冲击加载下氧化铝/碳化硅复相陶瓷局部变形特征分析

为深入研究复相陶瓷在冲击加载下的宏观力学响应特性与微观断裂机制,选取Al_(2)O_(3)/SiC复相陶瓷为研究对象,设计了一维应力波和平面冲击波加载测试方法,研究了材料动态强度及其应变率效应、高压Hugoniot曲线以及不同受力特征下的材料局部变形机制。结果表明:不同的宏观受力特征下复相陶瓷对应有不同的微观断裂机理;冲击加载下材料的宏观变形主要是脆性破坏,但从微观角度观察,大尺寸晶粒穿晶断裂以及小尺寸晶粒沿晶断裂存在明显的局部塑性变形特征;第二相SiC颗粒在晶界和晶粒内部诱导裂纹传播,起到了冲击能量再分配的作用。

莫来石对氧化铝基复相陶瓷抗热震性及显微结构的影响

氧化铝陶瓷是一种应用广泛的工程陶瓷材料,但存在断裂韧性低、抗热震性较差等缺点。为改善氧化铝陶瓷的相关性能,本研究采用无压共烧法制备了氧化铝-莫来石-堇青石复相陶瓷,研究了莫来石添加量对氧化铝基复相陶瓷体积密度、抗热震性、显微结构等方面的影响。结果表明,当添加的莫来石质量分数为20%时,在1500℃保温2 h制备的复相陶瓷具有较高的体积质量(3.838 g/cm^(3))、抗折强度(547.06 MPa)和较好的抗热震性能(800℃剩余应力为47.09 MPa,且表面无裂痕)。由于莫来石在氧化铝基体中起到了桥接、挡裂和拉出等增韧作用,同时可降低复相陶瓷的热膨胀系数,因而赋予复相陶瓷较好的抗热震性能。

碳化硅、氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷的研究

在纳米氧铝粉中加入碳化硅晶须和纳米氧化铝粉，通过烧结得到细晶的氧化铝基复相陶瓷，达到了提高氧化铝陶瓷断裂韧性的目的．研究了Ｎａｎｏ－Ａｌ２Ｏ３／ＳｉＣ（ｗ）、ＺｒＯ２复相陶瓷的烧结温度、晶粒尺寸、ＳｉＣ（ｗ）含量等对细晶Ａｌ２Ｏ３基复相陶瓷材料断裂韧性的影响．采用纳米Ａｌ２Ｏ３粉，可使烧结温度大幅度下降，在１６００℃即可得到致密的细晶陶瓷材料．ＳｉＣ（ｗ）质量分数ｗ为１８％时可以得到较高的断裂韧性值，ＫＩＣ＝６．９６ＭＰａ·ｍ１／２．晶须增韧的机理仍然是晶须的拔出和断裂．加入ＺｒＯ２后，利用ＺｒＯ２的相变增韧的效果，可以使Ａｌ２Ｏ３基陶瓷材料的断裂韧性进一步提高．

用天然硅铝矿物制备氧化铝碳化硅复相陶瓷的研究

本文采用天然硅铝矿物原位制备氧化铝碳化硅复相陶瓷，并通过ＸＲＤ及热力学计算验证了反应过程，研究了材料显微结构及对力学性能的影响，从而制备出氧化铝碳化硅复相陶瓷材料开辟一种新途径。

烧结温度与莫来石用量对氧化铝陶瓷性能的影响

以氧化铝与莫来石为主要原料,选择MgO-TiO_(2)-Y_(2)O_(3)体系添加剂为烧结助剂,分别在1500℃、1550℃、1600℃的烧结温度下制备氧化铝-莫来石复相陶瓷。探讨了烧结温度与莫来石用量对氧化铝陶瓷性能及其显微结构的影响。结果表明:在烧结温度为1550℃,莫来石添加量为40%时,制备的氧化铝-莫来石复相陶瓷综合性能更好,陶瓷样品的气孔率为0.63%,吸水率为0.16%,体积密度为3.86 g·cm^(-3),抗折强度为225.30 MPa。该条件下制备的氧化铝-莫来石复相陶瓷的显微结构整体上比较致密,赋予复相陶瓷较好的综合性能。

