ZrB_2-SiC-AlN超高温陶瓷材料力学性能及抗热震性能研究

采用热压烧结工艺制备了两种不同AlN含量(5 vol%,10 vol%)的ZrB2-SiC基超高温陶瓷材料,并对其微观组织与力学性能进行了考察。结果表明:当AlN含量为5 vol%时材料的致密度较高,弯曲强度和断裂韧性也较高,分别为815 MPa和6.16 MPa.m1/2,过量的AlN加入显著降低了材料的力学性能;材料的断裂方式以沿晶断裂为主,增韧机制主要是裂纹偏转。同时采用水淬法对ZrB2-15 vol%SiC-5 vol%AlN陶瓷材料的抗热震性能进行了考察,结果显示临界热震温差为300℃。     

ZrB2-SiC-Csf超高温陶瓷复合材料碳纤维损伤抑制研究

采用放电等离子烧结和热压烧结制备了短切碳纤维(Csf)增韧ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料(ZrB2-SiC-Csf),研究了制备工艺对ZrB2-SiC-Csf复合材料微结构演变、力学性能和抗热冲击性能的影响.结果表明:烧结温度是导致碳纤维结构损伤的主要因素,降低烧结温度能有效抑制碳纤维的结构损伤.采用纳米ZrB2粉体在1450 ℃低温热压烧结制备的ZrB2-SiC-Csf复合材料在断裂过程中表现出纤维拔出、纤维侨联和裂纹偏转增韧机制,其临界热冲击温差高达741 ℃,表现出良好的力学性能和优异的抗热冲击性能.从热力学的角度阐明了ZrB2-SiC-Csf复合材料中碳纤维结构损伤的机理,并揭示了该类材料的烧结温度应低于1500 ℃.     

稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的热震与高温氧化行为研究

以稀土强化Al2O3/30vol;Ti(C,N)/0.5vol;Y2O3陶瓷材料为基础,进行了材料的热震与高温氧化行为研究,并采用SEM、XRD进行微观结构特征和物相分析.结果发现,该材料具有良好的抗热震性能与抗氧化性能.微观结构观察发现,热震损伤的主要形态是晶粒脱落、不同形状纵横交错的微观与宏观裂纹.约在900℃时材料开始发生轻微氧化,速度较慢,而在1200℃时氧化加剧.所形成的氧化产物TiO2,可以在材料表面形成氧化膜,阻止材料进一步的氧化.     

添加聚碳硅烷(PCS)对ZrB2-SiC超高温陶瓷微结构和力学性能的影响

采用聚碳硅烷(PCS)和纳米ZrB2粉体为原料在不同温度下热压烧结制备了ZrB2-SiC超高温陶瓷,对比了PCS和颗粒状SiC的引入对ZrB2陶瓷微结构和力学性能的影响.结果表明:通过PCS替代颗粒状SiC制备ZrB2-SiC超高温陶瓷可以形成SiC均匀包覆基体ZrB2晶粒的微观结构,明显促进了材料的低温致密化并抑制了晶粒长大.但力学性能略有降低,其原因可能是PCS裂解产生的微量碳遗留在基体ZrB2的晶界处,弱化了晶界结合强度.本文验证了采用PCS和纳米ZrB2粉体进行热压烧结是实现ZrB2-SiC超高温陶瓷低温致密化的有效手段.     

La2O3对氧化镁陶瓷烧结性能与抗热震性能的影响

本文以纳米氧化镁为主要原料,La2O3为添加剂,聚乙烯醇为结合剂,制备烧结性能良好和抗热震性能优异的氧化镁陶瓷.通过常温力学性能、抗热震性能、XRD和SEM等手段对试样进行分析和表征,重点研究La2O3对氧化镁陶瓷烧结性能及抗热震性能的影响.结果表明:La2O3的加入能够促进氧化镁陶瓷的烧结.从微观结构看出La2 O3加入后可与氧化镁形成固溶体及一些不定形态物质,均匀分布在晶界处,减缓试样在热震时裂纹的尖端应力,阻碍裂纹延伸,有效提高氧化镁陶瓷的抗热震稳定性.经1640℃烧结La2O3的加入量为1;的试样相对密度最高,为99.72;;热震后经1560℃烧结La2O3的加入量为2;的试样常温耐压强度达到最大值,58 MPa.     

