Al_2O_3-ZrO_2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性

以Al2O3-ZrO2复合粉末、W、Cr、Ni、Co粉末为原料,采用热压烧结工艺制备了性能优良的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷复合材料。通过SEM,EDS,XRD等手段分析其微观组织,单边梁开口法(SENB)测量其断裂韧性。实验结果表明在1320℃,20MPa条件下热压烧结制备的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性为7.16±0.4MPa.m1/2,硬度为83.3HRA,横向断裂强度为540MPa,相对致密度为97.4%;对维氏压痕下裂纹扩展进行了分析,其增韧机理为延性金属对裂纹的桥梁作用和氧化锆相变增韧,在裂纹通过时硬质相以沿晶断裂为主。     

BN/Al_2O_3/碳纤维填充MVQ导热复合材料的制备

以甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)为基体,片层氮化硼(BN)、球形Al_2O_3、碳纤维为填料,通过共混的方法制备了导热硅橡胶复合材料。利用热重分析仪(TGA),扫描电子显微镜(SEM),电子拉力试验机以及导热系数仪对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:复合材料的热导率、热稳定性、力学性能、交联密度随着填料量的增加而增加。填料量达50vol.%时,尤以片层BN对热导率增加的效果突出,热导率从0.168增至1.8W/(m·K);碳纤维对复合材料的力学性能贡献最大,拉伸强度从0.48增加到2.98MPa;片层BN在橡胶基体中以面-面接触的方式均匀分散,更易于形成有效的导热网链。     

多孔Al_2O_3陶瓷/Al_2O_3超微粉/环氧树脂新型复合材料的性能研究

以孔隙规则排列的Al2O3多孔陶瓷为骨架,制备了多孔Al2O3陶瓷/Al2O3超微粉/环氧树脂新型复合材料。研究了三维连通陶瓷骨架对复合材料力学性能和高温尺寸稳定性的影响。研究结果表明,新型复合材料具有更优越的室温和高温力学性能。当陶瓷骨架含量为16.8%时,其室温的抗弯强度、抗弯模量、抗压强度和抗压模量分别为115.5MPa、3.6GPa、170.2MPa、2.4GPa。在120℃压缩时,其抗压强度、抗压模量分别为47.8MPa、0.9GPa。新型复合材料具有良好的高温尺寸稳定性,在180℃尚未发现变形。     

碳纤维表面改性增强Fe3Al-Al2O3复合材料的制备及组织性能

采用溶胶-凝胶分散和热压烧结制备了短切碳纤维（CF_s）/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料。分别通过电化学镀Cu和化学气相沉积SiC对CF_s表面修饰和改性,研究了Cu镀层和SiC涂层对CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料显微组织、相组成、力学性能及断裂行为的影响。结果表明,未修饰的CF_s在Fe₃Al-Al₂O₃基体中受到严重侵蚀,CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料致密度低,抗弯强度仅为239.0 MPa,与Fe₃Al-Al₂O₃强度相当;表面镀Cu可有效保护CF_s不被侵蚀,同时提高了CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料的烧结致密性和界面结合强度,从而明显提高了复合材料的断裂强度,但断裂过程中纤维拔出较短;CF_s表面沉积SiC的CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料组织均匀致密,表面涂层完整,且与纤维及基体之间结合力相当,断裂过程中,涂层既可随纤维一起拔出基体,也可与CF_s分离而留在基体之中,SiC涂层与纤维及基体之间的弱相互作用很大程度上促进了纤维脱黏和拔出,从而促进CF_s/Fe₃Al-Al₂O₃复合材料韧化所需的渐进破坏机制。      

Al_2O_3-TiO_2纳米管制备研究

采用一种温和的制备方法首次制得Al2O3-TiO2纳米管。将TiO2粉体在常压下,于700℃熔融、110℃水热反应,制备了管径约为几纳米、单层管壁厚约为0.2纳米以及管长约为数微米的复合Al2O3-TiO2纳米管。利用TEM和XRD对其组织形貌进行表征,并对其形成机理进行了讨论。     

Al_2O_3的粉末特征对β"-Al_2O_3烧结性能的影响

研究了Al2O3原料在不同热处理条件下的相组成和颗粒形貌以及Al2O3粉末特征对Na-β”－Al2O3烧结性能的影响．实验表明，只有α-Al2O3才能烧结成致密的β"－Al2O3陶瓷．     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-TiC颗粒增强铁基复合材料

利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al2O3-TiC增强铁基复合材料。通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al2O3-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al2O3,MgAl2O4,TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象。钛铁矿原位合成Al2O3-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布。制备的Al2O3-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良。材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532。     

热压反应烧结法制备Al_2O_3/Ti_2AlC复合材料及其微观结构和性能

以Ti、Al和活性炭粉为原料,通过高能球磨及热压反应烧结法在1200℃合成Al2O3/Ti2AlC复合材料,即是在Ti2AlC层状材料的制备过程中同时被合成。研究了烧结温度对反应产物的影响,并重点分析了材料微观结构和性能的关系。结果表明:高能球磨使Ti2AlC的烧结温度降低,热压烧结在1200℃时得到了物相比较均匀、致密的Al2O3/Ti2AlC复合材料;同时分析材料微观结构,少量Al2O3的引入抑制了Ti2A1C晶体的异常长大,使得晶粒细小且均匀。力学性能测试表明,该材料室温抗弯强度可达275.4MPa,断裂韧度可达10.5MPa.m1/2,密度为4.2g/cm3。     

