Al2O3-ZrO2陶瓷体系中晶粒生长模型的研究

研究了Al2O3-ZrO2陶瓷体系中两相晶粒生长，提出了双相体系的晶粒生长模型，并解释了“内晶型”结构是如何形成的。研究发现，两相结构的形成与温度、保温时间及ZrO2等二相的数量有关系，其中温度的影响最为显著。内晶型ZrO2结构的形成是基体晶粒急剧长大的结果，而不是以往研究的以纳米粒子为生长点，基体粒子的成核、长大。有利于基体晶粒急剧生长的条件也有利于内晶的形成；内晶的形成过程可概括为Ostwald生长与基体晶粒的快速长大。但值得注意的是，并不是ＺrO2的含量越多，形成的内晶型结构就越多。     

TiO2含量对ZTA陶瓷性能的影响

研究了TiO2含量对ZTA陶瓷烧结力学性能以及显微结构的影响.研究从1550 ℃到1625 ℃烧结了TiO2含量不同的ZTA粉体.结果发现TiO2的加入能明显促进ZTA的烧结致密化,适量的TiO2可以加速晶界移动,降低晶粒尺寸,在1600 ℃以下可以获得综合力学性能良好的ZTA陶瓷;过量TiO2会引起晶粒异常长大,甚至过烧.     

La2O3掺杂SnO2陶瓷的烧结机理探讨

利用共沉淀法制备La2O3掺杂二氧化锡陶瓷。通过观察晶粒及晶界情况分析了烧结机理。结合相图指出在烧结初期以固体烧结为主,随着烧结的进行出现少量液相,进一步促进了烧结,在烧结后期从主晶相中分离出第二相。     

氧化锆/氧化铝复相陶瓷显微组织缺陷分析

针对5Y-ZrO2/Al2O3复相陶瓷出现的晶粒异常长大和晶粒开裂问题展开研究。以ZrO2和Al2O3为主要原料,采用常压烧结工艺制备陶瓷样品,利用SEM观察显微组织。分析表明:MgO对抑制Al2O3晶粒异常长大有重要影响,MgO的加入量应随着Al2O3加入量的变化而改变;烧结温度的改变将导致异常长大的Al2O3晶粒细化。当烧结温度较低时,Al2O3晶粒将在短轴方向逐渐断开成段;当温度较高时,则沿着长轴方向逐渐开裂成条状。ZrO2晶粒的断裂主要与烧结温度有关:在1630℃以上烧结时,出现裂纹并贯穿晶粒;晶粒开裂的原因是:烧结温度较高时,陶瓷中形成了t-ZrO2,在降温过程中大颗粒的t相发生t→m相变,而小颗粒t相则无法变成m相,引起局部体积变化不均匀,从而产生相变应力导致晶粒穿晶断裂。     

纳米复合陶瓷增韧机理分析

分析研究了纳米复合陶瓷材料的断裂模式和和场情况,提出纳米复合陶瓷韧性增加是主晶界强化和晶粒分化共同作用的结果。晶界纳米相能和基质形成高和谐主晶界,从面对沿晶裂纹起强“钉扎”作用;晶内纳米相的增韧作用在于形成有利于穿晶断裂的应力场,再加上微纹和次界面,使晶界得以强化,而基质晶粒趋向脆化。若纳米相过多,基体得到细化,但晶内纳米颗粒的应力作用更加突出,不利于断裂韧性的提高。     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

通过对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结,获得的试样相对密度大于98％,物相分析烧结体中没有Si3N4颗粒存在,而是形成β-SiAlON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SiAlON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处,也存在于Al2O3晶粒内部,形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂,又能引起裂纹偏转,起增强作用,但由于产生晶界滑移,材料韧性有所下降。     

纳米SiC对Al2O3/TiC基多相陶瓷材料显微结构的影响

从烧结温度、基体晶粒大小、断裂方式、SiC在基体中的分布等几方面研究了纳米SiC颗粒的加入对Al2O3/TiC复相基体显微结构的影响.实验表明,纳米SiC颗粒的加入提高了烧结温度,抑制了基体晶粒的异常长大,明显细化了晶粒.试样的断裂方式从以沿晶断裂为主转变为以穿晶断裂为主.纳米SiC在基体中分布均匀,部分位于晶粒内,另一部分位于晶界上.这种显微结构有利于材料力学性能的提高.     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％，物相分析烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部，形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂，又能引起裂纹偏转，从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移，韧性有所下降。     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

