TiC-TiB2细晶陶瓷凝固组织、断裂行为与原位增韧

通过采用超重力下燃烧合成制备TiC-TiB2细晶陶瓷,研究了陶瓷凝固组织与晶体生长特征,探讨了陶瓷显微组织与断裂行为、增韧机制的关系。XRD、FESEM与EDS分析表明,TiC-TiB2复合陶瓷基体主要由大量细小的TiB2片晶及分布其周围的形状不规则的TiC相构成,TiB2片晶的形成是因其小平面晶体生长特性所致,而不规则TiC的晶体形貌则是因非小平面晶体生长特性及高的生长速率所造成的。陶瓷相对密度、硬度(HV)、弯曲强度及断裂韧度分别为98.6%、21.8GPa、650MPa、12.5MPa·m1/2,并且陶瓷增韧是小尺寸TiB2片晶的裂纹偏转、裂纹桥接、片晶拔出及摩擦互锁原位增韧机制协同作用的结果。     

ZrB2增韧Al2O3陶瓷制备工艺及其对复相陶瓷力学性能影响

Al₂O₃陶瓷因具有很高的强度和耐蚀性受到广泛关注。但由于相对较差的韧性限制了其广泛应用。Al₂O₃陶瓷增韧的方式很多,本文采用微米ZrB₂来增韧氧化铝陶瓷,探讨复相陶瓷烧结工艺,并研究工艺参数对复相陶瓷力学性能及韧性的影响。结果表明：采用单因素法得到两种陶瓷最佳工艺参数分别是纯α-Al₂O₃陶瓷烧结温度为1500℃,成型压力为450MPa,保温时间为8h,球料比为1/2,保压时间为10min;ZrB₂(wt,20%)+α-Al₂O₃ (wt,80%)复相陶瓷烧结温度为1450℃,成型压力为450MPa,保温时间为8h,球料比为1/2,保压时间为10min。其中成型压力、烧结温度和保温时间对复相陶瓷硬度及致密度影响最大。ZrB₂的加入,在降低陶瓷烧结温度的同时,可以将纯α-Al₂O₃陶瓷的断裂韧性由5.2±0.3MPa.m^_1/2提高到6.7±0.2MPa.m^_1/2。     

ZrB2-SiC陶瓷复合材料真空钎焊工艺及机理研究

ZrB2-SiC陶瓷复合材料具有密度低、良好的抗氧化抗烧蚀性和很好的高温强度,但加工成形性差,很难直接实现形状复杂构件或者大尺寸构件的制造生产,限制了它的广泛应用。文中利用Ti-Zr-Ni-Cu和BNi2二     

SiC粒度对ZrB2-SiC超高温陶瓷力学性能的影响

在添加相同含量SiC条件下,改变原料SiC的粒度制备了4种ZrB2-SiC复合材料。讨论了ZrB2-SiC复合材料中SiC粒度、材料微观结构与残余应力、材料力学性能三者间的关系。结果表明,样品的残余应力随SiC粒度增加先减小再增大,这可能是由于SiC原料不同程度氧化生成SiO2造成的。随着SiC粒度的增大,断裂韧性的变化趋势和残余应力相反,说明在本实验的SiC粒度范围内,残余应力对材料主要起到破坏作用。     

几种SiC颗粒增韧防热陶瓷的增韧机制分析

通过对热压成形的ZrB_2+SiC、HfB_2+SiC体系以及原位合成的ZrB_2+SiC体系的压痕试验,分析了SiC颗粒增韧防热陶瓷的增韧机制.从力学角度阐述了各体系的增韧机制,从裂纹的扩展方式及耗能角度比较了各体系增韧模式的异同.分析指出,裂纹偏转、裂纹桥联、裂纹分叉钉扎等多种机制的协同作用是SiC颗粒增韧防热陶瓷韧性大幅提高的主要原因.基体与增强相之间的化学匹配关系也是影响增韧效果的原因之一.     

MoSi_2/ZrB_2基超高温陶瓷SPS制备研究

ZrB2具有良好的抗氧化、抗热震和抗烧蚀性能。采用放电等离子体烧结(SPS)工艺,添加体积分数为10%~20%的MoSi2烧结助剂,选取不同的烧结参数,制备出超高温陶瓷成品。经测试,ZrB2-15%MoSi2(体积分数)体系的陶瓷致密度可达99.88%,维氏硬度可达1 612,通过SEM分析,该陶瓷具有典型的核(ZrB2)-壳(MoSi2、MoB)结构,可以作为高超声速飞行器热防护用陶瓷材料的候选方案。     

