超高温陶瓷材料研究进展

超高温陶瓷材料以其优异的综合性能有望成为新一代高温热防护材料.目前超高温陶瓷材料主要分为烧结超高温陶瓷材料和连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料,将对烧结超高温陶瓷材料的研究进展做重点介绍,随后简要介绍连续纤维增强超高温陶瓷基复合材料的优势和研究概况.     

ZrB2基超高温陶瓷的强韧化研究进展

ZrB2具有高熔点 (3245℃)、高硬度(23GPa),高温热稳定性,成为最具潜力的超高温陶瓷,但是ZrB2韧性低的缺点限制了应用范围.本文总结了增韧ZrB2陶瓷的研究进展.目前,提高ZrB2基超高温陶瓷的断裂韧性的方法主要是通过掺入第二相,掺入相包括SiC颗粒、晶须、纤维,短石墨纤维,纳米SiC,氧化锆,Mo,Nb...     

硼化锆基超高温陶瓷研究进展

航空航天、兵器、能源等高科技领域的发展对轻质、耐高温的超高温陶瓷材料提出了迫切需求。硼化锆基超高温陶瓷是最重要的超高温陶瓷材料之一,综述了硼化锆基超高温陶瓷的研究进展,着重探讨了先驱体转化法制备硼化锆基超高温陶瓷的优势和难点,并对硼化锆基超高温陶瓷的发展进行了展望。     

SiCp1/ZrB2超高温陶瓷的制备及性能

研究了碳化硅晶片(SiCp1)增韧二硼化锆(ZrB2)陶瓷的制备及其力学性能.采用热压烧结方法,在烧结温度1950℃、保温时间1h、压力20MPa、流动氩气气氛下,制备了高致密度的SiCp1/ZrB2复合材料.通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、三点弯曲法和单边切口梁法对SiCp1/ZrB2陶瓷复合材料的物相、显微结构和力学性能进行了研究,结果表明:随着SiCp1的加入,SiCp1/ZrB2复合材料的相对致密度和断裂韧性都得到了较大提高,当SiCp1添加量为15%(体积分数)时,相对致密度达到99%,断裂韧性达到(8.35±0.26)MPa·m1/2,抗弯强度达到(522±49)MPa.用轧膜法制备的SiCp1定向排列的SiCp1/ZrB2复合材料的力学性能略有下降.     

Cf/ZrB2–ZrC–SiC超高温陶瓷基复合材料的设计、制备及性能EI北大核心CSCD

提出了溶胶-凝胶孔道构建-反应熔渗制备新方法,首先通过溶胶凝胶方法在纤维预制体中引入B4C-C多孔体,获得Cf/B4C-C多孔预成型体结构;在此基础上,结合反应熔渗Si-Zr合金,获得Cf/ZrB2-ZrC-SiC超高温陶瓷基复合材料。研究了Cf/B4C-C多孔预成型体结构对RMI过程和材料性能的影响,并揭示了孔隙结构对基体分布和界面损伤及复合材料性能的影响规律。结果表明:通过灵活调控Cf/B4C-C孔隙结构可实现复合材料中ZrB2-ZrC-SiC基体分布改善和(PyC-SiC)2界面损伤缓解,大幅提升材料性能。当预成型体孔隙结构为25.9%和58.0μm时,制备的Cf/ZrB2-ZrC-SiC复合材料基体可均匀分布于纤维束间和束内,同时纤维能得到良好的保护,材料表现出最优的力学性能(抗弯强度231 MPa)。     

ZrB_2基超高温陶瓷材料抗热震性能及热震失效机制研究进展

ZrB_2基超高温陶瓷具有高熔点、较高的强度、高热导率等优点,是一种性能优异的高温结构材料,成为高超声速飞行器关键热部件的首选候选材料。介绍了ZrB_2的基本性能,以及ZrB_2基超高温陶瓷材料的抗热震性能及改进情况,讨论了表面热交换系数梯度对材料热震行为的影响,对超高温陶瓷材料的热震行为和热震失效机制有了新的认识,为材料在实际服役条件下的性能预测提供参考,并为材料抗热震性能的提高提供了新的研究思路。     

ZrB2材料的制备工艺与应用

ZrB2陶瓷材料具有耐高温、抗热震、抗氧化的特性,且在超高温陶瓷中具有较低的理论密度,使其成为航空航天等超高温领域中最具吸引力的材料之一.本文分别就ZrB2材料的结构性能、高温氧化机制、粉体合成、复合材料及其涂层的制备工艺等方面进行了综述.     