本文对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％，采用物相分析，烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部，形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂，又能引起裂纹偏转，从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移，韧性有所下降。     

ZrO2-Al2O3复相陶瓷的研究

以纳米ZrO 、微米Al O 为原料,采用无压烧结方式制备了ZTA 复相陶瓷。结果表明:nano-ZrO 的 2 2 3 2加入有利于制备细晶ZTA 复相陶瓷。此外,nano-ZrO 的加入对 Al O 陶瓷的显微结构也产生影响,ZrO 颗粒以 2 2 3 2“晶内型”和晶界型两种形式存在。合理的配方组成及制备工艺有利于 Z r O 以四方亚稳相存在。Z r O 含量为 2 23 0 w t % 时,其四方相含量可达 6 9 %,有利于应力诱导相变增韧,该 Z T A 复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性分别达到 604MPa、6.87MPa·m1/2。     

添加ZrO_2对Ta_2O_5陶瓷结构与性能的影响

以ZrO2和Ta2O5粉体为原料,采用固相反应法制备了ZrO2掺杂Ta2O5陶瓷。研究了ZrO2掺杂对Ta2O5陶瓷的相组成、微观结构、抗弯强度、热膨胀系数和抗热震性能的影响。结果表明:ZrO2掺杂可在烧成过程中抑制β-Ta2O5相向α-Ta2O5相的转变,5%(质量分数,下同)ZrO2掺杂Ta2O5陶瓷为β-Ta2O5单相固溶体。3%ZrO2掺杂,显著抑制了Ta2O5陶瓷高温烧结过程中的晶粒长大,避免了晶界开裂;掺杂量达到5%以上时,可显著促进Ta2O5陶瓷的烧结致密化。5%ZrO2掺杂的Ta2O5陶瓷表现出较高的抗弯强度(74.5MPa),低的热膨胀系数(1.96×10-6/℃)和良好的抗热震性能。     

Y2O3加入方式对Y-TZP材料结构与性能的影响

研究了采用机械混合和化学共沉淀两种方式引入Y2O3对Y－TZP材料结构与性能的影响。研究表明,虽然机械混合引入Y2O3制备的Y－TZP材料因产生双晶结构并伴生气孔,使材料的强度有所降低,但因其形成ZrO2晶粒中Y2O3含量外高内低的“核”结构,使其韧性和抗低温老化性能较共沉淀法引入Y2O3制备的Y－TZP材料明显提高。     

ZrO2和Ni复合掺杂对Al2O3陶瓷结构及性能的影响

利用非均相沉淀包覆-热还原工艺制备粒径分布均匀、表面光滑的球形Al2O3/ZrO2/Ni,Al2O3/Ni,Al2O3/ZrO2复合结构粉体,再经真空热压烧结得到相应的复合陶瓷.通过X射线衍射和扫描电镜对前躯体、热还原粉体及烧结陶瓷的成分及结构进行了表征,并对陶瓷的力学性能、介电常数进行了检测和分析.实验结果表明:金属Ni的引入抑制了Al2O3的致密化,细化了晶粒,强化了氧化铝晶界,使氧化铝发生穿晶断裂而起到增韧效果;ZrO2对Al2O3陶瓷致密化及细化晶粒作用不明显,但通过相变增韧或形成弱界面起到了较好的增韧作用;Al2O3/ZrO2/Ni复合材料的断裂韧性增加值并未高于Al2O3/Ni和Al2O3/ZrO2 2种复合材料断裂韧性增加值之和,但增强了空间电荷的极化,使复合材料具有较高的介电常数.     

