稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的组分设计及其使用性能研究

以稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料为基础,进行了基于抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能的组分设计。结果发现,与最佳的抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能相对应,弥散相Ti(C,N)的最优体积含量分别为27.7%、26.5%和30.7%,其最优性能分别比纯Al2O3陶瓷提高约71.4%、40.4%和28.9%。在此基础上,实验研究了稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料用于刀具时的切削特性。表明该材料具有良好的耐磨性能,可以作为刀具材料使用。     

无压烧结制备透辉石/AlTiB增韧补强氧化铝基结构陶瓷材料

采用温度梯度无压烧结工艺制备了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料,探讨了其致密化烧结特性,并对其力学性能进行了测试和分析.研究了透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料的微观结构,并分析了其力学性能和微观结构与透辉石含量的关系.结果表明:与纯Al2O3相比,透辉石/AlTiB增韧补强Al2O3基结构陶瓷材料的力学性能得到明显提高,其中添加6%(体积百分含量,下同)透辉石和4%AlTiB的Al2O3基结构陶瓷材料获得较好的综合力学性能,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别达到16.02 GPa、370 MPa和5.11 MPa·m1/2.力学性能提高的主要原因为:添加相与Al2O3基体之间界面反应的发生以及透辉石和AlTiB对复合材料的协同晶粒细化效应.     

Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合材料摩擦磨损性能研究

采用热压烧结技术制备了Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料,对其力学性能、摩擦磨损性能进行测试,用扫描电镜(SEM)对其磨损表面进行观察.结果表明:Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料具有良好的综合力学性能,在与硬质合金YG8环块摩擦中表现出较高的减摩抗磨性能,摩擦系数与磨损率较单相Al2O3降低近一半.对其磨损机理研究认为,磨粒磨损为主要磨损机制,高的强度和韧性是其具有良好耐磨性能的主要原因.     

Al2O3对低品位菱镁矿与天然硅石合成制备镁橄榄石的影响

以低品位菱镁矿与天然硅石为原料,以Al2O3为添加剂,通过反应烧结制备镁橄榄石。研究讨论Al2O3对镁橄榄石材料相组成、晶胞参数、微观结构及常温性能的影响。用XRD和SEM对烧后试样的相组成和显微结构进行表征。利用X’pert plus软件对试样中镁橄榄石相的晶胞参数进行计算。结果表明:以低品位菱镁矿轻烧氧化镁和天然硅石为原料,经1500℃煅烧合成制备的镁橄榄石中,由于Al2O3的加入,促进了系统中顽火辉石相的形成。Al2O3的加入导致镁橄榄石相的晶胞参数和晶胞体积的增大。随着Al2O3加入量增加,镁橄榄石的相对密度和常温耐压强度逐渐增加,说明了Al2O3对镁橄榄石的促烧结作用。     

Nd2O3对Al2O3基复合陶瓷耐磨性能及微观结构的影响

在Ca O-Mg O-Si O2作为复合烧结助剂降低氧化铝陶瓷温度的前提下,研究不同添加量的稀土氧化物Nd2O3对陶瓷烧结温度、磨损率、显微结构的影响。通过设计Nd2O3在六铝酸钙中固溶和Nd2O3在Al2O3单晶表面扩散的实验,探索Nd2O3对氧化铝陶瓷耐磨性能影响的机理。结果表明:加入过量的Nd2O3会破坏晶界结合强度,导致陶瓷的耐磨性能变差;而少量Nd2O3的加入能有效提高晶界间结合强度和陶瓷的致密度,改善耐磨性能,耐磨性提高幅度约42.7%。     

