用耐火粘土废砖粉制备Al2O3／SiC复相陶瓷材料的研究

以耐火粘土废砖粉为原料，无烟煤为还原剂，研究了碳热还原反应制备Al2O3／SiC复相陶瓷材料的反应过程，探索了其工艺参数对其反应的影响。结果表明，在适当的碳和氧化硅摩尔比，不低于1600℃时可以合成Al2O3／SiC复相陶瓷。随着还原反应温度的升高，保温时间的延长，碳含量的适量增加，原料粒度越细，都可以有效的促进反应进行。催化剂的加入对碳热还原反应有一定的影响。SEM观察表明Al2O3／SiC复相陶瓷中，SiC交错分布在刚玉之间。     

Al2O3陶瓷/不锈钢自蔓延高温原位合成连接

以分析纯三氧化二铁和粒度小于10μm的铝粉为反应原料,采用强电流加热的方法点燃,在马氏体不锈钢上原位合成Al2O3陶瓷,形成Al2O3陶瓷/马氏体不锈钢复合材料.利用光学显微镜和扫描显微镜对自蔓延高温合成的Al2O3陶瓷相及其与马氏体不锈钢形成的过渡区进行了显微组织分析;利用电子探针对合成的陶瓷相的成分进行了测定.研究结果表明,在Al/Fe2O3自蔓延高温合成体系中,合成的Al2O3陶瓷的显微组织主要为Al2O3陶瓷相和少量的铁素体与尖晶石相Al2O3·FeO;反应合成原料中过量的Al有利于Al2O3陶瓷相的致密化;反应合成原料坯块的厚度大于2.00 mm时,能获得结合界面状况良好的Al2O3/马氏体不锈钢复合材料.     

Al2O3-Si原料在还原气氛下的高温物理化学变化过程

以电熔刚玉和单质硅为原料压制成试样,分别在埋碳条件、1400～1600℃高温烧结,获得5个不同温度点合成样品,采用XRD分析技术研究试样的物相演变过程,对Al2O3-Si系原料在埋碳气氛合成过程中的物相变化和反应动力学机制进行了研究.结果表明试样中新生成的物相除了SiC和O'-Sialon外,合成温度在1550℃以下还存在SiO2相,1550℃以上则存在X-Sialon相.其反应过程是金属硅和氮气反应生成Si3N4,金属Si和CO反应生成SiO2和SiC;SiC和Si3N4又分别转化成Si2N2O;同时,Al2O3和Si2N2O固溶合成O'-Sialon.随着合成温度的升高,Al2O3和Si2N2O会进一步固溶生成X-Sialon.CO气体参与反应、合成温度和原料配比是控制Al2O3-Si系原料最终合成产物、产物的生成速度和生成量的重要因素.     

Al2O3/Al2(1-0.2)Mg0.2Ti(1+0.2)O5基复相陶瓷的制备及其性能

以工业级α-Al2O3、金红石型TiO2和轻质MgO粉体为原料,过量配置α-Al2O3,采用固相反应法于1400℃煅烧实现了Al2O2/Al2(1-0.2)Mgg0.2Ti(1+0.2)O5基复相粉体的原位合成,实现两相的均匀混合,原位制备出性能良好的Al2O3/Al2(1-0.2)Mg0.2Ti(1+0.2)O5基复相陶瓷.利用XRD对原位合成的复相陶瓷粉体的相组成进行了表征,利用FESEM观察了复相陶瓷的断口形貌,测量了复相陶瓷的烧结密度、抗弯强度和热膨胀系数,研究了第二相Al2O3的引入量对钛酸铝基陶瓷的微观结构、抗弯强度和热膨胀性能的影响.结果显示,当复相Al2O3的引入量为15%(质量分数)时,钛酸铝基复相陶瓷的抗弯强度提高到108 MPa,并且具有较低地热膨胀系数0.7×10-6 /℃.     

添加剂对原位合成SiC-BN复合陶瓷组织与性能的影响

研究了Al2O3和Y2O3作为添加剂对原位合成SiC-BN复合陶瓷组织与力学性能的影响.在含有添加剂(10ω/%)的情况下,以Si3N4,B4C和碳粉为原料的原位反应于1400℃开始进行,并在1700℃完成.在不含添加剂的情况下,反应在1900℃仍然没有完全完成.Al2O3-Y2O3添加剂可以在1760℃形成钇铝石榴石,同时二者可以同原始粉末中Si3N4或SiC颗粒表面的SiO2作用在1400℃形成Y-Al-Si-O液相,这可以加速原位反应的进行,并促进复合陶瓷的致密化.在SiC和BN含量相同情况下,含有添加剂的复合陶瓷密度和力学性能明显要高于不含添加剂的复合陶瓷.     

