原位热压烧结制备NbC增强Nb4AlC3复合材料及其力学性能研究

以Nb、Al、石墨粉为原料,采用原位反应热压烧结在1700℃下制备出了致密的NbC增强Nb4AlC3复合材料,采用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NbC含量对材料的物相组成、烧结性能、显微结构与力学性能的影响.结果表明:NbC的原位引入促进了材料的烧结,并对Nb4AlC3基体起到了显著的强韧化效果.随着NbC含量从0增加至15vol;,材料的抗弯强度和断裂韧性先增大后减小.当NbC含量为8vol;时,强度和断裂韧性达到最大值494 MPa和8.4 MPa·m1/2.材料的显微硬度则由2.6 GPa提高至4.4 GPa.     

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.     

AlON透明陶瓷的制备及其力学性能研究

AlON透明陶瓷因良好的透光性、热震稳定性、力学性能和良好的可加工性,在国防领域和民用领域有广阔的应用前景。本文采用改进的碳热还原氮化/沸腾床法批量制备AlON粉体,单批次产能可达2 kg,在AlON粉体的XRD图谱中未观察到第二相,激光粒径分析显示平均粒径为1.54μm,粒径分布均匀。使用该粉体进行冷等静压成型处理后,获得均匀性较好、致密度高的素坯。采用气压烧结法在1 850℃,氮气压力5 MPa下制备出光学透过率为82.3%,弯曲强度为310 MPa的AlON透明陶瓷片,对推进AlON透明陶瓷的应用具有一定的现实意义。     

热压烧结制备AlN/BN复相陶瓷及其性能研究

以氮化铝(AlN)粉和高活性六方氮化硼(h-BN)粉为原料,不添加烧结助剂,采用热压烧结法制备了AlN/BN(20vol;)复相陶瓷.研究了烧结温度(1750～1900℃)对复相陶瓷相对密度、物相组成、显微结构、力学性能、热导率及介电性能的影响.结果表明,在1850℃以上可以制备出相对密度大于98.6;的致密AlN/BN复相陶瓷.试样显微结构均匀,晶粒细小,晶界干净,无明显杂质相,h-BN未形成明显的卡片房式结构.随着烧结温度的提高,试样的相对密度、力学性能、热导率及介电性能(1 MHz)均显著提高.1900℃烧结的试样性能最优,相对密度99.3;,抗弯强度482±42 MPa、断裂韧性4.4±0.4 MPa·m1/2、维氏硬度8.56±0.33GPa、热导率47.2 W·m-1·K-1、介电常数7.64,介电损耗4.62×10-4.     

反应热压烧结制备SiC/ZrB2复相陶瓷及其性能表征

以二硼化锆、硅和活性碳为原材料,在1850℃、20 MPa条件下,采用反应热压烧结工艺制备出了SiC/ZrB2陶瓷基复合材料.研究了添加剂(硅和活性碳)含量对ZrB2陶瓷烧结行为和力学性能的影响.借助X射线衍射和扫描电镜分析了复合材料的物相组成和微观结构.研究结果表明:添加剂可以显著提高复合材料的烧结致密度和力学性能.复合材料的XRD衍射图谱中只有ZrB2和SiC的衍射峰.当添加剂含量为12wt;时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别达到584MPa和7.25MPa ·m1/2.显微结构分析表明,致密度的提高、晶粒粒径的减小以及断裂模式的转变是复合材料力学性能提高的主要原因.     

BaTiO3/Cu复合材料的制备和性能研究

以Cu为基体,100 nm的BaTiO3颗粒为增强材料,用热压烧结的方法制备了BaTiO3/Cu复合材料,对其微观结构和性能进行了研究.结果表明:当BaTiO3颗粒的加入量为5vol;时,复合材料的微观结构均匀;BaTiO3颗粒的加入量增加到10vol;时,在复合材料中有颗粒团聚体存在.BaTiO3颗粒的加入对BaTiO3/Cu复合材料的硬度影响不大,但能提高其抗弯强度.强度提高的原因是BaTiO3颗粒能阻止位错的移动.动态力学性能检测结果表明:BaTiO3/Cu复合材料的阻尼损耗因子值有较大的提高,而储存模量有较大的下降.BaTiO3颗粒的加入量为5vol;时,BaTiO3/Cu复合材料的阻尼增强效果最佳.BaTiO3/Cu复合材料的阻尼机理可能包括位错阻尼、晶界阻尼、界面阻尼、压电阻尼和压电-导电耗散机制的协同效应.     

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.     

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.     

碳化硼陶瓷的放电等离子烧结及其力学性能

以硼粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结技术(SPS)反应烧结碳化硼陶瓷,使碳化硼的合成和致密化一次完成.研究结果表明:碳化硼的SPS反应烧结过程可以分为5个阶段,碳化硼合成的起始温度在1100 ℃左右,致密化的起始温度则在1650 ℃左右;在1800 ℃烧结得到了致密度为98.2;的碳化硼陶瓷,其维氏硬度和杨氏模量分别达到48.8 GPa和264.5 GPa.     

热压ZnS与金刚石复合材料的研究

利用热压法制备ZnS/D复合材料,通过对成型压力、热压温度、热压压力、掺杂量四个因子三水平的正交设计,得到优化的热压工艺;并且根据样品的硬度和断裂韧性讨论了热压工艺对它们的影响.结果表明:温度对硬度的影响很大,随着温度的升高硬度逐渐降低;而断裂韧性则受工艺参数综合效应的制约,对单一参数变化不十分敏感,但它却随金刚石含量的增加而显著提高,当金刚石含量达到10;质量分数时,其断裂韧性是纯ZnS的1.7倍.     

