Ti3Al/HAP复合材料的制备与性能研究

采用化学沉淀法在模拟体液中制备了纳米羟基磷灰石(HAPs)粉体,用金属钛粉和铝粉经过机械合金法,制备了金属间化合物Ti3 Al;将制备的HAP粉体作为基体材料加入第二相Ti3Al粉体,经过球磨分散得到Ti3Al/HAP复合粉体,经过热压烧结,得到羟基磷灰石与金属间化合物Ti3Al的复合材料.通过XRD、SEM及TEM等测试方法,分析了用普通化学沉淀法制备的羟基磷灰石(HAPc)和在模拟体液中生成的羟基磷灰石(HAPs)的区别及Ti3Al对羟基磷灰石结构和性能的影响.测试结果显示:在模拟体液中生成的羟基磷灰石颗粒均匀细小,纯度较高,结晶度较低;羟基磷灰石掺入一定量的Ti3Al后,弯曲强度和断裂韧性有所降低,X射线衍射显示复合材料中只有Ti3 Al和HAP两种物质,没有新物质生成.     

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.     

Al2O3／（W，Ti）C纳米复合陶瓷材料的显微结构

使用纳米、亚微米级的α-Al2O3粉体和微米级的(W,Ti)C粉体为原料,采用热压烧结工艺制备了Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料.对热压后材料的硬度、断裂韧性和抗弯强度进行了测试和分析,利用透射电镜、扫描电镜及X衍射仪对Al2O3/(W,Ti)C纳米复合陶瓷材料的微观组织和结构进行了研究.结果表明,增强相(W,Ti)C与基体Al2O3互相穿插、包裹,界面结合良好,形成了典型的骨架结构;球磨后的(W,Ti)C颗粒粒度分布广泛,热压烧结后与基体材料形成了内晶/晶间型结构;断裂模式的改变、内部残余应力场、位错机制、裂纹分叉和偏转等促进了材料强度和韧性的提高.     

机械活化-放电等离子烧结制备Ti3AlC2块体材料

将Ti、Al、C单质粉体作为实验原料,利用机械合金化和放电等离子烧结技术制备Ti3AlC2块体材料.研究烧结温度和保温时间对块体相组成及性能的影响.研究表明:粉体经过机械活化作用,反应活性增加,Ti-Al-C体系的自由能得到提高,为后续的放电等离子烧结做了基础;在温度为1050℃(保温时间5 min)时进行块体烧结,所得块体中Ti3AlC2的含量为98.5wt;,随着保温时间的延长(10～20 min),块体中Ti3AlC2的纯度得到提升(＞99wt;),相对密度也随之增加,但显微硬度下降.     

Co包覆Al2O3/TiC复合材料的烧结及性能

采用Co包覆Al2O3/TiC微米级、纳米级粉料进行了不同Co含量、不同烧结温度的热压烧结实验.综合分析和对比了两种不同粒径包覆粉体的烧结结果,结果发现纳米级的粉体烧结效果优于微米级粉体的烧结效果.综合力学性能最佳的纳米级复相陶瓷材料的硬度为HRA92.7,抗弯强度σf为782 Mpa,断裂韧性KIC为7.81 Mpa·M1/2.利用SEM观察采取综合力学性能最佳的ATC纳米复合材料制备工艺制备的Al2O3、Al2O3/TiC和ATC的断口,可以看出Al2O3、Al2O3/TiC主要以沿晶断裂为主,而ATC为沿晶与穿晶混合断口,并从ATC断口,发现形成了晶内型结构,观察到了裂纹曲折的扩展路径以及裂纹的分叉、偏转、桥联这些有助于材料强度和韧性提高的现象.     

Al-TiO2系XD合成Al3Ti的形貌及其影响因素分析

本文主要研究了Al-TiO2系XD合成铝基复合材料的反应产物Al3Ti的形貌及其演变的影响因素.研究表明Al-TiO2系反应产物由Al2O3和Al3Ti组成,Al2O3为细小颗粒,与铝液不润湿,偏聚于基体颗粒的界面;Al3Ti呈棒状,优先生长方向为<110>;随着增强相体积分数的增加,反应温度提高,活性Ti原子的扩散能力增强,扩散路程变短,有利于Al3Ti择优生长,但Al2O3颗粒的浓度增加,使Ti原子的扩散阻力和Al3Ti的生长阻力同步增大,Al3Ti的择优生长倾向反而减弱,其形貌由棒状向块状演变;在纯铝液中Al3Ti的生长形貌为细长棒状,而在真空中则为薄片状;随着保温时间的延长,其轴向尺寸明显增大,径向尺寸增加不明显.     

