Yb2O3-Al2O3烧结助剂对气压烧结氮化硅陶瓷性能的影响

以Yb2O3-Al2O3体系为烧结助剂,采用气压烧结法制备了氮化硅陶瓷.研究了烧结温度对气压烧结氮化硅陶瓷的致密度、失重率、物相、力学性能与显微结构的影响及材料的烧结机理.结果表明:随着烧结温度的升高,氮化硅的致密度、抗弯强度、断裂韧性和硬度均呈现先增加后降低的趋势,而失重率呈现一直升高的趋势;当烧结温度为1780℃、烧结气压为6 MPa时,所得氮化硅烧结体的体积密度(3.31 g·cm-3)、抗弯强度(967.2)、断裂韧性(8.9 MPa·m1/2)和硬度(17.1 GPa)达最大值,晶粒以长柱状的β相为主;烧结温度高于或等于1700℃时,材料中的α相可完全转化为β相,β-Si3 N4晶粒的平均长径比达12.31.     

低温烧结3Y-TZP陶瓷的研究

以不同质量分数的MnO2-TiO2(质量比为1:1)为烧结助剂,在1300～1500 ℃下低温烧结制备了3Y-TZP陶瓷.对3Y-TZP陶瓷的相对密度、物相及显微结构、显微硬度、抗弯强度及断裂韧性进行了测试分析,并对烧结助剂的基本性能进行了表征.探究了烧结助剂及烧结温度对3Y-TZP陶瓷性能的影响.实验结果表明:在3Y-TZP陶瓷中加入烧结助剂MnO2-TiO2(质量比为1:1)可以实现低温烧结.试样的相对密度、显微硬度、抗弯强度、断裂韧性随烧结温度的升高先增大后降低.在烧结助剂为0.5wt;,烧结温度为1350 ℃时,试样的相对密度及力学性能都达到最大,在此条件下,试样的相对密度达97.16;,显微硬度为2032.8 HV,抗弯强度为300 MPa,断裂韧性为8.35 MPa· m1/2,且试样的断裂方式为晶粒拔出及晶粒断裂遵循着穿-沿晶断裂的模式,且晶粒极小.     

基于粉煤灰原料的β-Sialon粉体制备及其微波烧结性能

以粉煤灰为主要原料,采用碳热还原氮化法合成β-Sialon粉体,再以该粉体为主要原料,添加适量Y2 O3烧结助剂,利用微波无压烧结技术研究β-Sialon陶瓷的微波烧结行为.结果表明:活性炭与粉煤灰质量比值(m./mf)为0.43,氮气流量为0.5 L/min,合成温度为1450℃,保温6h条件下,获得显微形貌为粒状,z=2的β-Sialon粉体;在微波烧结温度为1500℃,保温时间为20 min条件下,获得试样的密度为2.86 g/cm3,相对密度为92.3;,HV0.5为1528.     

烧结温度对96Al2O3陶瓷力学性能及热导率的影响

采用CaO-MgO-SiO2为烧结助剂,采用无压烧结技术,研究了烧结温度对96Al2O3陶瓷热导率及力学性能的影响.采用阿基米德排水法、三点弯曲法、激光脉冲法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段和设备,对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、热导率和微观组织结构进行了分析研究.研究结果表明:1600℃烧结的Al2O3样品的具有较好的导热性和力学性能,其热导率、密度、维氏硬度和抗弯强度分别为24.9W/(m·K),3.82g/cm3,(13.8±0.2)GPa,(362.9±26.9)MPa.     

Ti3Al含量对TiC/(Ti3Al+ZrO2)陶瓷复合材料晶粒生长及性能的影响

采用机械合金化和热压烧结制备了TiC/(Ti3Al+ZrO2)复合材料.研究了1550℃烧结温度下,不同Ti3Al含量(10、15、20、25;质量分数)对复合材料烧结及力学性能的影响.结果表明:随着Ti3Al含量的增加,烧结体致密化程度提高,抗弯强度和硬度相应提高,但当Ti3Al超过一定量时,强度、硬度又有所降低.     

热压烧结制备BN-MgAlON复合材料及其力学性能研究

以BN-MgAlON复合粉体为原料,Y2O3为烧结助剂,在N2气氛下热压烧结制备了BN-MgAlON复合材料,用X射线衍射和扫描电镜对材料的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对材料的物相组成、烧结性能和力学性能的影响.结果表明,在1650～1750℃可制备出致密的BN-MgAlON复合材料.材料主要成分为MgAlON、Sialon、BN和CaYAl3O7,随烧结温度的提高,MgAlON的衍射峰逐渐增强.1750℃下所得材料结构均匀致密,材料中Al、Mg、O、N分布比较均匀.材料的抗弯强度、断裂韧性和显微硬度均随着烧结温度的升高而提高.1750℃下的材料性能最好,其体积密度为2.79 g·cm-3,显气孔率为0.3;,抗弯强度为283 MPa,断裂韧性为3.85 MPa·m1/2,硬度为15.33 GPa.并且1750cc,恒温1h条件下烧结的得到的BN-MgAlON复合材料的抗冲刷性和耐磨性均远远优于耐磨钢B-hard-450.     

