的烧结工艺;利用MoSi2高温蠕变的特性促进TiC粉料的高温烧结：探讨了添加少量的金属铝粉对复合材料力学性能的影响;用SEM扫描电镜和x一射线衍射对复合材料显微形貌和晶体结构进行了表征。结果表明,MoSi2降低了TiC的烧结温度;制备的复合材料中除了TiC之外,还生成了新物相Mo,C,TiSi2和C：金属铝均匀分布在复合材料基体中,明显提高了材料的力学性能,抗折强度由50MPa提高到90MPa,抗压强度由55MPa提高到180MPa,同时其热膨胀系数随Al增加逐渐增大;讨论了Al-MoSi2-TiC陶瓷基复合材料的断裂机理。