Ti_2AlC/Al_2O_3复合材料的原位合成及其力学性能

以Ti、TiC、Al和TiO2为原料,通过原位热压反应烧结法在1 350℃合成Ti2AlC/Al2O3复合材料。利用XRD详细研究了其反应过程,并分析了Al2O3对材料微观结构和性能的影响。结果表明,该体系在热压过程中的反应分多步进行,主要包括Ti粉与Al粉反应生成Ti-Al金属间化合物,TiO2与Al反应生成Al2O3以及Ti-Al金属间化合物与TiC反应生成Ti2AlC材料。原位反应生成的Al2O3均匀分布在Ti2AlC晶界上,抑制了Ti2A1C晶体的异常生长,从而使基体相Ti2AlC晶粒细小、均匀。力学性能测试表明Ti2AlC/12%(质量分数)Al2O3复合材料的硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性较Ti2AlC单相材料分别提高了66%,126%,130%和19.3%,并分析了其改性机理。     

三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料摩擦磨损性能

采用SRV摩擦磨损试验机研究了球墨铸铁及三维网络Al2O3增强球墨铸铁基复合材料的干摩擦磨损性能,测量了球墨铸铁和复合材料在不同摩擦频率及载荷下的摩擦系数和磨损率;用扫描电镜观察磨损表面形貌,并分析了三维网络Al2O3对复合材料磨损机制的影响.结果表明:陶瓷与金属基体之间具有良好界面结合的三维网络Al2O3/球墨铸铁复合材料,其摩擦系数随载荷和摩擦频率的变化保持稳定;复合材料的耐磨性能远优于球墨铸铁,而且随着摩擦频率和载荷的增加,复合材料的抗磨损性能明显提高.这是由于复合材料中陶瓷与金属相之间三维空间结构和良好的界面结合有利于摩擦载荷的传递;金属基体中的石墨减摩作用保持摩擦系数的稳定;三维陶瓷骨架在磨损表面形成硬的微突体并起承载作用,制约了基体的塑性变形和高温软化,有利于磨损表面氧化膜的留存.     

中空纤维担载Al_2O_3-SiO_2复合膜的研制

采用溶胶-凝胶法在α-Al2O3中空纤维载体上制备了Al2O3-SiO2复合膜,并对复合膜的制备条件及稳定性进行了研究.利用SEM和EDS对复合膜的微观形貌及化学组成进行了分析.结果表明,所制备的担载复合膜表面完整、无缺陷.气体渗透实验进一步说明,复合膜具有一定的气体选择性,在0.1 MPa下对H2/N2的分离因子为3.03,表明气体通过膜的扩散以Knuen扩散传质为主.用等温氮气吸附实验测定了非担载膜的孔径大小和分布,其比表面积为294.85 m2/g,总孔容为0.28 mL/g,最可几孔径小于3 nm.     

中空纤维担载Al2O3-SiO2复合膜的研制

采用溶胶-凝胶法在α-Al2O3中空纤维载体上制备了Al2O3-SiO2复合膜,并对复合膜的制备条件及稳定性进行了研究.利用SEM和EDS对复合膜的微观形貌及化学组成进行了分析.结果表明,所制备的担载复合膜表面完整、无缺陷.气体渗透实验进一步说明,复合膜具有一定的气体选择性,在0.1 MPa下对H2/N2的分离因子为3.03,表明气体通过膜的扩散以Knuen扩散传质为主.用等温氮气吸附实验测定了非担载膜的孔径大小和分布,其比表面积为294.85 m2/g,总孔容为0.28 mL/g,最可几孔径小于3 nm.     

Al2O3含量对PVDF/PVC/Al2O3共混中空纤维膜的影响

以聚偏氯乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和纳米氧化铝(Al2O3)三元共混,制备中空纤维膜,探讨Al2O3含量对膜性能的影响。结果表明,由于适量Al2O3的加入,中空纤维膜膜孔结构明显改善,大孔减少,微孔增多;亲水性明显提高。Al2O3为最佳含量3%时,水通量和截留率分别达到了289L/(h·m2)和77.2%。     

纳米Al2O3-碳纤维多尺度增强聚酰胺基复合材料的制备及力学性能

采用叠层模压法制备了纳米Al₂O₃-碳纤维织物多尺度增强聚酰胺基（nano Al₂O₃-CFF/PA6）复合材料层压板。借助场发射扫描电子显微镜（FESEM）、同步热分析仪（TGA/DSC）和FTIR,研究了模压温度、压力和纳米Al₂O₃加入量等因素对nano Al₂O₃-CFF/PA6复合材料力学性能的影响。研究表明：在模压温度为230℃、模压压力为3 MPa和保压时间为15 min时,CFF/PA6层压板的弯曲强度为250.3 MPa,层间剪切强度为87.6 MPa,平行层厚方向的冲击强度为41.2 MPa,垂直层厚方向为9.6 MPa。当基体中的Al₂O₃含量达到6wt%时,nano Al₂O₃-CFF/PA6层压板的弯曲强度为387.6 MPa,层间剪切强度为35.7 MPa,平行和垂直层厚方向的冲击强度分别为80.3 MPa和25.6 MPa。     

离心成型法制备无宏观界面的Al2O3/Ni功能梯度材料

采用一种新颖的离心成型法制备了无宏观界面的Al2O3/Ni功能梯度材料, 并研究了浆料调制工艺、离心成型制备机理和梯度材料的力学性能.结果表明, 配制料浆时,粘结剂(聚乙二醇)含量为2%(质量分数)、固相含量为63%(体积分数)、球磨时间为36h,可得到的流动性良好的料浆.经离心成型(3000r/min,40min)得到了无宏观界面的坯体,该坯体在1400℃经2h真空烧结,可以得到致密、组元宏观连续过渡的Al2O3/Ni梯度材料.通过调整固相含量和粘结剂含量,可调控Al2O3/Ni复合材料的成分梯度.     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。