陶瓷材料的韧化及其增韧机理(一)——ZrO_2增韧陶瓷的研究进展

本文根据近十多年世界各国材料科学工作者为提高陶瓷韧性进行的大量工作,综述了ZrO_2、Al_2O_3-ZrO_2增韧陶瓷与增韧机理,其中包括相变增韧、微裂纹增韧、裂纹弯曲和转向增韧、残余压应力增韧;分析了ZrO_2增韧陶瓷的韧化设计原则、存在问题及改进措施。     

晶须增韧和相变增韧复合作用的机制与效果

在综述陶资材料晶须增韧和相变增韧机制的基础上，分析了晶须增韧和相变增韧复合时的相互作用，并介绍了国内外利用复合增韧法韧化氧化物陶瓷的研究结果，同时指出了存在的问题和获得优良复合增韧效果的有效途径．     

Mo-ZrO_2烧结复合材料中ZrO_2的t→m相变及正方晶ZrO_2的残留

<正> 最近,有人试验用在陶瓷中分散ZrO_2粒子的方法,对母相陶瓷进行强韧化处理。相信在这样的强韧化处理中,与具有ZrO_2的正方晶(t-ZrO_2)→单斜晶(m-ZrO_2)的马氏体相变有关。为此,要通过分散ZrO_2粒子进行强韧化处理时,需要使高温稳定相     

Al2O3基陶瓷材料的强韧化研究进展

Al2O3的脆性极大地限制了其使用范围。综述了Al2O3增韧的几种方式及其机理,主要包括自增韧、颗粒弥散增韧、晶须(纤维)增韧、相变增韧和复合增韧。由于采取单一的增韧手段已不能制备出满足各种需求的材料,复合增韧将是Al2O3基陶瓷材料增韧的最主要的手段,采用纳米颗粒增韧技术制备纳米陶瓷是该研究领域的未来发展方向。     

(Ce,Mg)-PSZ陶瓷材料的力学性能和显微结构

以 10mol%MgO -PSZ为基础 ,研究了添加 5 .7mol%、7.4mol%和 9.1mol%CeO2 的 (Ce,Mg) -PSZ陶瓷的力学性能和显微结构。实验结果表明 :材料的耐高温老化性随CeO2 含量的增加而增强。微观结构分析证实添加CeO2后高温时PSZ材料发生css-ZrO2 →t-ZrO2 +MgO分解 ,延缓了css-ZrO2 →m -ZrO2 +MgO分解。同时CeO2 和MgO有效地稳定了c -ZrO2 和t-ZrO2 。     

陶瓷材料疲劳特性的研究进展

论述了非相变增韧陶瓷及纤维增韧陶瓷的室温及高温疲劳特性，重点介绍了循环载荷对疲劳裂纹扩展过程的影响。     

高温下砂岩动态力学特性研究

为研究高温下岩石的动态力学特性,组建了高温霍普金森压杆(SHPB)试验系统。并对处于不同温度等级（室温25～1 000 ℃）下的砂岩试件进行单轴动态压缩试验,研究了不同等级高温作用下砂岩峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律。研究表明：砂岩动态力学特性的变化规律在100 ℃和200 ℃前后均发生了明显变化;200 ℃后砂岩峰值应力、弹性模量降低、峰值应变迅速增大;在高于600℃温度作用下砂岩动态力学特性较室温状态发生显著劣化。从材料的微观结构特征角度对高温下砂岩动态力学特性进行分析发现,不同温度等级高温对砂岩破坏的微观机理并不相同。研究成果可以为分析地下工程围岩在高温下的动态力学响应提供参考。     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学性能的影响

利用热压烧结技术制备高致密度的短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基（Csf/SiC）复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学性能和增韧机制的影响。结果表明：随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式 。     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学特性的影响

利用热压烧结技术制备高致密度短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基(Csf/SiC)复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学特性和增韧机制的影响。结果表明:随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式。     

聚酯纤维插层对碳纤维复合材料抗冲击性能的影响

为探明聚酯纤维插层对碳纤维复合材料抗冲击性能的影响,通过落锤冲击试验,借助C扫和扫描电镜分别在宏观和微观层面对基础板及插层板试样的损伤截面进行比对分析。C扫结果表明聚酯纤维插层可大幅度提升复合材料的抗冲击性能,阻碍裂纹的扩展;扫描电镜结果表明无纺布聚酯纤维在复合材料中被树脂基体包围,断裂过程中聚酯纤维通过拔出、脱粘、断裂等综合作用吸收了部分断裂能量,造成裂纹在基体中沿曲线传播,基体成河流状韧性断裂。该研究结果可用于指导航空航天用复合材料的增韧设计,同时对探索复合材料新型增韧方法、提升复合材料飞行器抗冲击可靠性方面也具有重要意义。     

