晶须及颗粒增韧氧化铝基陶瓷复合材料的抗热震性能

对Ａl2O3-SiCw和Ａl2O3-TiCp陶瓷基材料的抗热震笥能进行测试和分析,结果表明：Ａl2O3-SiCw和Ａl2O3-TiCp陶瓷在复合材料基体相比抗热震性能均有较大幅度的提高,其中,Al2O3-SiCw复合材料显示出更为优越的抗裂纹扩展能力与抗循环热震性能,材料增韧效果的差异是产生这一现象的主要原因。     

碳纤维增强TiC复合材料的抗热震性能

通过测量力学性能和热物理性能,研究了热压烧结碳纤维增强TiC复合材料（Cf/TiC,20vo%碳纤维）的抗热震性能。结果表明,碳纤维加入到TiC基体中,提高了复合材料的抗弯强度和断裂韧性,降低了复合材料的弹性模量和热膨胀系数,进而使得复合材料的抗热震断裂参数R,抗热震损伤参数R^TV和裂纹稳定性参数RST都得以提高,复合材料热震残留强度在热震温差超过900℃后迅速下降。复合材料热扩散率的提高有利于抗热稳定性能的提高,复合材料增强机理是纤维承载。韧化机理是纤维桥联和纤维拔出。     

压痕-急冷法测定增韧氧化铝基陶瓷复合材料的抗热震性能

采用压痕-急冷法测试了Al2O3-SiCw，Al2O3-ZrO2和Al2O3-TiCp三种陶瓷基复合材料的抗热震性能，并与急冷强度法测试结果进行了对比分析。实验结果表明，两种方法之间存在一致性。三种陶瓷基复合材料与基体Al2O3相比抗热震性均有较大幅度的提高，其中Al2O3-SiCw复合材料显示出最为优越的抗裂纹扩展能力与抗循环热震性能。材料的增韧效果是产生这一现象的主要原因。压痕-急冷法与急冷强度法相比免去了热震后的强度测试，具有使用试样数目少，数据具有统计效应，可直接观测裂纹扩展等优点。     

氧化铝基陶瓷复合材料的阻力曲线行为及其抗热震性能

采用压痕-弯曲强度法获得了Al₂O₃-SiC_W和Al₂O₃-TiC_P陶瓷基复合材料的裂纹扩展阻力曲线(R-曲线),并测试了材料的抗热震性能,分析了材料的阻力曲线行为与其抗热震性能之间的内在联系。结果表明:材料的阻力曲线行为与抗热震性之间存在明显的相关性。热震引起材料强度的下降幅度与其阻力曲线的陡峭程度及上升幅度有关。阻力曲线越陡峭,上升幅度越大,抗热震性也越好。其中Al₂O₃-SiC_W复合材料显示出更为优越的抗裂纹扩展能力与抗热震性能。扫描电镜观察及理论分析显示:晶须的拔出与桥联补强增韧机制是产生这一现象的主要原因。     

氧化铝陶瓷的缺口弯曲强度

研究了缺口对工业氧化铝陶瓷弯曲强度的影响。结果表明，缺口弯曲强度σｎｂ与试件的应力集中系数Ｋｔ成反比而缺口根部断裂应力σｆ与Ｋｔ无关。     

SiC晶须增韧Al2O3及ZrO2（Y2O3）基陶瓷复合材料的抗热震行为

采用三点弯曲及扫描电镜等方法研究了ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２）及ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）陶瓷复合材料的抗热震性。结果表明ＳｉＣｗ的加入使Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）以及Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）基体的抗热震性显著提高，Ａｌ２Ｏ３陶瓷基复合材料的抗热震性明显优于ＺｒＯ２（Ｙ２Ｏ３）陶瓷基复合材料。同时发现在Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＣｗ材料基础上再加入少量ＺｒＯ２９２     

等离子喷涂ZrO2热障涂层的抗热震性能

为了进一步了解等离子喷涂ZrO2涂层的制备及失效控制措施,提高涂层的使用寿命,研究了涂层在水淬和火焰喷烧两种条件下的抗热震性能.结果表明:水淬条件下垂直裂纹主要分布在距涂层中心12mm范围内,随热震次数的增加,垂直裂纹最终进入次表层,靠近中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下垂直裂纹分布在距涂层中心10 mm范围内,随热震次数的增加,裂纹在表面层和次表层界面处发生偏转,中心处裂纹扩展较快;火焰喷烧条件下涂层的抗热震性能优于水淬下,涂层中孔隙的存在加速了两种条件下裂纹的扩展.     

