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。     

添加纳米Ti(C7N3)的ZrO2基纳米陶瓷模具材料

本文针对模具对陶瓷材料的要求,从提高陶瓷模具材料的综合力学性能出发,采用纳米复合方法制备出具有较高综合力学性能的纳米陶瓷模具材料.研究了纳米Ti(C7N3)和Y2O3的组分含量对纳米陶瓷模具材料微观结构和力学性能的影响,结果表明添加纳米Ti(C7N3)和Y2O3的氧化锆纳米陶瓷模具材料的力学性能优于纯氧化锆陶瓷材料,纳米颗粒的添加改善了材料的微观结构和力学性能.当纳米Ti(C7N3)和Y2O3的添加量分别为17.15vol;和5 mol;时,材料的综合性能最好,其抗弯强度为814MPa、断裂韧性6.35 MPa· m1/2、维氏硬度11.87 GPa.     

LaMgAl11O19-Al2O3复相陶瓷的制备及其力学性能的研究

以板片状结构的LaMgAl11O19作为第二相来对Al2O3陶瓷进行增韧补强,采用无压烧结工艺在1650℃下保温4 h制备了LaMgAl11O19-Al2O3复相陶瓷,研究了LaMgAl11O19的添加量对LaMgAl11O19-Al2O3复相陶瓷的物相组成、体积密度和力学性能的影响,并结合复相陶瓷试样断面的SEM照片分析了其强韧化机理。研究表明,添加一定量的LaMgAl11O19后,LaMgAl11O19-Al2O3复相陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性均有明显提高,当添加LaMgAl11O19的质量分数为10%时,LaMgAl11O19-Al2O3复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为321 MPa和5.03 MPa.m1/2,其中片状晶的拔出效应、裂纹偏转作用以及裂纹分支等增韧机制发挥了主导作用。     

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.     

LaMgAl11O19加入对8YSZ 材料力学性能的影响

为改善 8YSZ 材料的力学性能,利用呈板片状结构的 LaMgAl11O19 来强韧化 8YSZ 陶瓷,在 1600 ℃下保温 3 h制备了LaMgAl11O19 -8YSZ 复相陶瓷,研究了 LaMgAl11O19 的添加量对 8YSZ 基复相陶瓷的致密度、显微形貌和力学性能的影响.结果表明,添加板片状 LaMgAl11O19可较明显地改善8YSZ陶瓷的力学性能.当 LaMgAl11O19 的添加量为 20 wt;时,8YSZ基复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为297.4 MPa和4.0 MPa·m1/2.     

MgO-Al2O3-Re2O3(Re=Lu,Y)对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构和性能的影响

研究了MgO-Al2O3-Re2O3(Re=Lu,Y)三元烧结助剂体系对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构和力学性能的影响.研究结果表明,添加MgO-Al2O3-Lu2O3三元助剂制备的Si3N4陶瓷显微结构具有明显的双峰分布,晶粒较粗化,致密度、硬度、弯曲强度、断裂韧性分别为96.4;、14.59 GPa、964 MPa、7.64 MPa·m1/2;而添加MgO-Al2O3-Y2O3三元助剂制备的Si3N4陶瓷具有细化的显微结构,致密度、硬度、弯曲强度、断裂韧性分别为99.9;、15.29 GPa、758 MPa、6.60 MPa·m1/2.     

以透辉石为烧结助剂的Al2O3陶瓷的力学性能和显微结构

利用无压烧结方法制备了添加透辉石的Al2O3基陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Al2O3基陶瓷的相对密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性的影响,探讨了烧结工艺参数对Al2O3陶瓷力学性能和微观结构的影响.结果表明,Al2O3陶瓷的力学性能随烧结温度和保温时间变化趋势与材料密度的变化趋势一致;添加透辉石的Al2O3陶瓷在1520 ℃烧结140 min时,具有最佳的综合力学性能;显微结构分析表明,Al2O3陶瓷的力学性能受到其气孔率、晶粒发育情况和断裂模式的影响.     