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析

为了提高Al2O3陶瓷的抗热震性及强度,在Al2O3基陶瓷中添加SiC、nano-ZrO2+SiC,利用无压烧结工艺,制备了用于太阳能热发电的Al2O3-SiC及Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC复相陶瓷。材料的EPMA分析结果表明:样品中ZrO2颗粒在室温下为以亚稳四方相存在,在裂纹尖端应力场的作用下,ZrO2粒子发生四方相→单斜相的相变吸收能量,从而提高了材料强度及断裂韧性;原料中的部分SiC颗粒发生氧化反应,反应生成莫来石,针棒状莫来石形成桥连结构,阻止热震情况下产生的微裂纹发展成危险裂纹,从而提高材料抗热震性。SEM研究显示,SiC晶粒在外力作用下发生穿晶断裂、被拔出及桥结作用。     

不同工艺制备ZrO2—Al2O3复合陶瓷超细粉体的研究

采用正滴定工艺，反滴定工艺和水解工艺来制备ＺｒＯ２－Ａｌ２Ｏ３系复合陶瓷超细粉体。研究了制备工艺对水合氧化锆凝胶的包裹状态，煅烧后粉体中ＺｒＯ２颗粒的弥散状态以及烧结体显微结构的影响。结果表明采用水解工艺，ＺｒＯ２颗粒能均匀弥散在Ａｌ２Ｏ３颗粒周围，最终获得均匀细晶的陶瓷烧结体；在反滴定工艺中，虽然水合氧化锆凝胶能较好包裹Ａｌ２Ｏ３颗粒，但由于Ａｌ２Ｏ３颗粒本身得不到有效分散，因此在烧结体中出现了     

过量TiO2助烧剂对Ba0.998La0.002TiO3陶瓷晶粒生长的影响

采用电性能测定和微观结构分析等方法研究了过量TiO2助烧剂对Ba0.998La0.002TiO3陶瓷晶粒生长的影响.结果表明:对于Ba0.998La0.002TiO3陶瓷在有液相参与烧结的晶粒溶解-淀析过程中,晶粒生长的必要条件是不仅要有液相的形成,而且BaTiO3晶粒必须在液相中有一定的溶解度.由于BaTiO3晶粒在Ba6Ti17O40和Ba2TiSi2O8液相中有足够的溶解度,促进了晶粒的生长,同时旌主掺杂离子进入晶格而释放氧,形成半导性的陶瓷,而BaTiO3晶粒不能溶解于Ba2Ti2SiP2O13液相中,抑制了晶粒的生长.     

Al_2O_3–ZrO_2复相陶瓷的低温力学性能和热学性能

采用无压烧结法制备Al2O3–15%（质量分数）ZrO2（简称ZTA）复相陶瓷,研究了ZTA复相陶瓷在293～77K的力学性能以及300～5K的热学性能,分析了ZTA复相陶瓷在不同温度断裂时断面上ZrO2发生的相变量和相变区宽度。结果表明：ZTA复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度均随温度下降而逐渐提高;77K时抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度比293K时分别提高了10.8%、19.7%和10.4%;ZTA复相陶瓷的热导率随温度下降先增大,在97K时达到最大值,然后随温度下降而降低。低温环境增强了ZTA复相陶瓷中应力诱导t-ZrO2→m-ZrO2的相变增韧效应,提高了ZTA复相陶瓷的低温力学性能。ZTA复相陶瓷具有良好的低温力学性能和较小的低温热导率,是一种有广阔应用前景的低温结构陶瓷材料。     

氧化铝基纳米复合陶瓷显微结构的研究

考察了Al2O3-SiC和Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合陶瓷的断裂方式。由于SiC的加入,材料以穿晶断裂为主。通过透射电镜观察,研究了纳米复合陶瓷中材料SiC颗粒的分布,证明所制备的材料为晶内型纳米复合陶瓷。在Al2O3-ZrO3(3Y)-SiC纳米复合陶瓷中,小的ZrO2颗粒分布于Al2O3晶粒内,大的ZrO2晶粒位于Al2O3晶粒间,ZrO2的分布影响Al2O3晶粒的形状。通过高分辨透射电镜,观察了Al2O3-SiC和Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合陶瓷中Al2O3/Al2O3,Al2O3/SiC,Al2O3/ZrO2的界面。在两颗晶粒间的晶界几乎没有玻璃相的存在,证明纳米复合材料中晶界得到了加强,有利于力学性能的提高。