激光选区熔化成型15-5PH不锈钢动态力学性能研究

为了研究激光选区熔化(SLM)成型15-5PH不锈钢的动态力学性能,对SLM成型15-5PH不锈钢试件开展动、静态压缩力学试验,获取力学性能参数,拟合其动态本构模型,并与锻造15-5PH不锈钢进行对比。结果表明:SLM和锻造15-5PH不锈钢准静态屈服强度分别为1 418 MPa和1 295 MPa,SLM成型15-5PH不锈钢提高了9.5%,并且加工硬化更显著; SLM成型工艺有助于15-5PH钢抵抗温度软化效应,提高动态屈服强度峰值; SLM技术应用于15-5PH不锈钢具备可行性。     

Al-30Si合金的固液混合铸造

研究了Al-30Si合金的固液混合铸造。结果表明,采用该工艺制备的Al-30Si合金组织细小,合金力学性能明显优于传统铸造和半固态加工合金,并且解决了传统铸造Al-30Si合金铸件难以热加工的问题。在本工艺条件下,当粉末添加量与合金熔体质量比为1时,Al-30Si合金中的初晶硅粒径可控制在30μm以下;材料的室温力学性能为:σb=129MPa,σ0.2=112MPa,δ=1.4％。     

硅微米晶须的定向排列生长

利用物理热蒸发法在1016～1066℃的温度范围内成功制备出定向排列生长的硅微米晶须。借助扫描电子显微镜(SEM),X射线能谱分析仪(EDX)和透射电子显微镜(TEM)研究了硅微米晶须的形貌、化学成分及晶体结构,讨论了环境压力对硅微米晶须生长有序性的影响。研究结果表明,在环境压力为13.3kPa时,硅微米晶须均垂直于衬底表面生长,定向排列生长的硅微米晶须面积可达13mm×6mm;硅微米晶须的生长遵循气—液—固(VLS)机制;透射电子显微镜观察及选取电子衍射花样表明,硅微米晶须的球形头部为晶体,杆的中部为晶体外包覆非晶体的结合体,杆的尾部为非晶体;环境压力越低,硅微米晶须的定向排列的方向性越好。     

无压及热压烧结法制备Ce-TZP/Al2O3复相陶瓷材料

研究了无压和热压烧结Ce-CP/Al_2O_3陶瓷材料组织和性能。结果表明,热压烧结时,材料在1400℃,保温1h的条件下达到充分致密,此时相对密度为98.6％,这一结果与热压过程中的外加压力大大促进材料的致密化有关;而无压烧结时,材料达到充分致密化的温度为1500℃,相对密度为97.5％。另外,同无压烧结的样品相比,热压样品的微观组织细小,综合力学性能优良。     

航天压电陶瓷微位移作动器设计与实验研究

机械精密作动器已经不能满足了空间飞行器多方面的要求，因而利用压电陶瓷材料的正逆压电效应，设计制造了一种高调准精度的微位移作动器，并对其进行了实验研究，实验结果揭示了压电作动器用于空间飞行器部件的定位和抑制振动的优良性能，为进一步完善作动器的设计和在航天领域的推广应用提供了理论基础。     

Ti(C0.3N0.7)-Si3N4复合材料的制备与性能

在Si3N4基体材料中添加高弹性模量的第二相粒子Ti(C0.3N0.7),研究第二相的引入对氮化硅陶瓷材料力学性能的影响.结果表明,在Si3N4基体材料中添加Ti(C0.3N0.7)能起到弥散颗粒增韧的作用.     

起始粉末粒径对Al2O3-TiC陶瓷力学性能的影响

热压烧结制备了Al2O3和Al2O3-TiC复合陶瓷。研究了起始粉末粒径对Al2O3-TiC复合陶瓷力学性能的影响。试验结果表明,添加TiC显著地提高了氧化铝陶瓷的力学性能,σf和K1c分别提高了70％和90％。其中大颗粒TiC对氧化铝陶瓷的增韧尤为有利,其裂纹偏转增长了扩张路径,提高了材料的断裂抗力。     

压缩变形对钨渗铜合金微观组织及性能的影响

通过静态压缩试验,研究了80钨渗铜合金在不同变形量条件下的微观组织及力学性能。试验得到了微观组织、力学性能随压缩变形量的变化规律。随着变形量的增加,组织形貌发生显著变化,钨颗粒沿轴向被拉长,铜粘结相也被拉成长条状。随着变形量的增加,80W-Cu的硬度不断增大。对合金进行室温拉伸试验,断口的观察发现80钨渗铜合金在室温下的断裂是钨颗粒的解理断裂,W-Cu界面的分离,铜粘结相的撕裂3种断裂模式共同作用的结果,但钨颗粒解理断裂是其主要的断裂方式。     

某新型粉末高温合金的高温变形与动态再结晶

运用Gleeble-1500 热模拟机,对热等静压态的某新型粉末高温合金进行了形变温度在1120-1170℃和应变速率在2×10-3-2×10-1s-1下的高温变形与动态再结晶行为研究。研究表明:该合金在高温变形时应力-应变曲线上峰值应力σp与温度T和应变速率ε之间符合下式关系:Z=ε·exp(Qa/RT)=A2σpn。在一定的变形条件下,通过高温变形过程中的动态再结晶能获得细晶组织,其动态再结晶晶粒平均尺寸与Zener-Hollomon参数呈双对数线性关系。