CaO耐火材料的抗热震性能

采用特种粘结剂,控制工艺参数（如粒度配比、成型压力、烧结温度以及ZrO2添加剂含量等）,制备了CaO耐火材料,测量了力学和物理性能。用中心加热法研究了CaO耐火材料的抗热震性能,结果表明,在合适的粒度分布及烧强温度下,添加ZrO2颗粒能显著提高CaO耐火材料的抗热震性能。     

基于高抗热震性能的陶瓷刀具材料的微观结构设计

本文以现有的抗热震断裂和抗热震损伤的评价理论为基础，通过对材料中微裂纹的长度进行预测，从而实现了对陶瓷刀具材料的抗热震性能的微观结构设计。根据此理论对现有材料的抗热震性能的进行预测，预测结果与实际的测量结果相符，验证了该理论的正确性。     

AlN添加量对BN基复合陶瓷热学性能与抗热震性的影响

以BN、SiO₂、AlN为原料, 采用热压工艺制备出BN基复合陶瓷。研究了AlN添加量对复合陶瓷热学与抗热震性能的影响。结果表明: 随着AlN添加量的增加, 复合陶瓷的热膨胀系数呈现先降低后升高的趋势。当AlN的添加量为5vol%时, 复合陶瓷的平均热膨胀系数最小, 为2.22×10^-6/K; 复合陶瓷的热导率则随着AlN添加量的增加呈先升高后降低的趋势, 当AlN的添加量为10vol%时达到最大值。未添加AlN的复合陶瓷热震后的残余强度随着热震温差的增大而升高; 随着AlN的引入, 复合陶瓷热震后的残余强度呈下降的趋势。对于添加5vol%AlN的复合陶瓷, 经1100℃热震后其残余强度为219.7 MPa, 强度保持率为88.9%, 抗热震性良好。     

残余应力对涂覆Al2O3涂层的ZrO2陶瓷的强度和裂纹扩展阻力的影响

本研究在ZrO₂基体表面涂覆一薄层Al₂O₃涂层, 利用基体与涂层之间热膨胀系数不匹配, 在Al₂O₃-ZrO₂预应力陶瓷(简称A_CZ_S预应力陶瓷)表层引入压应力。采用维氏压痕法评价残余应力对A_CZ_S预应力陶瓷的表层和基体中裂纹扩展阻力的影响。理论分析结合实验结果表明: 表层的压应力使得A_CZ_S预应力陶瓷的裂纹扩展阻力增大, 最终导致强度和损伤容限提高; 且A_CZ_S预应力陶瓷表层的压应力和裂纹扩展阻力随着基体截面积与涂层截面积比值的增加而增大。当ZrO₂基体表层的Al₂O₃涂层厚度为40 μm时, 表层压应力使A_CZ_S预应力陶瓷的弯曲强度达到(1207±20) MPa, 相比于同种工艺下制备的ZrO₂陶瓷强度提高了32%, 同时也是Al₂O₃强度的3倍。此外, A_CZ_S预应力陶瓷也表现出很好的抗热震性能。     

等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层低温抗热震性能的研究

为研究等离子弧喷涂Al2O3陶瓷涂层的低温抗热震性能,对不同结构的涂层进行了600 ℃低温热震试验,并分析、探讨了涂层的热震失效机制.结果表明,Al2O3陶瓷涂层低温下热震失效是由层间裂纹或层内裂纹引起的.对于单一Al2O3涂层,涂层与基体的界面是最薄弱处,层间裂纹的萌生及扩展导致涂层自界面处脱落;对于有FeCrAl金属过渡层的涂层,层内粒子间的结合是最薄弱处,层内片层间裂纹的萌生、扩展导致涂层局部脱落.在陶瓷工作层与基体间增加金属过渡层可有效地缓和涂层界面处的热应力,阻碍裂纹的形成及扩展,从而提高涂层的抗热震性能.     

