莫来石—钛酸铝复相陶瓷研究

本文介绍了莫来石－钛酸铝复相陶瓷的制备工艺及其主要性能；重点讨论了该复相陶瓷的烧结性、增强机制、膨胀性能影响、高温分解、高温强度及抗热震性等方面的变化；简单介绍该材料的应用前景。     

添加ZrSiO4制备Al2O3/ZrO2/莫来石复相陶瓷的组织及力学性能研究

将一定质量的硅酸锆和氧化钇加入无水乙醇湿法研磨、干燥后,加入Al2 O3陶瓷粉料中,1550℃常压烧结,保温3h,制得陶瓷.研究所制备陶瓷的微观组织及其力学性能.结果表明:添加ZrSiQ之后,陶瓷中生成了t-ZrO2,ZrO2相变时的体积效应弥补了部分气孔,使复相陶瓷气孔减少,致密度提高;界面生成的ZrO2改变了材料的断裂方式,使材料的抗弯强度、断裂韧性、抗热震性能都得到明显的改善.     

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.     

无压烧结Al2O3/ZrSiO4复相陶瓷的研究

以Al2O3颗粒为增强体,MgO-Y2O3为烧结助剂,采用无压烧结方法,在组分优化的基础上,制备的锆英石基复相陶瓷室温抗弯强度和断裂韧性分别可达371 MPa和3.4 MPa·m1/2;采用XRD、SEM分析样品的相组成和显微结构,结果显示:确定ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2的存在;确定复相陶瓷的强韧化是由Al2O3颗粒引发的裂纹偏转、微裂纹增韧和由ZrSiO4分解而来的ZrO2相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

Al2O3/SiC复合陶瓷的反应烧结

在空气中于1600℃对Al2O3/0.78%SiC纳米复合体进行2h的反应烧结,制得Al2O3/5%莫来石复合陶瓷,其中的莫来石分为两类,即3Al2O3·2SiC和Al5.65Si0.35O9.175。采用SEM和TEM研究Al2O3/莫来石复全陶瓷的微观结构。对Al2O3/莫来石复合陶瓷的密度和力学性能如杨氏模量、泊松比、硬度、韧性和强度进行了研究。     

放电等离子烧结Si3N4/Al2O3纳米复相陶瓷的增韧机理

用放电等离子烧结制备了Si3N4/A12O3纳米复相陶瓷.在1 450℃,当Si3N4质量分数为10%时,Si3N4/A12O3纳米复相陶瓷的韧性达到5.261MPa·m1/2,与纯Al2O3的断裂韧性4.014MPa·m1/2相比提高了31.1%.X射线衍射分析表明在高温烧结形成了sailon相.扫描电镜显微分析显示复相陶瓷具有晶内/晶界混合型结构,增韧机制主要为微裂纹增韧和残余应力增韧.     

BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的制备及力学性能

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相 BaNb2O6引入到 Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于 1350 ℃制备 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明：BaNb2O6与 Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了 Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为 10%（体积分数）时,1350 ℃无压烧结和热压烧结制备的 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为 94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和 99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到 BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相 BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

常压烧结莫来石／氧化锆／碳化硅复相陶瓷的研究

本文对莫来石／氧化锆／碳化硅复相陶瓷进行了Ｎ２气氛中常压烧结的研究。实验结果表明：ＳｉＣ粒子添加量≤２０ｖｏｌ％，材料均可致密烧结并可获得均匀的微观结构。ＳｉＣ粒子的加入使材料人力学性能较莫来石／氧化锆陶瓷有明显的提高，并在ＳｉＣ含量为１０ｖｏｌ％时达到峰值，室温强度和断裂韧性分别为６０１ＭＰａ和５．８ＭＰａ＾Ｃ２，接近热压材料。     

莫来石对氧化铝基复相陶瓷抗热震性及显微结构的影响

氧化铝陶瓷是一种应用广泛的工程陶瓷材料,但存在断裂韧性低、抗热震性较差等缺点。为改善氧化铝陶瓷的相关性能,本研究采用无压共烧法制备了氧化铝-莫来石-堇青石复相陶瓷,研究了莫来石添加量对氧化铝基复相陶瓷体积密度、抗热震性、显微结构等方面的影响。结果表明,当添加的莫来石质量分数为20%时,在1 500℃保温2 h制备的复相陶瓷具有较高的体积质量（3.838 g/cm³）、抗折强度（547.06 MPa）和较好的抗热震性能（800℃剩余应力为47.09 MPa,且表面无裂痕）。由于莫来石在氧化铝基体中起到了桥接、挡裂和拉出等增韧作用,同时可降低复相陶瓷的热膨胀系数,因而赋予复相陶瓷较好的抗热震性能。     

Al2O3/BN复相陶瓷的R曲线特性

采用压痕-强度法测定了Al2O3／BN复相陶瓷的阻力曲线。结果表明;该复相陶瓷具有良好的耐接触损伤性能,呈现出上升的阻力曲线效应,显示出增强的抗裂纹扩展能力。而对应的Al2O3单相陶瓷的阻力曲线为一水平直线。分析认为：超细弥散的h—BN与基体之间模量及热膨胀失配会在h—BN的弱结合层间产生微开裂,有助于抑制主裂纹的失稳扩展,这是Al2O3／BN复相陶瓷具有优良耐损伤性能和上升型R曲线效应的主要原因。     