层状C/ZrB2-SiC复合材料素坯成型工艺的研究

采用两种不同素坯成型工艺制备层状C/ZrB2-SiC复合材料,并对其微观结构和力学性能进行研究.结果表明:高温下预压成型制备的层状ZrB2-SiC复合材料层厚均匀,界面平直,弯曲强度和断裂韧性较高,分别达到427MPa和11.3 MPa·m1/2.而室温下预压成型各层厚度不均,界面弯曲,出现界面交叉现象,弯曲强度和断裂韧性较低,分别为277 MPa和9.4 MPa·m1/2.采用素坯高温预压成型制备的层状C/ZrB2-SiC复合材料力学性能较高,主要归因于界面平直,裂纹交替通过基体层和界面层,裂纹的扩展路径变长,断裂功增加.     

ZrN-Sialon复相粉体对Al2O3-C耐火材料性能的影响

采用酚醛树脂为结合剂,板状刚玉、石墨为主要原料,ZrN-Sialon复相粉体为添加剂,制备Al2O3-C耐火材料.研究了ZrN-Sialon复相粉体对Al2O3-C耐火材料常温物理性能、抗热震性能以及抗氧化性能的影响.结果表明:ZrN-Sialon复相粉体加入量为9;时,材料的常温耐压强度、常温抗折强度最高,分别为59.93 MPa、18.75 MPa;此时材料的抗热震性能最佳,三次热震试验后强度保持率为79.60;;加入适量的ZrN-Sialon复相粉体可以明显提高材料的抗氧化性能,但加入量过多不利于抗氧化能力提高,ZrN-Sialon的加入量为9;时材料表现出较好的抗氧化能力.     

Co包覆Al2O3/TiC复相陶瓷的力学性能与抗热震性能

不同Co含量Al2O3/TiC复相陶瓷的力学性能测试结果表明,综合力学性能最佳的复合材料含Co量为8;质量分数.采用急冷-强度法表征了单相Al2O3、Al2O3/TiC及Co包覆Al2O3/TiC三种材料的抗热震性能.单次热震结果表明,Co包覆Al2O3/TiC的抗热震性能是最佳的.SEM观察发现,随着热震温度的升高,材料的致密度越来越低,力学性能大幅下降,从而导致了抗热震性能的降低.循环热震结果表明,随循环次数的增加,ATC复合材料的抗热震性越来越差.Co的少量添加,虽然对复合材料的热物理性能改变较小,但却较大幅度地提高了ATC复合材料的力学性能,有效缓解了热应力,从而提高了ATC复合材料的抗热震能力.     

MgO/Al_2O_3比率对MgO-Al_2O_3-4mol% SiO_2复相陶瓷热震行为和微观结构的影响（英文）

本文采用MgO和Al_2O_3作为主要原料,SiO_2为掺杂剂,MgO-Al_2O_3-4mol%SiO 2复相陶瓷材料通过无压烧结的方式被制备。烧后试样通过相分析和热循环次数进行表征,场发射扫描电镜也被用来观察烧后试样热震前后的微观结构。研究在掺杂4mol%SiO 2的条件下,不同MgO/Al_2O_3比率对复相陶瓷材料的微观结构和热震稳定性能影响。结果表明:最佳的MgO/Al_2O_3比率为2/1,烧后试样的相组成中除了方镁石相还包括镁铝尖晶石和镁橄榄石相,试样具有更好的热震稳定性,接近20次的热震次数才可以使试样发生断裂。观察MgO/Al_2O_3比率为2/1烧后试样的微观结构,其细晶化和多晶化结构明显,尖晶石以网状结构相互连接,其烧后试样经热震后,微观裂纹出现偏转和分叉的现象,主裂纹的扩展被限制并且更多的断裂能被消耗,很大程度提高了复相陶瓷的热震稳定性。     