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.     

不同分散剂制备的石墨烯纳米片/双相磷酸钙生物复合材料及其力学性能研究

以石墨烯纳米片(GNPs)为强韧相,双相磷酸钙(BCP)为基体,采用不同的分散剂,通过热压烧结制备一种力学性能优良的骨组织替代材料.主要研究不同分散剂和GNPs对复合材料的力学性能、物相组成和微观结构的影响.结果表明,添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂时,由于表面正负电荷吸引,BCP粉体均匀包覆到GNPs的表面,可使GNPs达到较好的分散效果.当GNPs添加量为1.5wt;时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到152 MPa和1.74 MPa·m1/2,与相同条件下制备的纯BCP陶瓷相比,分别提高了55;和76;,表明GNPs对BCP陶瓷具有明显的补强增韧的作用.     

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.     

注凝成型制备氧化锆增韧氧化铝陶瓷

采用低毒单体N,N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)制备了氧化锆增韧氧化铝(ZrO2/Al2O3,ZTA)陶瓷,氧化铝与氧化锆的质量比为3∶1,浆料的固相体积分数为50 vol%。讨论了不同干燥方式对干燥速率以及坯体性能的影响,研究了不同成型温度对坯体性能的影响。通过研究发现,在湿热烘箱中干燥的坯体强度最高,成型温度应控制在65℃附近。通过对不同单体含量的坯体烧结后陶瓷性能的对比,发现单体的加入量为10wt%左右较好,通过与干压成型陶瓷性能的对比,发现注凝成型得到的陶瓷强度和韧性分别提高了42.2%和23.5%,达到640 MPa和6.3MPa.m1/2,通过扫描电镜图片分析发现,注凝成型制得的陶瓷结构更均匀。     

耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷的制备及其抗热震性

以煤系高岭土、α-Al2O3和部分稳定氧化锆(PSZ, 3;molY2O3)为原料,制备了耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷.采用XRD、SEM等测试技术对样品的物相组成及显微结构进行了表征,研究了PSZ添加量(分别为5wt;、10wt;、15wt;、20wt;、25wt;、30wt;)对样品物理性能、高温塑性变形及抗热震性的影响.结果表明:由于采用含3;molY2O3的PSZ,Y2O3在高温下起到了烧结助剂的作用,致使样品的烧成温度显著降低;同时随着PSZ添加量的增加,样品的抗折强度增加.经最佳烧成温度烧成的各样品的抗折强度分别达到147.4 MPa、161.3 MPa、205.9 MPa、234.4 MPa、294.0 MPa、385.0 MPa.当PSZ的最佳添加量为10wt;时,样品具有较低的高温塑性变形及良好的抗热震性;当PSZ添加量继续增加,样品在高温易产生液相,抗蠕变及抗热震性降低.SEM显微结构研究表明,随着氧化锆添加量增加,样品结构越致密,增强效果越显著.XRD分析结果表明,复相陶瓷具有良好的耐高温性能,热震前后样品的物相组成不变,均为莫来石、刚玉、m-ZrO2和t-ZrO2.     

还原氧化石墨烯增强碳化硼陶瓷的制备与表征

采用球磨混合、雾化造粒方法制备了氧化石墨烯/碳化硼(GO/B₄C)复合粉体,并将其在2 100 ℃和30 MPa压力下真空热压,得到了还原氧化石墨烯/碳化硼(rGO/B₄C)复合材料,使用扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)等表征方法和三点弯曲法以及排水法等测试方法对复合材料进行表面相分析和力学性能表征,研究了GO添加量对rGO/B₄C复合材料的弯曲强度和断裂韧性等力学性能的影响。结果表明,将稳定分散的GO/水悬浮液逐步加入到球磨中的B₄C浆料中,可以得到混合均匀的GO/B₄C复合粉体。在粉末浆料中加入质量分数为1.5%的GO, rGO/B₄C复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为535 MPa和5.2 MPa·m^1/2,分别比B₄C陶瓷提高了72.6%和136%,有利于碳化硼陶瓷在军事防护领域的应用。并从石墨烯拔出、裂纹偏转和桥接等方面解释了rGO/B₄C复合材料的增韧机理。     