ZrO2添加量对ZTA陶瓷力学性能及冲蚀磨损行为的影响

以α-Al2O3、ZrO(NO3)2.2H2O和氨水为原料,通过高温煅烧制备了ZTA复相陶瓷材料,研究了ZrO2添加量对ZTA陶瓷物相组成、表面微观形貌、力学性能以及常温固体粒子冲蚀磨损性能的影响。结果表明:随着ZrO2添加量增加,材料的力学性能逐渐提高,当ZrO2添加量为10 vol%时,ZTA复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别达461MPa和5.77 MPa.m1/2,相对于纯Al2O3陶瓷提升量达21.3%和64.9%。ZTA复相陶瓷材料的体积冲蚀率随着ZrO2添加量的增加而降低,当ZrO2添加量小于4 vol%时,其体积磨损率急剧下降,随后趋于平稳;随后当ZrO2添加量为10 vol%时,其冲蚀率达最低,为0.015 mm3/g。其中,纯Al2O3陶瓷材料的冲蚀磨损机制主要为横向裂纹相互交错导致材料的剥落,添加ZrO2后,其冲蚀磨损机制以塑性变形为主。     

AlN含量对SiC基复相陶瓷性能的影响

以Mg O-Ce O2为烧结助剂,采用热压烧结工艺在1850℃下制备了SiC基复相陶瓷。研究了不同Al N含量对复相陶瓷致密性与导热性能的影响。结果表明:不添加Al N时,试样致密性最差,气孔率和体积密度分别为4.71%和2.43 g/cm3。Al N含量升高至5wt%时,试样致密性有所提高。Al N含量进一步升高至10wt%~20wt%,试样完全致密,气孔率和体积密度分别保持在0.20%和3.31 g/cm3。在Al N含量为10wt%时,样品具有最高的热导率51.62 W·m-1·K-1,同时弯曲强度和断裂韧性达到顶点,分别为731.3 MPa和7.3 MPa·m1/2。     

以β-Sialon为过渡层的Si_3N_4-Al_2O_3梯度材料的微波烧结行为及性能

在粉末叠层基础上于1550℃,保温30 min的微波烧结条件下,合成了以β-Sialon为过渡层,Si3N4和Al2O3为端元组分的梯度材料。SEM分析显示烧结试样表面气孔少,晶粒之间排列紧密,结构均匀;XRD分析表明由于组分之间的固溶反应,梯度材料中β-Sialon相的z值在1~3范围内呈现规律性变化。各烧结试样的体积密度在2.9~3.5 g/cm3之间,相对密度在90%~96%之间,热膨胀系数随着成份的变化而呈现出从Al2O3端到Si3N4端呈逐渐下降的趋势。     

原位生成Fe-Al/Al2O3复合陶瓷涂层

采用化学镀法制备Fe包覆Al核(Al)-壳(Fe)结构复合粉体,以Fe-Al复合粉体为喷涂材料,利用等离子喷涂法在Q235钢基体上制备涂层,在喷涂过程中Fe、Al反应生成Fe-Al金属间化合物和Al2O3,通过控制Fe-Al和Al2O3粉体的混合比例实现涂层的梯度化。利用SEM、XRD研究涂层微观结构与组成,并测试分析了涂层的抗热震性与结合强度。结果表明,涂层主要由Al2O3、Al、Fe3Al和Fe O等组成,喷涂过程中Fe-Al发生反应原位生成了Fe3Al金属间化合物,以Fe-Al为底层的Fe Al/Al2O3梯度涂层的结合强度和抗热震性均明显高于Al2O3涂层,涂层成分的梯度分布和Fe3Al的原位形成改善了涂层的结合状态,提高了结合强度和抗热震性。     

四种镁铁铝材料的物相组成与显微结构表征

分别以烧结铁铝尖晶石、电熔铁铝尖晶石、烧结镁铁砂及电熔镁铁砂为铁载体,在控制试样化学组成接近的前提下,按照镁铁铝尖晶石砖生产工艺制备镁铁铝尖晶石砖试样。采用XRD和SEM对试样的物相组成和显微组织结构进行分析表征。结果表明:铁铝尖晶石试样中,存在(Mg,Fe2+)Al2O4复合相,其中铁以Fe2+的形式存在,并产生少量镁铁尖晶石脱溶物;镁铁砂试样中,形成Mg(Fe3+,Al)2O4复合相,铁以Fe3+的形式存在,并产生了Al Fe2O4连续固溶体相;烧结铁载体试样的显微结构中存在较多微气孔,电熔铁载体试样显微组织结构致密。