Al2O3基复相陶瓷及其韧化机理的研究进展

Al2O3结构陶瓷具有高强度和硬度且耐磨等诸多优点,但其脆性大,从而制约了其应用。针对Al2O3结构陶瓷的韧化,研究者提出一些增韧机制,主要是采用第二相对其进行韧化,制备Al2O3基复相陶瓷。本文对Al2O3基复相陶瓷的研究进展及其韧化机理进行了综述。     

矾土基Fe3Al/Al2O3复相陶瓷的制备工艺的研究

利用机械合金法制备了Fe2Al金属间化合物,并以此为增强相,以高铝矾土陶瓷为基体,采用弱还原气氛烧结,在1500℃制得Fe3Al/Al2O3复相陶瓷,研究分析了其微观结构及力学性能.结果表明,当加入质量分数4.5%的Fe3Al金属间化合物时,断裂韧性、体积密度和vickers硬度分别达到7.23MPa.m1/2、3.9...     

MgO引入量对反应烧结ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷性能的影响

以锆英石粉和α-Al2O3粉为原料,同时引入不同量的MgO(分别占ZrO2含量的0、3.5%、5%、8%、10%和20%)作烧结助剂和t-ZrO2的稳定剂,采用反应烧结法,分别于1500 ℃、1550 ℃、1600 ℃和1650 ℃保温4 h制备了ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷.结果表明MgO的引入能促进ZrO2增韧Al2O3复相陶瓷的烧结,并提高了t-ZrO2的含量,但同时对生成物相产生影响,抑制了莫来石的生成;在ZrO2含量为5%(w),MgO引入量为ZrO2含量的8%时,试样经1600 ℃烧成后,性能达到最佳,常温抗折强度和断裂韧性分别达到220 MPa和6.2 MPa·m1/2.     

ZrO2增韧对Al2O3—TiC—ZrO2复相陶瓷材料冲蚀行为的影响

本通过冲蚀表面形貌的SEM观察和XRD物相分析研究了ZrO2增韧对ATZ材料的冲蚀行为的影响，结果表明：3含ZrO2量为20－60％的ATZ冲蚀应力场诱发下具有良好的相变增韧和微裂纹增韧效果，具有相当好的冲蚀磨损抗力，其中AT30Z40的综合抗冲蚀性能最佳；ZrO2含量较低时，相变增韧对ATZ材料抗冲蚀性能提高不明显，而当ZrO2含量超过80％后，ATZ的抗高速冲蚀性能急剧恶化，这是因为它在冲蚀过程中，产生过多的相变诱发微裂纹，而发生微裂纹连接所致。     

ZrO2-Al2O3复相陶瓷的研究

采用工业ZrO2,Al2O3为原料,通过适当的工艺制备出ZrO2-Al2O3复相陶瓷.研究结果表明:添加Al2O3可有效地抑制ZrO2晶粒的生长,有利于使ZrO2晶粒以亚稳四方相存在,从而提高材料的强度与断裂韧性.Al2O3质量分数为20%时,复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别为676.7MPa,10MPa*m1/2.相变增韧与颗粒弥散增韧作用相互叠加提高了复相陶瓷材料的力学性能.     

ZrSiO4/Al2O3烧结氧化铝-莫来石复相陶瓷微观结构的研究

将氧化铝和锆英石混合物试样分别在1350℃、1550℃下烧成，结果发现在1350℃烧成、保温3h的样品中有莫来石生成，而在1550℃烧成、保温3h的情况下却未发现莫来石生成，本文对此作了分析和探讨。关键词：氧化铝一莫来石，复相陶瓷，微观结构。     

Al2O3/TiO2纳米复相陶瓷的增韧机理研究

纳米结构与纳米添加剂对陶瓷体的增韧是多种增韧方式共同存在的.对于1350℃烧结的ATZ陶瓷,其增韧机理为相变增韧和纳米颗粒增韧;对于1 450℃的ATZ陶瓷烧结体,增韧机理主要为纳米颗粒增韧、微裂纹增韧.ATZ陶瓷体在1 450℃烧结时的增韧效果优于1 350℃烧结时的增韧效果.     