等离子体辅助球磨活化Al_2O_3合成AlN

利用介质阻挡放电等离子体辅助球磨和普通球磨分别对Al2O3粉末进行活化,研究等离子体辅助球磨活化Al2O3合成Al N的碳热还原反应机制。结果表明:等离子体辅助球磨40 h的Al2O3粉末,在N2气氛中于1400℃下保温4 h可以完成碳热还原反应,全部转化为Al N。经等离子体辅助球磨后,Al2O3的碳热还原反应符合气相反应机制,等离子体辅助球磨活化大大降低Al2O3的后续反应温度,辅助球磨40 h后的Al2O3合成Al N的反应激活能下降到371.5 k J/mol。等离子体的协同效应促使辅助球磨中Al2O3晶体产生更严重的晶格畸变,这是激活Al2O3并促进碳热还原反应的一个重要因素。     

Thermodynamic Analysis and Preparation of Composites in Zr-Si-C-N-O System

为了得到锆英石碳热还原氮化反应时产物相的稳定存在区域,用ΔfG1=A+BT法对Zr-Si-C-N-O系进行了热力学计算和分析,绘制了Zr-Si-C-N-O系优势区相图。结果表明:通过控制配碳量、反应温度、炉内的CO分压和N2分压,可以获得组成分别为ZrO2-Si2N2O、ZrN-Si2N2O或ZrN-Si3N4等的复相材料。根据热力学分析结果,以锆英石、活性炭为原料,N2(99.999%)为氮源,研究了配碳量(10%,20%,22%,30%,质量分数)对锆英石碳热还原氮化反应失重率及产物相组成的影响。结果表明:配碳量不仅显著影响锆英石碳热还原氮化反应产物的物相组成,而且配碳量的增加还会降低锆英石碳热还原氮化反应的开始温度。     

反应热压烧结Al4SiC4陶瓷的合成及力学性能

以铝粉、石墨粉和有机物聚碳硅烷(PCS)为原材料,采用预裂解及原位反应热压烧结的方法制备了Al4SiC4块体陶瓷.通过XRD,SEM,TEM及力学性能分析等测试手段对材料的结构及性能进行了分析研究.原料预裂解粉的XRD分析结果表明原料在预裂解后,反应产品主要为Al4C3和SiC的混合粉末.将预裂解后的Al4C3和SiC混合粉进行热压烧结,烧结产品经XRD分析表明最终物相主要为Al4SiC4相.Al4SiC4陶瓷的微观组织观察表明,Al4SiC4粒子形貌为板片状,在{0001}基面上分布有大量的层错.Al4SiC4陶瓷的室温弯曲强度随烧结温度的升高而增加,而断裂韧性则随烧结温度的升高而降低.     

纳米SiC和添加剂ZrO2对Al2O3基纳米复合陶瓷显微组织和性能的影响

采用极性分散剂,在微米Al2O3基体中加入微米ZrO2和纳米SiC颗粒,用真空热压法制备出了Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并研究了微米ZrO2和纳米SiC的添加对Al2O3/SiC纳米复合陶瓷显微组织及其性能的影响.结果表明:与纯Al2O3比较,适量微米ZrO2和纳米SiC颗粒的加入阻碍了Al2O3晶粒的长大,使复合陶瓷的显微组织非常细小,纳米复合陶瓷烧结后的力学性能大大提高.     

陶瓷裂纹的修复

以SiC/Al/Al2O3为原料,加入少量Y2O3,通过烧结中SiC,Al粉氧化以及莫来石生成产生的体积膨胀效应,在简单的工艺条件下制备出一种以莫来石为主晶相的膨胀可调陶瓷材料.把这种原料调成一定固相含量的料浆注入陶瓷裂纹中,烧结过程中的化学反应使其与基体结合,同时产生体积微膨胀很好地闭合裂纹,达到修复的目的,从而以低成本获得材料可靠性的提高.