镁质黏土对碳化硅-堇青石复相陶瓷结构及性能影响

采用烧结法制备碳化硅-堇青石复相陶瓷。利用TG-DTA分析仪确定原料组成的热行为和反应机理,XRD确定晶相组成,SEM观察形貌结构,PCY高温卧式膨胀仪测定热膨胀系数。结果表明,800℃制备的添加镁质黏土复相陶瓷的抗折强度从0.84 MPa提高到1.91 MPa,表明加入镁质黏土能够提高复相陶瓷在烧制过程中的强度;在1300℃烧结温度下,添加镁质黏土试样的抗折强度从37.25 MPa提高到40.61 MPa,气孔率从19%降低到16%,体积密度从1.63 g/cm^(3)提高到1.64 g/cm^(3),热膨胀系数从2.958×10^(-6)℃^(-1)降低到2.789×10^(-6)℃^(-1),表明添加镁质黏土对复相陶瓷性能有所改善,堇青石结晶度更高,致密度更好。

添加稀土氧化物对氧化铝复相陶瓷性能的影响

采用复合烧结助剂降低氧化铝复相陶瓷 (zirconia_toughenedaluminum ,ZTA)烧结温度并保持优良力学性能 ,着重就不同稀土氧化物对材料烧结性、力学性能和显微结构的影响进行了研究 .复合添加剂促进了ZTA陶瓷的烧结 ,但不同添加剂对材料力学性能产生了不同影响 :含Y2 O3 添加剂因生成富钇晶界相而使材料的强度受到损害 ;而含La2 O3 和 /或CeO2 添加剂使材料力学性能获得提高 ,在 14 0 0～ 14 5 0℃烧结强度超过 5 0 0MPa,断裂韧性达 6 .5MPa·m1 /2 以上 .该ZTA陶瓷断裂路径曲折 ,裂纹出现架桥、分叉等现象 。

常压烧结莫来石／氧化锆／碳化硅复相陶瓷的研究

本文对莫来石／氧化锆／碳化硅复相陶瓷进行了Ｎ２气氛中常压烧结的研究。实验结果表明：ＳｉＣ粒子添加量≤２０ｖｏｌ％时，材料均可致密烧结并可获得均匀的微观结构。ＳｉＣ粒子的加入使材料的力学性能较莫来石／氧化锆（ＺＴＭ）陶瓷有明显提高，并在ＳｉＣ含量为１０ｖｏｌ％时达到峰值，室温强度和断裂韧性分别为６０１ＭＰａ和５８ＭＰａｍ１／２，接近热压材料。

ZrSiO_4/Al_2O_3烧结氧化铝-莫来石复相陶瓷微观结构的研究

将氧化铝和锆英石混合物试样分别在 13 5 0℃、15 5 0℃下烧成 ,结果发现在 13 5 0℃烧成、保温 3h的样品中有莫来石生成 ,而在15 5 0℃烧成、保温 3h的情况下却未发现莫来石生成 。

四方氧化锆多晶/氧化铝(板晶)复相陶瓷的摩擦磨损性能研究

以表面包裹玻璃涂层的氧化铝微粉、小尺寸样板晶以及钇稳定四方氧化锆（Y—TZP）微粉为原料，在常压下通过样板晶生长制备氧化铝样板晶体积分数为50％的Y—TZP／板状氧化铝复相陶瓷，采用机油为润滑剂对比研究了复相陶瓷和3Y—TZP陶瓷在不同载荷下的摩擦磨损性能，采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析试样磨损表面形貌及其相组成．结果表明，在载荷400N时，3Y—TZP陶瓷出现摩擦系数和磨损率突变．在磨损突变前，3Y—TZP陶瓷的磨损机理为塑性变形、耕犁和微裂纹，在磨损突变后则以微断裂和晶粒拔出为主．复相陶瓷在试验载荷（100—700N）条件下没有出现磨损突变．与3Y-TZP陶瓷相比，在相同载荷下，复相陶瓷的磨损率较低．这是因为复相陶瓷中的氧化铝板晶在三维空间形成了网络骨架，氧化铝样板晶固有的高弹性模量和高热导率抑制了氧化锆马氏体相变，为摩擦热的散失提供了导热通道．