Al2O3陶瓷非等温烧结研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,采用非等温烧结法制备了纯Al2O3陶瓷(AL)及掺杂MgO-Y2O3复合助剂的AJ2O3陶瓷(ALMY).研究了AL和ALMY在不同烧结温度下的相对密度、显微结构及硬度.结果表明,在非等温烧结中,纯Al2O3致密化的烧结温度范围较窄,烧结温度为1500℃时,其相对密度及硬度分别为98.1;和18.1GPa,当烧结温度为1600℃时,AL由于晶粒显著粗化,且产生了晶内气孔,相对密度及硬度分别显著下降到94.6;和12.5 GPa.MgO-Y2O3复合助剂的引入拓宽了Al2O3致密化的烧结温度范围,细化了显微结构,烧结温度在1500℃和1600℃时,ALMY的相对密度均在98;以上,硬度分别为19.2 GPa和17.6 GPa.     

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.     

助烧剂与脱胶工艺对微波烧结Al2O3陶瓷性能的影响

采用微波烧结方式制备Al2O3陶瓷,研究了助烧剂含量和素坯脱胶工艺对Al2O3陶瓷微观组织和力学性能的影响.研究结果表明:相较于传统无压烧结,微波烧结有利于降低Al2O3陶瓷的烧结温度,并提高致密度和力学性能.脱胶后烧结体晶粒结合更加紧密,界面结合强度有明显提高,断裂模式以穿晶断裂为主.当MgO与Y2O3添加量为0.7wt;时,Al2O3陶瓷致密度稳定在99.1;以上,断裂韧度和维氏硬度分别达到4.9 MPa·m1/2和17.0 GPa.     

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.     

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.     

Fe3Al/HAP生物陶瓷的制备及力学性能

本文采用化学沉淀法制备了羟基磷灰石(HAP)纳米粉体,利用铁粉和铝粉经过高能机械球磨和热处理工艺制备了金属间化合物Fe3Al粉体;将制备的HAP粉体为基体按质量百分含量加入4;的Fe3Al粉体,经过球磨分散得到复合粉体,然后经过冷压成型和160MPa冷等静压成型及1200℃真空无压烧结,得到羟基磷灰石与金属间化合物Fe3Al的生物复合材料.通过XRD、SEM等测试方法揭示了材料的相组成及微观结构,研究结果表明:采用化学沉淀法制备的羟基磷灰石粉体粒径在100纳米以内,结晶度高、粒度均匀,纯度高;Fe3Al质量含量为4;的Fe3Al/HAP生物复合材料HAP的基本晶体结构没有因为Fe3Al的加入而发生变化,其抗弯强度为89.6MPa,较纯羟基磷灰石陶瓷有了较大的提高,证明Fe3Al增强HAP是有效的.     

凝胶注模成型Al2O3陶瓷的显微结构及力学性能研究

以Al2O3粉为原料,TiO2+MgO为烧结助剂,琼脂糖为单体,聚丙烯酸铵为分散剂,利用凝胶注模及无压烧结工艺制备了Al2O3陶瓷.研究了琼脂糖固化机制、烧结助剂作用机理以及琼脂糖含量对Al2O3陶瓷坯体及烧结体的显微结构及力学性能的影响规律.试验结果表明,琼脂糖利用内部氢键的结合,形成三维网络状结构,将Al2O3粉原位凝固成型.TiO2+MgO烧结助剂使材料实现了液相烧结机制,有利于降低材料的烧结温度及促进致密化进程.随着琼脂糖含量增加,坯体的致密度、坯体及烧结体的抗弯强度均呈先增大后减小趋势.当琼脂糖含量为0.5wt;时,Al2O3陶瓷的抗弯强度达到最大值.     

Al粉粒度及其添加量对SiC陶瓷材料结构和性能的影响

以Al粉为烧结助剂,采用无压烧结工艺于1600℃下保温3 h烧制SiC陶瓷材料,研究了不同Al粉粒度及其添加量对SiC陶瓷材料结构和性能的影响.结果表明:Al粉可促进SiC陶瓷材料的烧结和力学性能的提高,同时起抗氧化的作用,且粒度较小的Al粉对其性能提升的幅度较大.当添加4wt;粒度为48μm的Al粉时,SiC陶瓷材料的性能较佳,体积密度和显气孔率分别为2.69 g/cm3和5.8;,显微硬度和抗折强度分别为2790 HV和189 MPa.SiC陶瓷材料烧结性能和力学性能的提高可归因于Al粉的促烧结作用,及其氧化产物Al2 O3和原位生成的少量莫来石分布在SiC颗粒间所起的强化作用.     