NZP型低热膨胀及耐热冲击磷酸盐陶瓷材料

介绍了ＮＺＰ型磷酸盐陶瓷材料的晶体结构、合成、分析方法以及烧结条件对其组织结构和性能的影响。     

MoSi2对注凝成型HfB2超高温陶瓷材料性能的影响

在Ph为10.9,分散剂PMAA-NH4为8vol%,固体含量为40vol%的条件下采用注凝成型技术制备了HfB2-(5%～15wt%)MoSi_2超高温陶瓷坯体,密度达到4.25 g/cm~3以上,在氩气气氛下1950 ℃保温30 min烧成.采用X射线衍射仪、扫描电镜等分析方法研究了添加剂MoSi_2对HfB2超高温陶瓷材料性能的影响、烧结体的物相组成和显微结构.结果表明:添加剂MoSi_2可有效促进HfB2超高温陶瓷材料的致密化,随着MoSi_2加入量的提高,HfB2超高温陶瓷材料的力学性能不断提高,当加入量为15%时,可得到显微硬度为9.8 Gpa,抗弯强度为389.7 Mpa,断裂韧性为3.7 Mpa·m~(1/2)的HfB2超高温陶瓷材料.     

Al2 O3基陶瓷材料的增韧研究进展

Al2 O3基陶瓷因其脆性限制了该项材料的使用范围。本文主要结合国内外陶瓷增韧技术研究现状,详细阐述了陶瓷脆性的由来和陶瓷增韧方法及相关机理。探讨了目前增韧方法的优缺点和未来发展方向。     

氧气燃烧器用热震稳定性良好的高温陶瓷喷嘴

通过流铸法及调整Al2TiO5莫来石中Al2O3/TiO2／SiO2组分后其单个氧化物间的烧结反应制备了用于氧气燃料燃烧的Al2TiO5基陶瓷喷嘴。Al2TiO5陶瓷显示出低的热膨胀性是因为Al2TiO5相轴线上的热膨胀各向异性比较大引起颗粒边界产生礅裂纹。在再加热过程中，单个的细晶体在低温下膨胀，因而试佯实体体积膨胀进入到微裂纹里，而宏观尺寸多保持不变。因此，材料在达到1000℃时即产生微小膨胀，在更高温度时微裂纹闭合，这一结果与相对较陡的热膨胀曲线密切相关。在测定密度和热膨胀系数之前，通过超声波分析测量弹性模量的变化，对热震损坏特性进行了测定。     

陶瓷材料抗热震性的研究进展

阐明了陶瓷材料抗热震性研究的重要意义，系统总结了陶瓷材料抗热震的评价理论、热震断裂机制和设计高抗热震陶瓷材料的新近研究成果，并基于理论提出了改善陶瓷材料抗热震性的策略。即从控制显微结构出发，增加材料的韧性和热传导性、降低材料的弹性模量和线胀系数，为制作高抗热震陶瓷材料提供了可借鉴的工程技术途径。     

Thermal Shock Resistance of Laminated ZrB2–SiC Ceramic Evaluated by Indentation Technique

In this work, the thermal shock behavior of laminated ZrB₂–SiC ceramic has been evaluated using indentation‐quench method based on propagation of Vickers cracks and compared with the monolithic ZrB₂–SiC ceramic. The results showed that the laminated ZrB₂–SiC ceramic exhibited better resistance to crack propagation and thermal shock under water quenching condition, and the critical temperature difference (ΔT_c) of laminated ZrB₂–SiC ceramic (ΔT_c ≈ 590°C) was much higher than that of monolithic ceramic (ΔT_c ≈ 290°C). The significant improvement in thermal shock resistance was attributed to residual stresses enhancing the resistance to crack growth during thermal shock loading.     

陶瓷复合体的抗热冲击性能研究

由陶瓷复合材料的抗热冲击实验，证明添加Ｗ（ＺｒＯ２）＝２０％时可使Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷的热震温度达到３７０℃，如何添加Ｖ（ＳｉＣｗ）＝２０％可使Ａｌ２Ｏ３复合材料的热震温度达到４３０℃，使Ｓｉ３Ｎ４复合材料的热震温度达到６５０℃；如果采用Ｖ（ＳｉＣｗ）＝２０％，同时添加Ａｌ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等活性剂，由于强化晶界的作用，可使Ｓｉ３Ｎ４复合材料的热震温度达到７００～７５０℃，还对各添加剂使陶瓷材料抗热冲     