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.     

N型赝三元机械合金化冷压烧结热电材料的制备及其性能

本文采用机械合金化法成功制备了N型赝三元(Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3)合金粉体材料,该材料颗粒均匀、细小,颗粒尺寸在10～100nm量级.在此基础上采用冷压烧结法制备了N型赝三元机械合金化冷压烧结热电材料.研究了这种热电材料的电导率、塞贝克系数与烧结温度的关系.     

N型赝三元热压热电材料的微观结构和电学性能

通过熔炼/研磨技术和热压方法制备N型赝三元热压块体材料.通过SEM和XRD研究了由不同粒度粉末制备的热压块体材料的微观结构,在室温条件下测量了热压材料样品的电学性能.结果表明热压块体材料在微观结构和电学性能上存在各向异性,从而预示能够在增强材料机械强度的同时提高其热电性能.     

微波烧结制备铁酸铋陶瓷的介电性和铁电性

采用微波烧结法制备铁酸铋多铁陶瓷,研究了微波烧结时间对其显微结构、介电性和铁电性的影响.结果表明:在4 kW下烧结35～40 min制备出基本为纯相的铁酸铋陶瓷;随烧结时间增加,铁酸铋陶瓷结构越来越致密,晶粒尺寸有一定程度增大;在-10～90℃范围内,介质损耗随烧结时间增加而增大;随微波烧结时间增加,剩余极化强度增大,而矫顽场强先增加后减小,且铁电性具有明显的频率依赖性;铁酸铋陶瓷的漏电流随微波烧结时间增加而减小,这是结构致密化的结果.     

Si_3N_4粒度对逆反应烧结制备Si_3N_4/SiC复合材料性能的影响

研究了不同粒度的Si3N4粉体对制备的逆反应烧结Si3N4-SiC复合材料性能的影响。结果表明:同一升温制度下,Si3N4粒度从0.074 mm减小到0.045 mm,Si3N4-SiC复合材料体积密度增大,显气孔率变低,抗折强度降低。随着Si3N4粒度减小,材料中的Si3N4含量降低;中温保温从900℃升到1200℃,Si3N4含量升高;高温保温温度从1350℃到1500℃,材料内部氧化程度增高,Si3N4含量降低,SiO2含量升高;Si3N4-SiC复合材料玻璃相增多,玻璃相中有SiO2晶体析出,使得孔隙被生成的玻璃相和发育的SiO2晶粒填充,材料的气孔减少。     

GC含量对热压烧结GC/AlN复相材料性能的影响

采用热压烧结工艺,以氮化铝(AlN)和玻璃碳(GC)为原料、Y2O3作烧结助剂,在氩气氛下烧结制备GC/AIN复相材料.研究了玻璃碳的添加量对复相材料的烧结性能、相组成、显微结构、介电性能以及热导率的影响.结果表明:随着玻璃碳添加量的增加,试样的显气孔率逐渐增大,玻璃碳的添加对试样的烧结有一定的抑制作用.当GC的添加量为7;时,试样的相对介电常数达到最大值,当GC的添加量为3;时,试样的介电损耗最高.玻璃碳的添加量在0～11;范围内时,随着玻璃碳的添加,当添加的玻璃碳含量为11;时,复相材料的热导率最低为48.9W/m·K.     

Y2O3-SiO2助剂对常压烧结SiC-AlN复相材料烧结性能的影响

SiC∶AlN以质量比1∶1,添加不同质量分数Y2O3-SiO2(摩尔比为2.9∶7.1)复合烧结助剂,分别在氢气和氩气气氛下常压烧结制备SiC-A1N复相材料.研究烧结气氛、烧成温度和Y2O3-SiO2含量对该复相材料烧结性能的影响.结果表明,与氢气气氛相比,氩气气氛下烧结体更易致密;1650 ～1850℃,随着烧结温度升高,烧结致密性明显提高.氩气气氛1850C下保温1h,Y2O3-SiO2复合助剂含量为9.09wt;,烧结体的显气孔率可低于0.15;,晶粒尺寸均匀且连接紧密.烧结过程中,Y2O3、SiO2烧结助剂与AlN表面的Al2O3在一定温度下形成液相有助于样品致密化.Y2O3与AlN表面的Al2O3反应生成钇铝石榴石(Y3Al5O12),SiO2高温下主要形成玻璃相.SiC-AlN复相材料是由主晶相6H-SiC和AlN,次晶相Y3Al5O12组成.     

Mechanical Properties of Thermo-Reversible Colloid Liquid Crystal Composites

Abstract

The mechanical properties of concentrated dispersions of sterically-stabilised colloidal particles in nematic hosts are explored using a combination of optical microscopy and viscoelastic shear measurements. Starting from an initially homogeneous dispersion in an isotropic host, it is found that the kinetics of the isotropic-nematic transition lead to the formation of a percolated particle network that imparts surprising mechanical rigidity to the resulting colloid/liquid crystal composite. Specifically, the viscoelastic storage modulus G′ is observed to rise by approximately 5 orders of magnitude within a few degrees of the bulk isotropic-nematic transition temperature. Using 4-4′pentyl cyano-biphenyl as the solvent, the composite at room temperature is a self-supporting soft solid over a wide range of particle concentrations. The particle microstructure depends sensitively on thermal treatment and particle concentration and it is found that faster cooling enhances the visoelastic moduli of the composite. Also, several classes of network topology have been identified. In all cases studied to date, the particles can be redispsersed upon heating the solvent through the nematic-isotropic transition. The formation of the composite is therefore thermally reversible. A rigorous theory to account for the observed mechanical properties is not currently available.