MgO/Al2O3比率对MgO-Al2O3-4mol％SiO2复相陶瓷热震行为和微观结构的影响

本文采用MgO和Al2O3作为主要原料,SiO2为掺杂剂,MgO-Al2O3-4mol％ SiO2复相陶瓷材料通过无压烧结的方式被制备.烧后试样通过相分析和热循环次数进行表征,场发射扫描电镜也被用来观察烧后试样热震前后的微观结构.研究在掺杂4mol％ SiO2的条件下,不同MgO/Al2O3比率对复相陶瓷材料的微观结构和热震稳定性能影响.结果表明:最佳的MgO/Al2O3比率为2/1,烧后试样的相组成中除了方镁石相还包括镁铝尖晶石和镁橄榄石相,试样具有更好的热震稳定性,接近20次的热震次数才可以使试样发生断裂.观察MgO/Al2O3比率为2/1烧后试样的微观结构,其细晶化和多晶化结构明显,尖晶石以网状结构相互连接,其烧后试样经热震后,微观裂纹出现偏转和分叉的现象,主裂纹的扩展被限制并且更多的断裂能被消耗,很大程度提高了复相陶瓷的热震稳定性.     

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.     

ZrB_2-B_4C复相陶瓷的SPS烧结过程研究

采用碳化硼还原法,利用SPS烧结技术烧结制备了ZrB2-B4C复相陶瓷。采用热力学计算、示差扫描量热分析,结合不同温度下产物的物相分析,探讨了两个体系的SPS反应过程;对烧结过程中样品收缩数据进行分析,探讨了ZrB2-B4C体系的烧结机理。结果表明,原位制备ZrB2-B4C复相陶瓷过程中,反应温度与热力学理论计算的结果基本一致;在烧结初期收缩符合粘性流动传质方程,其烧结是表面熔融烧结机制。     

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。     

Al_2O_3对氧化镁陶瓷烧结性及抗热震性的影响（英文）

本文以纳米氧化镁,硫酸铝和氨水为原料,采用共沉淀法制备表面由Al_2O_3前驱体包覆的MgO陶瓷。对烧后试样进行常温烧结性能和抗热震稳定性能检测。试样相组成的确定和显微结构分析是分别通过XRD和SEM手段来进行的。着重研究了由前驱体转化得到的Al_2O_3作为烧结助剂对氧化镁陶瓷的烧结性及抗热震性的影响。结果表明:加入Al_2O_3后,试样中生成了镁铝尖晶石,提高了试样的致密度,最大可达到3.48 g/cm~3。在试样的显微结构中出现了大量微裂纹和粘连区域,一定程度上优化了试样的抗热震稳定性。     

Al2O3对氧化镁陶瓷烧结性及抗热震性的影响

本文以纳米氧化镁,硫酸铝和氨水为原料,采用共沉淀法制备表面由Al2O3前驱体包覆的MgO陶瓷.对烧后试样进行常温烧结性能和抗热震稳定性能检测.试样相组成的确定和显微结构分析是分别通过XRD和SEM手段来进行的.着重研究了由前驱体转化得到的Al2O3作为烧结助剂对氧化镁陶瓷的烧结性及抗热震性的影响.结果表明:加入Al2O3后,试样中生成了镁铝尖晶石,提高了试样的致密度,最大可达到3.48 g/cm3.在试样的显微结构中出现了大量微裂纹和粘连区域,一定程度上优化了试样的抗热震稳定性.     

铝纤维对Al2O3-Al-C材料高温机械性能和显微结构的影响

分别以板状刚玉、α-Al2O3微粉、金属铝(铝纤维和铝粉)、石墨为原料,以酚醛树脂为结合剂,制得Al2 O3-Al-C材料.借助XRD和SEM分析了试样的物相组成和显微结构,研究了铝纤维加入量对材料抗热震性、高温抗折强度的影响,结果表明:用铝纤维代替铝粉可提高材料的高温抗折强度和抗热震稳定性.保持金属铝的总加入量为6;,当铝纤维加量由0;增加到1;时,1400℃的高温抗折强度由26.5 MPa提高到34.7 MPa,热震后的残余强度保持率由62;增加到69;.高温时铝纤维转变为非氧化物晶须编织体或纤维束,与基质紧密结合,起桥接和强化作用,可改善材料的抗热震性并显著提高其高温抗折强度.     