氮化硅陶瓷材料高温抗热震性能及其衰减规律研究

氮化硅陶瓷作为先进陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀等优异性能,因此被广泛应用于航空航天领域的强热冲击环境。热压烧结制备的Si3N4复合材料的抗弯强度较高,但抗热震性能随温度升高显著降低,热压烧结工艺在提升抗热震性能方面尚有不足。本文提出了使用二次热处理烧结方式来提高Si3N4陶瓷的抗热震性能,通过热压烧结-气压烧结二次热处理的烧结方式获得更致密、抗热震性能更好的Si3N4陶瓷材料。测试结果显示,常规热压方式制备的氮化硅陶瓷,随着热震温度的升高、次数的增加,材料内部产生微裂纹的概率增大,热震后试样抗弯强度逐渐降低,1200℃时平均强度下降率达23.48%。而经过二次热处理后氮化硅陶瓷抗弯强度略有降低,但抗热震性能得到明显改善,随着热处理时间增加,二次热处理后氮化硅陶瓷显微结构更加致密,抗热震性能将明显提高,热震后强度下降率明显减小,1200℃热震10次后强度下降率为12.25%。本文提出了提高Si3N4陶瓷的抗热震性的方法,探讨了氮化硅陶瓷在1200℃高温下的抗热震性能及其衰减规律,为改善氮化硅陶瓷器件高温性能提供了参考。     

Thermal Shock Resistance of Ceramic Foams

Thermal shock behavior of a variety of open-cell ceramic foams was evaluated using infrared heating and forced air cooling. The extent of damage after thermal shock was determined by a nondestructive, dynamic resonance technique. The damage in foams was found to be strongly dependent on cell size and weakly dependent on density. In zirconia-based foams, damage was found to increase with an increase in zirconia content. A thermal stress resistance parameter R '_f was derived to predict the effect of cell size and density on the damage incurred in foams. The experimental results were found to corroborate the predictions fairly well but a better approach was to compare the maximum applied thermal strains with the degree of damage.     

保温陶瓷的抗热震性研究与探讨

闭孔发泡陶瓷保温装饰产品属于战略性新兴产业,它作为绿色陶瓷的代表性产品,近年来从无到有,再到进入国家绿色建材产品序列,许多科技工作者为之付出了努力。由于生产者和建设者对于建筑耐久年限的误解,导致许多研究者、生产者和销售者产生诸多困惑,如我国建筑平均寿命只有30年,保温陶瓷产品定价高,市场状况如何?保温陶瓷产品的耐久年限有没有必要设计为100年,又该如何设计?笔者从建筑设计年限、标准方法设计、保温陶瓷循环疲劳影响因素、循环疲劳研究价值几个角度作一陈述并与大家共同探讨。     

The Mechanism of High Thermal Shock Resistance of Nanostructured Ceramic Coatings

The nanostructured and the conventional ZrO₂ coating samples were thermal shocked at a series of temperatures. The elastic modulus and the hardness of two kinds of coatings were investigated by the nanoindentation tests. The results show that the corresponding mechanical properties of the conventional coatings increase monotonically with increasing temperature difference of the thermal shock. While the modulus and the hardness of the nanostructured coatings fluctuate slightly with increasing thermal shock temperature difference. Furthermore, the interface energy release model of the thermal shock strain energy was proposed for the nanostructured coatings. The theoretical prediction agrees with the experimental result.     

超高性能混凝土抗冲击性能研究进展

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)是一种具有超高强度、良好韧性和优异耐久性的水泥基复合材料,在海上结构、地下空间、核废料容器和核反应堆防护罩等特殊工程和国防军事工程中具有广阔的应用前景.为适应其抗冲击和抗爆性能的需求,对UHPC开展动态力学性能研究显得尤为重要.通过对国内外UHPC抗冲击性能试验和数值模拟研究进展的系统梳理和总结,阐述了应用霍普金森杆开展冲击压缩试验和动态抗拉试验存在的问题及改进措施,分析了应变率、材料组分和冲击次数等因素对UHPC动态冲击性能的影响,探讨了确保UHPC冲击试验数值模拟有效性的关键问题.最后,对UHPC 抗冲击性能今后的研究方向提出了一些建议,希望能为UHPC动态性能研究以及 UHPC在实际工程中的应用提供指导和帮助.     

高温气体过滤器支撑体的抗热震性能改进研究

为了改善高温气体过滤器支撑体的强度及抗热震性能,根据复合材料韧化强化原理,本试验采用陶瓷材料复合技术,制备莫来石-刚玉-钛酸铝-堇青石复合陶瓷材料,探索其作为高温过滤器支撑体的可能性.以粒径小于74μm的高铝矾土熟料、钛酸铝、堇青石为原料,以聚乙烯醇的溶液(质量浓度2％)为结合剂,试样成型压力为50MPa,烧结温度为1360℃,保温3小时制备了莫来石-刚玉-钛酸铝-堇青石复合材料.对烧后试样进行体积密度、气孔率、常温抗折强度、抗热震性的测定及XRD、SEM的分析,研究了配料组成对复合材料烧结及抗热震性能的影响.研究结果表明:具有较好烧结性能与抗热震性能的莫来石-刚玉-钛酸铝-堇青石复合材料支撑体的最佳物料配比(％)为:高铝矾土熟料30％、钛酸铝10％、堇青石60％.