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。

堇青石微晶玻璃结合碳化硅复相陶瓷材料的制备

以MgO-Al2O3-SiO2(MAS)系玻璃作为高温结合剂,经1430℃×2h的烧成和1350℃×2h的热处理,制备了堇青石微晶玻璃结合碳化硅复相陶瓷材料,并利用XRD和SEM等测试方法研究了烧成温度和微晶玻璃的化学组成对复相陶瓷的组成、结构及性能的影响。结果表明,经1430℃烧成MAS系玻璃可形成液相包裹SiC颗粒,起到填充气孔的作用,再经1350℃保温2 h热处理可使玻璃中析出呈团簇状且粒径小于1μm的堇青石微晶。提高烧成温度至1470℃导致SiC剧烈氧化和方石英的析出,不利于材料的热膨胀性能。适当提高玻璃中MgO的含量有利于堇青石的析出和热膨胀系数的降低,其中,经1430℃烧成SC-A2配方样品的热膨胀系数最低,为5.2×10^-6·℃^-1。

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。

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。

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。

无压烧结Al_2O_3/SiC纳米复相陶瓷的研究

将粒径为 3 0～ 3 5nm的 β -SiC粉 ,加入亚微米尺寸的α-Al2 O3粉料中 ,通过无压烧结工艺 ,制备出了Al2 O3/SiC纳米复相陶瓷 .烧结体相对密度达到 98.82 % ,抗弯强度和断裂韧性分别达到 489MPa和 6.67MPa·m1 / 2 .SEM分析发现 :纳米SiC颗粒镶嵌于氧化铝晶界 ,形成了由Al2 O3-SiC -Al2 O3晶粒间搭桥联结的界面与SiC -Al2 O3之间牢固结合的相界组成的复合界面 ,改善了晶界结构 ,极大地提高强度和韧性 .同时发现纳米强化相中O2 含量对烧结体密度和组织结构有重要影响 .用Si/C/N非晶复合粉作为强化相也进行了对比实验 .

SiC-石墨复相陶瓷的反应连接法焊接特性

为研究料浆涂覆工艺及反应连接法焊接Si C-石墨复相陶瓷的焊接特性,以w(Si C)=95%、w(石墨)=0的SG0和w(Si C)=65%、w(石墨)=30%的SG30两种陶瓷材料为母材,以硅粉和活性炭粉按n(Si)n(C)=1 1.2配制的65%固相体积分数的混合料浆(分散介质为酚醛树脂和酒精)为焊料,采用涂覆法及反应烧结工艺进行Si C-石墨复相陶瓷的焊接,并对焊接接头的抗弯强度、焊缝的显微形貌以及物相组成进行了测试及分析。结果表明:焊缝具有与母材类似的微观结构及物相组成,焊缝与基体结合紧密;对比SG0-SG30和SG30-SG30两种焊接试块的抗弯强度,其中具有同质母材的焊接试块SG30-SG30的接头抗弯强度较高,达到了81.96 MPa。

TiH_2在裂解聚碳硅烷制备复合材料中的应用

研究TiH2 粉在以聚碳硅烷为先驱体裂解制备SiC陶瓷材料中的应用 ,结果表明 ,TiH2 粉能缓和聚碳硅烷的裂解反应 ,增加先驱体的陶瓷产率 ,提高陶瓷材料性能 .然而 ,先驱体在裂解过程中的线性收缩率和气孔率却随着TiH2 粉的加入而增加 .

太阳能吸热器用莫来石--碳化硅陶瓷的原位合成(英文)

采用半干压成型和无压烧成技术,原位合成了用于太阳能热发电吸热器的莫来石结合碳化硅（SiC）吸热陶瓷。研究结果表明：经1 520℃烧成的样品B2（粒径≤61μm SiC 72%,粒径≤20μm SiC 18%,工业氧化铝4.64%,苏州高岭土5.36%）的综合性能最佳,其显气孔率、吸水率、体积密度和抗折强度分别为28.40%、13.35%、2.13g/cm^3和44.20MPa;热震试验30次（1 100℃~室温,风冷）,样品无裂纹,强度增加率达52.30%;在1 300℃氧化100h后,样品的氧化增重为25.43mg/cm^2,氧化动力学常数为1.80×10^-7kg^2/（m4·s）。物相分析表明,样品的相组成为碳化硅、莫来石、石英和刚玉。显微结构分析表明,原位合成的莫来石结合于碳化硅颗粒间,赋予样品较好的抗折强度。热震试验30次后,可在样品中观察到更加致密的结构,碳化硅晶粒被树枝状微晶紧密联接,改善了样品的抗热震性。莫来石--碳化硅复相陶瓷可作为塔式太阳能热发电吸热器的潜在应用材料。

Al_2O_3–SiC复相陶瓷的摩擦磨损特性

用真空热压工艺制备了Al2O3-SiC复相陶瓷。对热压烧结的纯Al2O3以及Al2O3-SiC复相陶瓷进行了摩擦磨损实验,研究了SiC添加量对复相陶瓷摩擦磨损性能的影响。结果表明:在压力为25MPa,1635℃热压烧结1h,当SiC的质量含量为5%时,Al2O3-SiC复相陶瓷的耐磨性最佳,虽摩擦系数最大(0.61,Al2O3则为0.46),但磨损率(WR)仅为5×10-4mm3/(N·m)。Al2O3-SiC复合材料的磨损机理为脆性断裂引起的磨粒磨损,材料的WR与断裂韧性(KIc)和Vickers硬度(HV)的乘积(KIc1/2HV5/8)成反比。

太阳能热发电用氧化铝–碳化硅–氧化锆储热陶瓷的制备及表征(英文)

以α-Al2O3、部分稳定氧化锆(5.2%Y2O3,质量分数)和碳化硅为原料,采用无压烧成技术制备了太阳能热发电用Al2O3–SiC–ZrO2(ASZ)储热陶瓷,研究了碳化硅和氧化锆添加量对ASZ储热陶瓷样品结构与性能的影响。结果表明:随着碳化硅添加量的增加,样品的力学性能、抗热震性和热物理性能均有提高;添加氧化锆可提高样品的力学性能和抗热震性能;经1280℃烧成的碳化硅添加量为50%、部分稳定氧化锆添加量为5%的样品的显气孔率、吸水率、体积密度和抗折强度分别为24.88%、10.44%、2.38g/cm3和66.20MPa;样品的比热容、导热系数和储热密度(600℃时)分别为1.05 kJ/(kg.K),2.26 W/(m.K)和916.91 kJ/kg。热震试验30次(室温～800℃)样品无裂纹,强度增长率为27.89%。