ZrB2-玻璃陶瓷复合材料氧化分析

对ZrB₂-玻璃陶瓷复合材料氧化行为进行热力学分析,对氧化形成的氧化层进行物相分析和显微结构分析。结果表明：在1000°C-1400°C的反应温度范围内,ZrB₂氧化生成ZrO₂,B₂O₃玻璃相,氧化产物ZrO₂与SiO₂反应生成ZrSiO₄,当温度低于1177°C(1450K)时,氧化层主要包括ZrO₂,B₂O₃玻璃相,ZrSiO₄。当氧化温度超过1177°C(1450K)时,B₂O₃玻璃相蒸发,此时SiO₂玻璃相具有良好的流动性,氧化层主要包括ZrO₂,SiO₂玻璃相,ZrSiO₄。氧化过程中的反应产物B₂O₃玻璃相,ZrSiO₄和流动性良好的SiO₂玻璃相,均对氧气向基体的扩散均起到了良好的阻碍作用。     

ZrO2陶瓷t→m相变增韧的研究回顾与展望

回顾了国内外学者对ZrO2陶瓷相变增韧机制的理论研究,并对ZrO2陶瓷相变增韧机制的未来研究方向进行了展望.     

ZrB2-MoSi2/SiC涂层C/C复合材料的制备及氧化性能（英文）

为了提高C/C复合材料的抗氧化性,在C/C复合材料基体上制备了ZrB2-MoSi2/SiC涂层。采用包埋法制备SiC中间层,采用喷涂法制备ZrB2-MoSi2外涂层。用XRD和SEM分别分析、测试所制备涂层的物相组成和显微结构,研究涂层复合材料的高温抗氧化性能。结果表明:C/C复合材料的外涂层由ZrB2、MoSi2和SiC三相组成;在1273K和1773K下分别氧化30h和10h后ZrB2-MoSi2/SiC涂层试样的质量损失分别为5.3%和3.0%,涂层表面长有纳米SiC晶须。C/C复合材料ZrB2-MoSi2/SiC涂层具有自愈合特性和良好的高温抗氧化性能。     

超重力下燃烧合成TiC-TiB2细晶复合陶瓷

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷。XRD、FESEM与EDS分析表明,随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体从TiC微米球晶组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiB2含量为50%的TiC-TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织。力学性能测试结果表明,TiB2的摩尔分数为50%的TiC-TiB2复合陶瓷因在凝固过程中发生共晶反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6%和18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用,TiB2的含量为66.7%的TiC-TiB2复合陶瓷具有最高的断裂韧度(13.4MPa·m0.5)。     

热压反应烧结制备ZrB2-SiC复合材料的工艺及性能研究

以二硼化锆、正硅酸乙酯、蔗糖为原料,采用溶胶-凝胶法制备ZrB2-SiC前躯体,然后利用热压反应烧结方法,在1800℃,30MPa压力,流动的Ar气氛条件下,制备出高致密的ZrB2-SiC复合材料。其最大相对密度达到99.6%。ZrB2-SiC复合材料的抗弯强度和断裂韧性都随着SiC含量的增加先增加后降低。当SiC含量为20%时,ZrB2-SiC复合材料断裂韧性最大达到5.1MPa·m1/2。ZrB2-SiC复合材料的最大弯曲强度为272MPa,比报道出的值要低,这可能与过大的ZrB2晶粒有关。但当SiC含量为30%时,由于出现大量气孔而使材料不致密,从而导致其力学性能下降。     

具有微米-亚微米增强结构的ZrB2-ZrC-SiC涂层的烧蚀机理与性能

通过真空浸渗和反应熔渗在C/C复合材料上制备了具有微米-亚微米增强结构的ZrB₂-ZrC-SiC涂层。微米-亚微米增强结构由微米级的碳化硅为骨架,亚微米级的超高温陶瓷颗粒（UHTCs）为填充料组成。采用等离子火焰对复合材料进行了烧蚀试验。结果表明,在烧蚀过程中由聚集的碳化硅颗粒和超高温陶瓷颗粒组成的微米-亚微米增强结构在烧蚀气流的侵蚀下易于形成较大的缺陷。已形成的较大缺陷容易与缺陷周围的裂纹相连形成较大的凹坑,从而导致部分涂层脱落,并导致整个涂层系统失效。     

ZrB2-SiC陶瓷复合材料钎焊接头界面组织及性能

采用BNi₂钎料,对ZrB₂-SiC陶瓷复合材料进行真空钎焊研究.借助SEM,EDS,XRD等分析测试手段分析了界面组织结构及性能.确定了最佳钎焊工艺参数:钎焊温度1160℃,保温时间20 min.结果表明,接头界面产物主要有δ-Ni₂Si,β₁-Ni₃Si,ZrB₂+C,Ni(s,s),Cr_xB_yC_z.随着钎焊温度升高以及保温时间的延长,接头抗剪强度均先升高后降低.钎焊温度1160℃,保温时间20 min,钎焊接头室温抗剪强度达到最大121.3 MPa.钎焊温度和保温时间对接头断裂方式的影响有相似的规律,在保温时间较短时,裂纹主要产生于钎缝中的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展;当保温时间适中时,断裂主要发生在Ni元素扩散层中;当保温时间延长时,裂纹主要产生于含有一定β₁-Ni₃Si相的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展.     