高强度预应力陶瓷的发展与探索

同步提升陶瓷材料强度及损伤容限是陶瓷发展的核心问题。一百多年前预应力技术大幅提高混凝土和玻璃的弯曲强度,并在世界上广泛应用以来,预应力增强陶瓷材料的设计就成为一个百年梦想。本文总结了增强陶瓷的国内外研究进展,并提出了全新的高强度高损伤容限复合陶瓷的预应力设计及模型,通过优化表面预应力设计,在陶瓷构件表面能够形成一层高度压缩应力,从而阻止裂纹扩展,并抵消外加拉应力,达到提高陶瓷的强度及损伤容限的目的。这种预应力设计理论和规程可应用到结构陶瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷等不同领域,具有明显的通用性和广泛性,且简单、经济,不受构件尺寸和形状的限制,因此极具应用前景。     

一种工业氧化铝的疲劳特性

利用光滑和缺口试件研究了一种工业氧化铝陶瓷的动疲劳特性，给出了一种预测疲劳强度的简便方法，当加载速率σ〈σｃ时（σ≈２０ＭＰａ）试件的动疲劳强度σＤＦ随σ增大而升高，当σ〉σｃ，趋势出现逆转，对于应力集中系数Ｋ１不同试件，σＤＦ－σ关系曲线相互平行，并可用参量Ｋ１σＤＦ归一化。统计分析显示，疲劳强度有可能遵从正态分布或对正态分布，采用本文定义的等效应力，可获得光滑及接口试件的统一ＳＰＴ（Ｓｔｒｅｎ     

具有微孔洞结构陶瓷材料热冲击实验研究

对微孔洞体积含量分别为5％（密实材料）,10％,20％和30％（微孔洞结构材料）的四种氧化铝陶瓷材料通过水冷却的实验法进行了热冲击实验。实验结果表明无论从裂纹的起始模式,还是裂纹扩展程度,都表明具有微孔洞结构的陶瓷材料比其对应的密实材料有着较好的抗热冲击性能。     

纳米ZrO2热障涂层热震性能研究

为了研究纳米热障涂层的热震性能,采用等离子喷涂工艺制备了纳米Y2O3-ZrO2(YSZ)热障涂层,并测试了涂层的热震性能.借助扫描电镜和X射线衍射等手段分析了涂层的物相构成和组织结构.结果表明,涂层中保留未完全熔融的小尺寸颗粒,且存在大量的孔径＜1 μm的微孔,该结构对提高涂层的热震性能极为有利.纳米涂层抗热震性能显著优于常规热障涂层,从室温至1 000℃,经800次热循环,涂层无明显的脱落现象.     

Nondestructive Testing of Thermal Shock Resistance of Cordierite/Silicon Carbide Composite Materials after Cyclic Thermal Shock

Two different types cordierite/silicon carbide composite ceramic materials (KS 50 and KZ 50) were used for this investigation. Both materials were exposed to the water quench test from 950°C, applying various numbers of thermal cycles. When refractory samples are subjected to the rapid temperature changes crack nucleation and propagation occurs resulting in loss of strength and materials degradation. The formation of cracks decreases the density and elastic properties of material. Therefore, measuring these properties can directly monitor the development of thermal shock damage level. Dynamic Young modulus of elasticity and strength degradation were calculated using measured values of ultrasonic velocities obtained by ultrasonic measurements. Level of degradation of the samples was monitored before and during testing using Image Pro Plus program for image analysis. The capability of ultrasonic velocity technique and image analysis for simple and reliable nondestructive methods of characterization was presented in this investigation. It was found that both composite materials exhibit good thermal shock resistance.     

化学镀镍对碳纤维增强聚酰亚胺表面WC/Co涂层抗热震性能的影响

在航空发动机涡轮叶片用碳纤维增强聚酰亚胺(C/PMR15)复合材料表面喷涂WC/Co涂层可以提高其抗氧化耐冲刷性能,采用整体热震法能够评定涂层与基体的结合力.研究了在C/PMR15基体上化学镀镍作为粘结底层对WC/Co喷涂层抗热震性能的影响,并与喷涂PMR15粉末作为过渡层的方法进行了比较.结果表明,在PMR15过渡层上不能得到完整的后续涂层,在化学镀镍粘结底层上可得到连续致密的镍基合金层和WC/Co涂层,镀镍层大幅度提高了基体抗氧化能力,缓和了WC/Co涂层和基体界面位置的热应力,涂层抗热震性提高.