Microstructure and phase transformation of Ti3AC2 (A = Al,Si) in hydrofluoric acid solution

In this paper, Ti₃AC₂ (A = Al, Si) were prepared by pressureless argon shielding synthesis technique. The microstructure and phase transformation of as‐prepared Ti₃AC₂ (A = Al, Si) in hydrothermal hydrofluoric acid (HF) solution were investigated systematically. Results showed that the obtained Ti₃AlC₂ and Ti₃SiC₂ were closely aligned layered structure. In hydrothermal HF solution, Al or Si element was preferentially etched from the layered structure, inducing obvious transformation of microstructure and phase composition. For Ti₃AlC₂, Al atoms diffused out of the structure and reacted with HF to form AlF₃•H₂O, which induced the rearrangement of the Ti and C atoms, and finally resulted in the formation of TiC_x cubic phase. With the hydrothermal temperature and reaction time increasing, the TiC_x phase gradually disappeared and the grain size of AlF₃•H₂O gradually increased. When Ti₃SiC₂ was immersed in hydrothermal HF solution, the main products were TiC and SiC. Interestingly, with the hydrothermal treatment temperature and reaction time increasing, TiC gradually disappeared, while SiC nearly kept unchanged. This can be explained that SiC was covalently bonded carbide, while TiC was metallically bonded, having relatively weak bond energy and consequently being unstable in hydrothermal HF solution.     

高强、低致密度Ni3Al/HAP生物陶瓷复合材料的制备与性能研究

本文主要对Ni3Al/HAP生物陶瓷复合材料的制备及性能进行了初步研究.采用XRD分析了复合材料的相组成,通过组织学观察考察了复合生物陶瓷的生物相容性.研究结果表明:复合材料具有较好的力学性能和生物相容性.     

高居里点(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+xBi_4Ti_3O_(12)系统陶瓷微观结构及温度特性的研究

采用传统陶瓷制备工艺制备(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+ xBi_4Ti_3O_(12) (0≤x≤0.01)系统陶瓷.对在还原气氛(氮气)中烧成的陶瓷样品在一定温度下进行再氧化处理.研究了不同Bi_4Ti_3O_(12)掺杂浓度以及再氧化过程对BaTiO_3微观结构、介电性能及居里温度Tc的影响.结果表明:掺杂Bi_4Ti_3O_(12)后,BaTiO_3陶瓷的晶粒尺寸明显减小;Bi_4Ti_3O_(12)具有提高陶瓷居里点温度的作用,当x=1.0时,居里温度提高到T_c=150 ℃.随着BIT加入量的增加,电子与缺位混合补偿,晶格中将产生金属离子缺位,以补偿多余电子,因此随着BIT掺入量的增加,电阻率逐渐增大.     

Fe3Al有序度截留后的力学性能与价电子结构的关系

利用固体与分子经验电子理论(EET)对Fe3Al的两种晶体结构:03和B2的滑移能进行了计算,结果表明B2结构在室温下具有较低的滑移能,在较小的能量作用下,B2结构优先滑移,这预示B2结构具有较好的塑性.据此对D03结构的Fe3Al进行有序度截留(淬火处理)研究.截留后B2结构的Fe3Al材料的加工性能发生了显著变化,抗压强度和硬度下降.本文对比研究了D03和B2型Fe3Al价电子结构及其力学性能的关系,发现价电子结构与力学性能之间存在很好的相关性.     

镁合金表面制备Al2O3/Ni复合涂层抗腐蚀性的研究

为了改善镁合金的抗腐蚀性,用电泳沉积法在AZ91D镁合金表面沉积两种不同比例的Al2O3/Ni复合涂层.在干燥器皿中放置12h后,放入真空烧结炉中,在300℃下保温4h.通过X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪对涂层的形貌,物相和微观结构进行分析;将试样浸泡在3.5wt;的NaCl溶液中,通过电化学极化曲线和阻抗谱对涂层的抗腐蚀性进行测试.结果显示,与纯Al2O3涂层相比,Al2O3/Ni复合涂层由于添加了Ni,涂层孔隙率降低,同时降低了涂层与基底热膨胀系数的不匹配程度,提高了结合强度.在四种不同比例的涂层中,Al2O3与Ni质量比为1:3的复合涂层,表面结构更加均匀致密化,涂层的抗腐蚀性能最好.