Formation of zirconium diboride (ZrB2) by room temperature mechanochemical reaction between ZrO2, B2O3 and Mg

A mixture of magnesium, boric oxide and zirconium dioxide were mechanically milled under argon for up to 15 h in a laboratory scale ball mill. X-ray diffraction showed that there was an increasing conversion of ZrO₂ to ZrB₂ with milling time with >98% reaction after 15 h. Differential thermal analysis revealed there were multiple, overlapping reactions all of which seemed to be formation of ZrB₂. The energy evolved decreased with milling time and the sample after 15 h milling showed no thermal reaction. After milling, separation of the ZrB₂ from the coproduct MgO was easily achieved by a mild acid leaching leaving essentially pure ZrB₂ with a crystallite size of 75 nm.     

Effect of CrB2 addition on densification, properties and oxidation resistance of TiB2

This paper presents the results of detailed studies carried out on the densification of TiB₂ with CrB₂ as sinter additive by hot pressing. The dense compacts were characterized by measurement of hardness, indentation fracture toughness, flexural strength, coefficient of thermal expansion and electrical resistivity. Oxidation characteristics were investigated between 600 °C and 1000 °C and isothermal oxidation kinetics at 850 °C. Phase identification and surface morphology analysis of hot pressed and oxidized samples were done using XRD and SEM. A high density of 96.61% Τ.D was obtained with the addition of 2.5% CrB₂ by hot pressing at 1750 °C under 35 MPa pressure. Hardness values of composites with 2.5–10% CrB₂ were close to 24 GPa and fracture toughness in the range of 3–5 MPa m^1/2. Coefficient of thermal expansion of the composite with 10% CrB₂ was measured in the range of 6.21–7.43 × 10⁻⁶/K from room temperature to 1000 °C. Electrical resistivity of TiB₂ + 10%CrB₂ was measured as 32.83, 75.97 and 120 μΩ cm at 25 °C, 500 °C and 900 °C, respectively. Observed nature of oxidation was parabolic for all composites. Formation of continuous and thick glassy film was observed with increased CrB₂ content in the composite. TiO₂ and CrBO₃ phases were identified on the oxidized surface which are responsible for the improved oxidation resistance of this composite.     

Preparation and characterization of high-toughness ZrB2/Mo composites by hot-pressing process

ZrB₂/Mo composites with various volume fractions of Mo (0–10%) were prepared by a hot-pressing process at 1950 °C. The addition of Mo both facilitated the densification and improved the mechanical properties of the ZrB₂/Mo composites. Compared with the pure ZrB₂ ceramics, the fracture toughness of the ZrB₂/Mo (10%) composite increased from 4.52 to 7.98 MPa m^1/2 and its bending strength increased from 424 to 450 MPa. The enhancement in mechanical properties of the ZrB₂/Mo composites could be attributed to the reduced grains and the MoB phase formed in the reaction between ZrB₂ and Mo.     

陶瓷涂层断裂韧性的表征

由于陶瓷本身的脆性,陶瓷涂层的应用受到了极大的制约。断裂韧性是反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的力学性能指标,陶瓷涂层因为脆性和低维特点,对其断裂韧性的表征存在较大困难,目前主要有临界应力强度因子KⅠC、临界裂纹扩展能量释放率GⅠC和裂纹密度β三种表征方法。本文对上述方法进行了总结、分析。     

TiC-TiB2陶瓷与Ti6Al4V熔化连接及层状复合材料制备

通过引入Ti-6Al-4V合金板,采用超重力场燃烧合成技术,在制备细晶TiC-TiB2凝固陶瓷的同时,实现了陶瓷-钛合金的熔化扩散焊,进而制备出具有成分梯度特征的陶瓷-钛合金层状复合材料.陶瓷-钛合金层间接头组织表明,正是因超重力场燃烧合成的爆燃特性及超重力场对燃烧产物形成的高温真空环境,使得钛合金表面发生熔化,进而发生液态陶瓷-钛合金液相层间的原子互扩散现象,故在陶瓷-钛合金连接区形成钛合金与富钛碳化物呈相间分布且细小TiB2片晶镶嵌其上的凝固组织,并使陶瓷-钛合金接头呈现成分梯度特征,进而使得陶瓷-钛合金的连接抗剪强度达到450 MPa±35 MPa,层状复合材料硬度从陶瓷至钛合金一侧则呈线性逐渐减小.     

溶胶—凝胶法制备CaCu3Ti4O12-MgTiO3复合陶瓷的介电性能与IV特性

通过溶胶凝胶方法制备得到CaCu3Ti4O12-MgTiO3复合陶瓷粉料,并在1000,1050和1100℃3个温度点烧结成瓷。采用XRD、SEM等对得到的样品成分、结构进行了分析,发现材料为CCTO-MgTiO3/MgTi2O4复相体系。在此基础上,对材料的介电性能、IV非线性特性做了相关测试。复合陶瓷在1100℃下烧结后,其介电常数比纯的CCTO要提高3到4倍。对材料的IV测试发现,复合陶瓷的IV非线性系数可以通过复合体系的线性法则拟合得到,材料的非线性系数约为4.56。