烧结助剂及β-Si3N4添加量对多孔氮化硅陶瓷性能的影响

通过添加不同烧结助剂(Lu2O3、Y2O3和Al2O3)及β-Si3N4粉末含量,采用常压烧结工艺制备出性能优异的多孔氮化硅陶瓷.研究了烧结助剂种类及β-Si3N4添加量对多孔氮化硅陶瓷物相、微观组织和力学性能的影响.结果表明:当Lu2O3添加量为5 wt;、β-Si3N4为3 wt;时,制备了由长柱状β-Si3N4晶粒组成、平均长径比为6.87、直径为0.6μm长度为4.4～10.4 μm的多孔氮化硅陶瓷,其抗弯强度可达330.7 MPa.β-Si3N4添加量至5 wt;时,柱状晶粒发育良好,长径比增加至7以上,气孔率高达48;,但抗弯强度下降.     

AlO3-Re2O3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构与力学性能的影响

研究了二元助剂Al2O3-Re2O3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si3N4陶瓷的相对密度、显微结构及力学性能的影响.结果表明:经1800℃无压烧结后,Si3N4陶瓷试样的相对密度均达到97;以上;以Al2O3-Lu2O3为烧结助剂的Si3N4陶瓷试样具有最高的维氏硬度和抗弯强度,分别为15.2±0.18 GPa和920±5 MPa.     

CeO2掺杂KNN-LiNbO3无铅压电陶瓷的压电与介电性能研究

采用传统固相烧结法制备了0.98K0.5Na0.5NbO3-0.02LiNbO3-xCeO2(0.98KNN-0.02LN+xCeO2)无铅压电陶瓷.研究了不同CeO2掺杂含量(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04)对0.98KNN-0.02LN陶瓷显微结构和电学性能的影响.研究结果表明:当CeO2掺杂含量从x=0.00到x=0.01和从x=0.02到x=0.03时,样品出现了正交-四方相转变.当x=0.00和x=0.02时,样品都处于正交与四方两相共存状态.CeO2少量掺杂时Ce4+完全进入晶格,表现为"受主"掺杂的特性;而大量CeO2掺杂时,有杂相的生成,主要起到烧结助剂的作用.样品在1080℃下烧结,当掺杂含量为x=0.02时取得最佳的综合性能:d33=104pC/N,Qm=2201,kp=0.24423,εr=804.2,tanδ=8.748;.     

cBN/TiC/Al合成PCBN及其性能研究

以cBN,TiC,Al为主要实验原料,利用高温和超高压条件合成聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线色散能谱(EDS)对复合材料的物相组成、显微结构、表面微裂纹以及各类元素分布情况进行了分析,同时对复合材料的显微硬度和抗弯强度进行了测试.研究表明:在超高压5.5 GPa,高温1 450℃下,PCBN烧结体由BN,TiC,AlB2和AlN组成;结合剂均匀的分布在cBN颗粒周围,牢固的将cBN颗粒粘结在一起.PCBN的硬度随着cBN含量的增加而显著增加,抗弯强度则是先增大后减小,PCBN的断裂方式是沿晶断裂和穿晶断裂共同作用的结果.     

低温耦合固相氮化反应合成β-Sialon

本研究拟在氮化气氛下,以金属Al粉、Si粉、α-Al2O3为原料,添加Y2O3,耦合氮化反应制备β-Sialon.通过在不同温度下的氮化反应烧结试验,研究了Y3+对β-Sialon晶相组成、晶粒大小、晶格常数及显微结构的影响.采用XRD和SEM表征试样中的晶相和显微结构,利用X'Pert Plus软件对试样进行晶胞参数分析,通过Semi-quantification法对试样各晶相组成进行计算.结果表明:随着温度的升高,合成β-Sialon相的含量不断提高,在1550℃时达到最高;添加Y2O3可以在相对较低温度条件下合成β-Sialon相,y3+对Al3+的置换作用导致β-Sialon相结构畸变,且随耦合氮化反应烧成温度的升高,晶胞体积可由1350℃时的0.208448 nm3增大到1550℃时的0.236776 nm3,合成β-Sialon相呈现增加的趋势.同时在合成β-Sialon结构中,由于过量助烧结剂Y2O3易与原料中Al2O3形成针状YAG.     

水基流延成型和热压烧结制备碳化硼陶瓷及性能研究

以工业碳化硼粉末为原料、采用Si3N4磨球磨损法引入Si3N4烧结助剂,采用水基流延成型和热压烧结方法制备了碳化硼陶瓷.研究了氧含量、分散剂、pH值等因素对B4C陶瓷浆料分散性能的影响,采用XRD、SEM等对碳化硼陶瓷的物相、显微结构和第二相分布进行了表征,并测试了样品的维氏硬度、断裂韧性、抗弯强度和弹性模量.结果表明:经醇洗后的碳化硼粉末中氧化硼含量降低,有利于B4C陶瓷浆料的分散稳定.采用球磨磨损引入了Si3N4粉,在B4C基体中通过原位反应形成第二相SiC和BN,SiC和BN第二相颗粒在B4C基体中弥散分布均匀.在2100 ℃热压烧结样品的维氏硬度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别达到30.2 GPa、596.5 MPa、3.36 MPa·m1/2和362.3 GPa.     