ZrO2对热压AlN陶瓷的显微结构与力学性能的影响

通过添加纳米ZrO2粉体,并结合Y2O3烧结助剂,采用热压烧结制备了AlN陶瓷.结果表明,加入ZrO2后,热压AlN陶瓷的物相包含AlN主相、Al5Y3O12晶界相以及ZrN新相.随着ZrO2的加入,热压AlN陶瓷的维氏硬度基本没有变化,然而其断裂韧性逐渐提高.这主要是由于添加的ZrO2与AlN发生高温反应生成了ZrN,导致AlN陶瓷从单一的沿晶断裂模式转变为包含沿晶和穿晶的混合断裂模式,强化了晶界,进而改善了断裂韧性.     

Al2O3基片/Al层状陶瓷的力学性能研究

采用丝网印刷法在Al2O3基片上刷涂金属Al浆料,然后叠层在氧化环境中进行热处理,制备了不同层数的层状陶瓷材料,研究了Al2O3基片层数、热处理温度对层状陶瓷抗弯强度、断裂韧性和冲击功的影响,并与用AB胶制备的层状陶瓷进行了比较.结果表明,用Al浆作为层状陶瓷的夹层制备的试样抗弯强度和断裂韧性都明显比用AB胶作为夹层的试样强;层状陶瓷的抗弯强度在热处理温度700～750 ℃时较大,达到200～240 MPa,而且强度随着层数的增加而降低;层状陶瓷的断裂韧性随热处理温度的变化不明显,随着层数的变化较大,层数增加,韧性增大.     

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.     

Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷材料的力学性能及显微结构

将金属Al、Al3Ti和TiB2以AlTiB中间合金的形式引入Al2O3基体材料中,采用热压原位反应生成法制备了Al2O3/TiB2/AlN/TiN复合陶瓷材料.复合材料在烧结过程处于过渡液相烧结,并有新相AlN和TiN生成;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;分析了复合材料力学性能随AlTiB体积百分含量的变化规律;探讨了复合材料断面断裂方式的变化对其力学性能的影响;并对AlTiB中间合金的细化特性进行了分析.     

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.     

溶液等离子喷涂氧化锆涂层力学性能的研究

采用溶液等离子喷涂技术(SPPS)制备了氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)热障涂层(TBCs).热障涂层剥落失效的影响因素众多,其中很多都与涂层的力学性能相关.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和硬度计等研究了涂层的力学性能.结果表明,SPPS涂层的弹性模量约为58 GPa,硬度约为7 GPa,比大气等离子喷涂(APS)涂层高了15;左右;SPPS涂层的断裂韧性为1.8~2 MPa·m1/2,结合强度约为25 MPa.SPPS涂层因为低的孔隙率和更好的板条之间的结合带来了力学性能的提升.     

碳纳米管增韧Sm_2Zr_2O_7基热障涂层复合材料的制备

本文提纯和分散了碳纳米管,采用共沉淀法制备出Sm2Zr2O7-CNT复合材料粉末,并用热压法制备出复合材料块体试样。研究了碳纳米管对Sm2Zr2O7微观形貌、相结构以及断裂韧性的影响。结果表明:在所得的复合材料中,碳纳米管均匀分散在Sm2Zr2O7基体中;复合材料的断裂韧性高于纯Sm2Zr2O7试样,并且随着碳纳米管含量的增多,复合材料强度和韧性有所提高,可以用界面结合强度及纤维拔出、纤维与基体的脱粘、纤维搭桥等理论来分析碳纳米管增韧复合材料的机制。