Y-TZP/氧化铝(板晶)复相陶瓷的砂浆冲蚀磨损

以带有玻璃涂层的氧化铝微粉、小尺寸板晶（样板晶）和钇稳定四方氧化锆（3Y-TZP）微粉为原料,在常压下通过样板晶生长制备了氧化铝板晶体积分数为50%的Y-TZP/氧化铝（板晶）复相陶瓷.采用砂浆喷射装置,砂浆流速为10～40 m/s,冲击角为90°～15°,对比研究了该复相陶瓷和3Y-TZP陶瓷的砂浆冲蚀磨损.结果表明,2种材料的磨损率在75°～60°之间均出现最大值.磨损率大小受到材料自身硬度的影响,磨损率值随着砂浆流速的增加而增加.

堇青石/碳化硅复相陶瓷窑具抗氧化性能研究

本文对碳化硅、堇青石的优点整合制备碳化硅/堇青石复相陶瓷窑具,以力学性能变化为基础通过研究偏钒酸铵含量、金属硅粉含量、烧成温度等3个方面对堇青石/碳化硅复相窑具材料抗氧化性能进行研究分析,并通过X-射线衍射(XRD)分析,复相陶瓷窑具中并未有明显的氧化物如SiO2等杂质相出现。

金属转移层对氧化铝基自润滑复相陶瓷磨损行为的影响

采用热压烧结工艺制备了含有固态润滑组元石墨、BN的氧化铝基自润滑陶瓷材料。在MG - 2 0 0磨损试验机上采用销—盘对磨方式 ,研究了四种试验温度条件下与灰铸铁材料配对时该类型复相陶瓷的磨损特性。通过扫描电镜 (SEM)对陶瓷磨损表面金属转移层的形貌进行了观察与对比 ,分析了其对自润滑陶瓷材料磨损率的影响作用。结果表明 :陶瓷磨损面上大面积、厚实的金属转移层形成 ,不仅导致了真实摩擦界面的变化以及自润滑功效的弱化 ,同时由于金属磨屑在陶瓷表面的渗透引起了摩擦亚表层较高的张应力水平 ,使得自润滑陶瓷材料的磨损方式由颗粒剥落转为微区剥落 ,从而加剧了磨损。

氧化铝、莫来石增强白水泥熟料基质复相陶瓷材料性能

研究了氧化铝、莫来石颗粒增强白水泥熟料基质复相陶瓷材料的常温力学性能。采用干混、冷等静压成型、常压烧结等方法 ,制备复相陶瓷。结果表明 :这种材料具有良好的烧结性能 ,氧化铝。

氧化锆/氧化铝复相陶瓷显微组织缺陷分析

针对5Y-ZrO2/Al2O3复相陶瓷出现的晶粒异常长大和晶粒开裂问题展开研究。以ZrO2和Al2O3为主要原料,采用常压烧结工艺制备陶瓷样品,利用SEM观察显微组织。分析表明:MgO对抑制Al2O3晶粒异常长大有重要影响,MgO的加入量应随着Al2O3加入量的变化而改变;烧结温度的改变将导致异常长大的Al2O3晶粒细化。当烧结温度较低时,Al2O3晶粒将在短轴方向逐渐断开成段;当温度较高时,则沿着长轴方向逐渐开裂成条状。ZrO2晶粒的断裂主要与烧结温度有关:在1630℃以上烧结时,出现裂纹并贯穿晶粒;晶粒开裂的原因是:烧结温度较高时,陶瓷中形成了t-ZrO2,在降温过程中大颗粒的t相发生t→m相变,而小颗粒t相则无法变成m相,引起局部体积变化不均匀,从而产生相变应力导致晶粒穿晶断裂。