莫来石晶种对反应烧结ZrO2/莫来石复相陶瓷显微结构的影响

通过显微结构观察研究了莫来石晶种对反应烧结ZrO2/莫来石复相陶瓷显微结构的影响。研究结果表明：与不含晶种试样相比,添加Ma(d50=1.87μm)和Mb(d50=0.83μm)晶种试样的显微结构比较均匀,莫来石晶粒多呈等轴状,且大小均一,晶内型ZrO2和封闭气孔较少。添加晶种对莫来石晶粒有明显细化作用。但晶种添加量和晶种颗粒尺寸对反应生成莫来石的晶粒尺寸无明显影响。采用溶胶－凝胶法制备的莫来石晶种（Mc)使试样中长出了一定量的长柱状的莫来石晶粒。     

添加剂对镁橄榄石-堇青石复相陶瓷性能的影响

研究了ZnO、La2O3,和Sm2O3,的加入对镁橄榄石-堇青石复相陶瓷的烧结和介电性能的影响,并对影响机理作了初步探讨.结果表明选择合适种类和数量的添加剂能够使复相陶瓷在1280～1360℃之间烧结.复合添加5%ZnO、2%La2O3和2%Sm2O3的复相陶瓷的介电性能较好,介电损耗在10-4数量级,介电常数约为7.0,其温度系数为124×10-6/℃,是一种性能良好的介质材料.     

原位合成TiB2-TiCx复相陶瓷的显微组织

应用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对原位合成的TiB2-TiCx复相陶瓷显微结构进行了分析。并分析了Ti-B4C反应的原位生成机理。结果表明,Ti3B4相稳定存在于生成物中,其形态与形成温度和反应机理有关。     

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。     

陶瓷基复相材料的非相变增韧机制

本文讨论了脆性陶瓷基复相材料不同于其它韧性基体复合材料的特点,较为系统的论述了颗粒弥散复相陶瓷材料的主要非相变增韧机制,为高韧性新型复相陶瓷材料研究开发提供理论参考。     

利用人工神经网络预测复相陶瓷材料组分含量的研究

根据人工神经网络（ANN）的BP(back propagation）算法,预测复相陶瓷各组分的体积分数的神经网络模型,模型由三层神经元组成,分别为输入层、隐含层和输出层用以模拟人脑的结构,输入层参数由两部分组成,一部分为抗弯强度、硬度和断裂韧性等力学性能,另一部分包括相应各组分的弹性模量和热膨胀系数,以用来辨识不同的材料系统,输出层参数是复相陶瓷中各组分的体积分数,只要训练样本值足够精确,预测模型就能够预测已有的陶瓷系统的组分含量,同时,模型能够预估未知材料系统的组分含量。计算证明,模型的容错性较好,因此对开发新型复相陶瓷非常有益。     

气压烧结TiB2-Al2O3复相陶瓷的显微结构与力学性能

以2.5%(质量分数,下同)Ni为助烧剂,用气压烧结方法分别制备了含20%,30%和50%Al2O3的TiB2-Al2O3复相陶瓷.通过扫描电镜观察样品的形貌,并研究了Al2O3含量对材料显微结构和力学性能的影响.结果表明:金属Ni能有效地促进材料的致密化;随着Al2O3含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性增加,弹性模量出现峰值,Vickers硬度降低,Rockwell硬度变化不大.在加入30%Al2O3时,得到了显微结构均匀,性能较好的TiB2-Al2O3复相陶瓷,其抗弯强度可达520MPa,弹性模量达339GPa,Rockwell硬度达92.6.     

碳化硅基复相陶瓷的高温氧化及其对强度的影晌

本文系统地研究了引入第二相非氧化物粒子TiC,TiB_2,ZrB_2和氧化物粒子Al_2O_3后SiC基复相陶瓷的氧化行为和规律,以及它对SiC基复相陶瓷强度的影响。实验结果发现,引入第二相非氧化物粒子后SiC基复相陶瓷的抗氧化性能大大降低,会在较低的温度下发生灾难性快速氧化,出现灾难性氧化的温度与引入的第二相非氧化物粒子的种类有关而与添加量无关,在出现灾难性氧化前的100～150℃,强度会发生大幅度下降现象;引入第二相氧化物粒子Al_2O_3的SiC基复相陶瓷,其抗氧化性不发生踢显变化,高温强度也不出现大幅度降低的现象;各种SiC基复相陶瓷的抗氧化能力次序为:SiC-Al_2O_3>SiC-TiC>SiC-TiB_2>SiC-ZrB_2。     

反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石及其碳结合材料的显微结构和高温力学性能

本文研究了反应烧结含ZrO_2的刚玉-莫来石材料及其碳结合材料的相组成,显微结构和力学性能。结果表明,对刚玉-莫来石材料由于加入氧化锆引起的微裂纹,中、低温强度趋于下降;但在1300℃以上,强度和抗蠕变性能都有明显上升。这可能是因为微裂纹得到一定弥合,同时氧化锆和莫来石之间形成晶界固溶。对碳结合刚玉-莫来石-氧化锆材料,在所有试验温度下,强度都随石墨加入量增加而下降。强度-温度曲线呈现两个特征:(1)由600℃至800℃强度下降,而由800℃至1000℃强度均有回升;(2)由1300℃至1400℃强度略有回升。这与金属粉添加剂在不同温度下的行为有密切关系。形成针状或纤维状的碳化物有利于提高强度。     

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