复相陶瓷

从陶瓷发展历史过程与相应社会发展需求说明复相陶瓷的研究是当前结构陶瓷发展的重要研究方向之一。简要介绍了复相陶瓷的组份设计的主要依据是物理化学性能上相互匹配,以及制备科学和工艺方案选择合理性。从近年来对复相材料的研究发展举出若干成功例子,其中以纳米级复合材料性能更佳,可能是发展高强高韧结构材料的一个主要方向。最后对复相陶瓷的强化增韧机理加以综述。     

Cr2O3添加对ZTA复相陶瓷显微结构和力学性能的影响

采用无压烧结制备ZTA复相陶瓷,探究Cr2O3的添加对ZTA复相陶瓷显微组织和力学性能的影响.结果表明:Cr2O3会促进Al2O3晶粒的生长,并出现长条状Al2O3晶粒;随着Cr2O3的增加,复相陶瓷的密度、硬度、断裂韧性均呈现先增大后减小趋势.在Cr2O3添加量为0.6％时具有最佳性能,但过多的Cr2O3会使陶瓷内部...     

Al2O3-TiC基复相陶瓷的制备和性能

Al2O3-TiC基复相陶瓷具有高强度、高硬度和较好的高温稳定性,常用于刀具、发热体和电子器件。本文综述了Al2O3-TiC基复相陶瓷的各种制备方法及其优缺点、常温和高温性能、各种增韧手段和增韧机制,并展望了Al2O3-TiC基复相陶瓷研究的发展方向。     

陶瓷材料小裂纹阻力曲线拟合参数的研究

利用压痕扩展法获得了ＴｉＣ，ＴｉＮ／Ｓｉ３Ｎ４复合材料的阻力曲线，采用指数经验公式拟合处理实验数据，探讨了公式中各参娄的物理意义和影响因素。     

TiC颗粒弥散Al2O3复合材料的阻力曲线行为

研究了ＴｉＣ颗粒弥散ＡＩ２Ｏ３复合材料的阻力曲线行为,发现ＴｉＣ颗粒对ＡＩ２Ｏ３基体的增韧效果在很大程度上取决于ＴｉＣ颗粒的尺寸,在ＴｉＣ颗凿尺寸较小的情况下,复３事材料的断裂韧性与ＡＩ２Ｏ３着ＴｉＣ颗粒尺寸的增大而增大,本工作 地裂纹扩展途径的观察,简要讨论了ＴｉＣ颗粒弥散ＡＩ２Ｏ３复合材料中的增韧机制。     

Al2O3在莫来石中固溶对ZTM/Al2O3陶瓷结构与性能的影响

研究了加入氧化铝对ZTM陶瓷结构和性能的影响.发现在烧结过程,氧化铝可固溶于莫来石颗粒形成富铝型柱状莫来石,并因其产生的体积膨胀增强了基质对氧化锆颗粒的约束,使材料中的四方氧化锆相对含量增加,其强韧化效果进一步发挥,明显改善了材料的力学性能.     

纳米BN包覆的Al2O3复合粉的制备及其烧结性能研究

以尿素和硼酸为氮化硼源，利用氢气还原法在亚微米级氧化铝粉末表面均匀包覆一层纳米级BN，包裹层的厚度可通过BN含量来调节。当氮气压力为0.52-0.53MPa时，复合粉经1400℃至1600℃热处理，中间产物Al-O-B分解得到BN，同时BN由t(turbostratic)相转变为h(hexagonal)相。1500℃处理可得到包裹紧密的h-BN-Al2O3纳米复合粉。以氮经硅为烧结助剂，30％BN－Al2O3(in volume)复合粉在1700热压烧结即可得到几乎完全致密化的纳米复相陶瓷，表观气孔率接近于零。材料的抗弯强度为446MPa，可用硬质合金钻头轻易钻孔。     