CeO2添加对Ta2O5低膨胀陶瓷结构与性能的影响

采用干压成型和高温固相反应烧结制备了CeO2改性Ta2O5低膨胀陶瓷材料.研究了CeO2加入量对制备的Ta2O5陶瓷样品的物相组成、微观结构、热膨胀性能、抗折强度和抗热震性能等的影响.结果表明,经1450℃保温2h烧成,纯Ta2O5陶瓷由β-Ta2O5组成,存在明显的开裂现象,表现出负的热膨胀系数(-1.02×10-6℃-1)和低的抗折强度(1.69 MPa).添加CeO2后,除β-Ta2O5主晶相外,还生成了六方相针状CeTa7O19晶体.适量CeO2的加入可有效抑制Ta2O5陶瓷的高温可逆相转变和消除开裂现象,形成致密的微观结构,样品呈现低的正热膨胀系数,抗折强度和抗热震性能显著提高.     

复合添加剂对氧化镁陶瓷抗热震性的影响

以高纯氧化镁粉为主要原料,复合添加纳米单斜氧化锆粉和纳米氧化钇粉,经配料、成型和烧结后,制备氧化镁陶瓷试样.对烧结试样进行XRD物相分析和SEM显微结构分析,研究氧化钇和氧化锆复合比例、烧结温度对氧化镁陶瓷抗热震性的影响.结果表明:氧化镁和氧化锆、氧化钇和氧化锆均形成四方氧化锆固溶体,活化方镁石晶体的晶格,提高烧结试样的致密程度和强度,试样抵抗热应力的能力增强;加入复合添加剂的试样通过四方氧化锆固溶体相变增韧、氧化锆固溶体第二相颗粒增韧和微裂纹增韧提高烧结试样的抗热震性.     

20G钢表面喷涂MoB/CoCr金属陶瓷涂层的组织性能研究

在20G钢换热管表面上利用低压等离子喷涂(UPS)制备MoB/CoCr金属陶瓷涂层.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDAX)对涂层的物相组成、微观组织和成分进行了表征,并对涂层的结合强度和抗热震性能进行研究.研究表明:喷涂前后涂层的物相相差不大,涂层为层状结构;涂层与20G基体之间、表面涂层与过渡涂层之间结合良好,涂层致密;涂层具有良好的结合强度和抗热震性能,在熔融AI-12.07; Si中经过1080h腐蚀后,涂层基本保持完好,具有很好的抗熔融铝硅腐蚀性能.     

Y2O3添加对Nb2O5低膨胀陶瓷结构与性能的影响

采用高温固相烧结法制备了Y2O3改性Nb2O5低膨胀陶瓷材料.研究了Y2O3添加量对Nb2O5陶瓷的物相组成、微观结构、气孔率、热膨胀性能、抗弯强度和抗热震性能等的影响.结果表明,经1390℃保温2h烧成,纯Nb2O5陶瓷样品存在开裂现象,表现出低的抗弯强度和差的抗热震性能.添加2～ 10;Y2O3后,样品主晶相为单斜相Nb2O5,还生成了YNbO4晶相.通过添加适量Y2O3改性,可抑制Nb2O5陶瓷烧成过程中的晶粒增长和避免开裂现象,形成致密的微观结构,样品的抗弯强度和抗热震性能显著提高.Nb2O5陶瓷的热膨胀系数随Y2O3添加量的增加而逐渐增大.Y2O3添加量为6;时,样品的热膨胀系数和抗弯强度分别为1.9×10-6/℃和103.4 MPa,表现出良好的抗热震性能.