Al_2O_3-Re_2O_3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si_3N_4陶瓷显微结构与力学性能的影响

研究了二元助剂Al_2O_3-Re_2O_3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si_3N_4陶瓷的相对密度、显微结构及力学性能的影响。结果表明:经1800℃无压烧结后,Si_3N_4陶瓷试样的相对密度均达到97%以上;以Al_2O_3-Lu_2O_3为烧结助剂的Si_3N_4陶瓷试样具有最高的维氏硬度和抗弯强度,分别为15.2±0.18 GPa和920±5 MPa。     

AlTiC中间合金改善氧化铝基陶瓷材料性能的研究

将AlTiC中间合金引入Al2O3基陶瓷材料中,研究了复合材料在1450℃的烧结致密度和AlTiC体积百分含量之间的关系;对热压烧结后材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析;探讨了其断面断裂方式的变化对复合材料力学性能的影响;并对AlTiC中间合金的细化特性进行了分析.     

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.     

低温制备≥99.5;多晶氧化铝陶瓷

本文通过引入稀土氧化物Y2O3、Tm2O3为烧结助剂低温制备了氧化铝含量大于99.5;的多晶氧化铝陶瓷.实验表明:稀土氧化物的加入能够明显降低99.5;多晶氧化铝陶瓷的烧结温度,提高致密度.Y2O3、Tm2O3混合烧结助剂与单一稀土氧化物的烧结助剂相比能够明显抑制晶粒的生长,促进晶粒的均匀发育.当Y2O3+Tm2O3的含量为0.3;质量分数时,99.5;多晶氧化铝陶瓷的相对密度可达99.2;理论密度,抗弯强度为533MPa,显微硬度为17.2GPa.陶瓷断裂主要以穿晶断裂为主.     

热压烧结制备羟基磷灰石/透辉石陶瓷复合材料

采用热压烧结方法制备了羟基磷灰石/透辉石复相陶瓷材料,分析了羟基磷灰石基体与透辉石之间的界面结合、扩展及渗透过程,测试了复合材料的断裂韧性、硬度、抗弯强度与添加剂含量的对应关系,并对复相陶瓷材料的微观结构与力学性能进行了研究.结果表明:在1320℃,28MPa条件下热压烧结制备的复相陶瓷材料,其抗弯强度、断裂韧性均有明显提高,抗弯强度达到90MPa,断裂韧性达到1.07MPa·m1/2.     

高热导率Si3N4陶瓷的高压合成及性能研究

在高温高压条件下(HPHT,4 ～5 GPa,1430 ～1530℃),采用高压烧结技术,利用Y2O3、MgO作为烧结助剂,通过和不同质量配比的氮化硅(a-Si3N4,β-Si3N4)粉体复合,制备了具有高热导率和高致密性的Si3N4陶瓷.本实验采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱EDS、热导率测定仪、维氏硬度计对样品进行了分析和表征,研究了压强、烧结温度、保温时间对热导率和致密性的影响.结果 表明:超高压条件有效降低了烧结温度,缩短了烧结时间.当烧结条件在5 GPa,1490℃,1h时,其硬度为16.5 GPa,此时β-Si3N4复合陶瓷的致密化最优,气孔率(0.26;)和晶格缺陷显著改善.研究发现适当的延长烧结时间可以促进晶粒正常长大,同时产生较高的热导率,最高可达到64.6W/(m· K).     

晶硅切割废粉为原料的反应烧结Si3N4结合SiC复相陶瓷的工艺研究

以晶硅切割废料Si粉和SiC为原料,Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,反应烧结法制备低压铸造升液管用Si3N4/SiC复相陶瓷材料.设计L9(34)正交实验,研究了原料中Si、助剂Al2O3、Y2O3和Fe2O3的含量对陶瓷材料力学性能的影响和优化.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料的相组成、断口形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量SiALON及未反应的Si.Si含量对力学性能的影响最为显著,通过对正交试验的验证,20wt; Si、3.2wt; Al2O3、0.8wt;Fe2O3和2wt; Y2O3时烧结体抗弯强度最高.     

ZrO2/Fe3Al复合材料的界面电子结构计算及材料制备

采用热压烧结制备了ZrO2(3Y)/Fe3Al复合材料,材料的室温抗弯强度、断裂韧性、HRA硬度分别为1321MPa、39MPa*m1/2、86.7,临界热震温差(ΔT)由单相ZrO2(3Y)的250℃提高至500℃.在此基础上,用EET理论(经验电子理论)计算了ZrO2与Fe3Al的价电子结构及其部分晶面的电子密度,并对两相的晶体学取向进行了预测.