碳化硅-硼化锆复相陶瓷的增强研究

研究第二相粒子硼化锆及其加入量变化对碳化硅-硼化锆复相陶瓷的强度和韧性的影响,同时探讨其氧化行为。用光学、透射电镜和扫描电镜对复相陶瓷的微观结构、断裂行为进行分析讨论。实验表明,材料性能不仅取决于组成变化而且与工艺条件有关。在适当热压工艺条件下获得的性能表明,复相陶瓷(SiC-15vol.%ZrB_2)的断裂韧性比热压α-SiC要提高50％左右,达到6.5MPa·m^(1/2),弯曲强度仍能达到560MPa。 抗氧化性能与单相热压SiC比较,SiC-15vol.%ZrB_2在1280℃时氧化加速进行,安全使用应低于1150℃。通过压痕裂缝扩展和拋光面上断裂时裂缝行进观察表明,裂缝分支和绕道可能是增韧的主要机制。

硼化锆基碳化硅复相陶瓷

以钇铝石榴石(yttriumaluminumgarnet,YAG)为烧结助剂,通过无压烧结工艺制备了ZrB2-SiC复相陶瓷。研究了复相陶瓷的相组成、抗烧蚀性能以及烧结助剂含量、烧结温度对复相陶瓷力学性能和显微结构的影响。结果表明:复相陶瓷的物相组成主要为ZrB2,SiC和少量玻璃相;添加YAG或提高烧结温度能使材料的晶粒显著长大,并显著提高材料的相对密度和力学性能。当YAG含量为9%(质量分数),烧结温度为1800℃时陶瓷的相对密度为97.1%、Rockwell硬度HRa为88、弯曲强度为296MPa、断裂韧性为5.6MPa·m1/2。复相陶瓷具有优异的超高温抗烧蚀性能,在2800℃烧蚀30min,烧蚀率仅为0.001mm/s,烧蚀后的显微结构呈现复杂的多层结构。

氧化铝-堇青石-莫来石复相陶瓷的制备及抗碱腐蚀性能

以低钠氧化铝、煅烧氧化铝、堇青石、莫来石和镁铝尖晶石为主要原料,选择TiO2GCaOGMgOGSiO2体系烧结助剂为添加剂,在1500~1600℃下烧结制备氧化铝-堇青石-莫来石复相陶瓷.探讨了配方组成和烧结温度对氧化铝基复相陶瓷力学性能和抗碱腐蚀性能的影响.实验结果表明:在1600℃下烧结的2号陶瓷样品的综合性能最好,其洛氏硬度为92.6HRA,体积密度为3.92g/cm3,吸水率为0.09%,气孔率为0.34%.在1600℃下烧结的2号样品的抗碱腐蚀性能最佳,该陶瓷样品在经过两次抗碱腐蚀后其洛氏硬度为68.8HRA.

原位合成碳化硅-硼化钛复相陶瓷的高温摩擦性能及其磨损机理

以SiC为基体,用TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了SiC TiB2复相陶瓷。通过测试SiC和SiC TiB2的高温摩擦系数和比磨损率与温度、外加载荷的关系,研究了SiC TiB2复相陶瓷的高温摩擦学性能。在空气中,外加载荷为0.2 MPa,摩擦速度为0.3 m/s时,SiC TiB2复相陶瓷自对偶(SiC TiB2/SiC TiB2)高温摩擦呈现较好的高温自润滑性能。温度对SiC TiB2/SiC TiB2摩擦系数和比磨损率的影响与载荷有关。载荷为0.4 MPa时,比磨损率最大。用X射线衍射测试了SiC TiB2/SiC TiB2磨屑的组成,用扫描电子镜观察了SiC TiB2/SiC TiB2磨损断面,发现高温摩擦氧化是TiB2SiC/SiC TiB2磨损的主要机理。磨损断面包含摩擦氧化层、过渡层和基体亚表面3层,氧化层和过渡层接触紧密。磨屑具有典型包裹结构,其主要氧化物是无定形氧化硅。平滑的氧化层改进了摩擦表面的塑变性能,缓冲了摩擦应力,减小了高温比磨损率。

第二相SiC颗粒弥散增韧氧化铝陶瓷的残余应力计算

为了从微观的角度解释和说明弥散SiC颗粒通过增韧而达到增强和提高耐磨性的本质原因 ,建立了弥散颗粒分布模型及应力计算模型 。