氧化物/BN可加工复相陶瓷的高温氧化行为及表面裂纹修复

研究了2种可加工复相陶瓷Al2O3／BN和Y-ZrO2／BN在不同温度下的氧化行为及其热处理损伤修复。结果表明：高温时Al2O3／BN表面氧化生成致密的硼酸铝(Al18B2O33)氧扩散障碍层,并且与基体形成强结合的梯度抗氧化涂层,阻止了氧气向材料内部的快速扩散,因而具有良好的自愈合抗氧化性。而Y-ZrO2／BN复相陶瓷由于不能形成有效的氧化屏蔽,抗氧化性较差。2种复相陶瓷在900℃热处理后,表面形成的液态B2O3膜使压痕裂纹均得到愈合,压痕强度从热处理前的162MPa(Al2O3／BN)和336MPa(Y-ZrO2／BN)分别增加到热处理后的406MPa和585MPa。但在1100℃热处理2h后,由于过度的氧化会使Y-ZrO2／BN失去裂纹愈合的效果,压痕强度迅速下降。     

纳米SiC-Al_2O_3/TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式 .由于纳米SiC的加入 ,材料以穿晶断裂为主 .通过透射电镜观察 ,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布 ,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷 .在纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,少量纳米SiC位于基体晶粒间 ,大多数纳米SiC位于基体晶粒内 ,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒 .通过高分辨透射电镜观察 ,研究了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,纳米SiC与基体间界面结合状态 ,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相 ,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强 ,有利于材料力学性能的提高 .另外研究了裂纹在材料中的扩展行为 ,结果表明 ,纳米粒子对裂纹的扩展起到偏折和钉扎作用     

细晶Al_2O_3-TiN复合物的高温蠕变

研究了Ａｌ２Ｏ３ＴｉＮ复合物在１２５０１４００℃、１０５０ＭＰａ应力范围的压缩蠕变特性。结果表明Ａｌ２Ｏ３中加入ＴｉＮ粒子应变速率有所提高,其最大值在ＴｉＮ的体积分数２０％３０％附近,进一步提高ＴｉＮ体积分数应变速率有所下降。该材料的应力指数约为２１,温度变化对其影响不大,表观活化能为５００６００ｋＪ·ｍｏｌ－１。应变速率的提高可能与Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＮ的界面化学组成有关。     

Al2O3/TiC复合陶瓷拉丝模材料的摩擦磨损性能

采用热压法制备出Al2O3/TiC复合陶瓷材料,该材料具有良好的综合力学性能,抗弯强度为850MPa,断裂韧性为4.9MPa·mi/2.由高速环块磨损试验机对其摩擦磨损行为及其磨损机理作了试验研究.用扫描电镜观察了磨损表面形貌.结果表明Al2O3/TiC复合陶瓷拉丝模材料磨损率随试验转速升高而下降,但压力变化对磨损率的影响不大.Al2O3/TiC复合陶瓷拉丝模材料磨损机理主要是脆性脱落和犁沟,具有良好的耐磨性.是制备拉丝模的优良材料.     

压痕残余应力对氮化硅基复合材料阻力曲线行为的影响

通过压痕小裂纹直接量测法获得了ＴｉＣ，ＴｉＮ／Ｓｉ３Ｎ４复合材料的阻力曲线，采用更具合理性的指数经验公式拟合处理实验数据，初步探讨了Ｋ∞，Ｋ＾＊Ｒ，ΔＣ，等参数的物理意义。对压痕残余应力消除前 实验结果进行比较，发现压痕残余应力的消除，提高了材料的极限断裂韧性值Ｋ＾＊Ｒ，却大大减少了裂纹稳态生长的容限，使得材料的脆性行为更为突出。     

影响氧化铝水基料浆流变学特性的关键因素

用流变学的方法在RV-20型流变仪上研究不同条件,如:固含量、分散剂加入量、烧结助剂、增塑剂等对碱性氧化铝悬浮体的流变性的影响.结果表明:氧化铝陶瓷碱性料浆(pH＞7)在低的剪切速率(＜100 s-1)时,表现为剪切变稀.在水基料浆中添加MgO时,会发生强烈的水合反应,导致料浆失去流动性.增塑剂甘油的加入导致料浆粘度升高的幅度是有限的,不会对料浆固含量和浇铸工艺造成显著不利的影响.加入水溶性丙烯酸乳液后,在低的剪切速率下,料浆仍然呈现剪切变稀行为,随着乳液含量的增加,料浆的静态粘度逐渐增大.分散剂聚丙烯酸氨的加入量对料浆的稳定性具有显著的影响.在分散剂的加入量为固相质量的0.8%左右时,分散剂在陶瓷颗粒表面形成饱和吸附,此时料浆的稳定性达到了最佳状态.