复相增强增韧碳化硼陶瓷的研究

碳化硼是一种非常坚硬的材料,硬度可达到5000MPa(即50GPa),在1000℃可以抵抗空气的腐蚀,具有较高的抗酸性和抗碱性,可以用作磨料、切削刀具、耐磨零件喷嘴、轴承、车轴等,利用它导热性好,热膨胀系数低、能吸收热中子的特性,可以制造高温热交换器,核反应堆的控制剂。利用它耐酸碱性好的特性,可以制作化学器皿,熔融金属坩埚等。通过B4C和TiC的化学反应、Si和C的化学反应,在碳化硼基体内原位反应生成TiB2和SiC晶相,生成的TiB2晶粒粒径:0.5~1μm,SiC晶粒粒径: 3μm以下,且两种晶相均匀分布在碳化硼基体中。当加入20wt%TiC粉末和 14wt%Si粉末时,复相碳化硼陶瓷的断裂韧性KIC值达到 6.08 MPa.M1/2,维氏硬度HV值达到32.5Gpa,分别比纯碳化硼性能提高19.8%、10.9%;当加入26wt%TiC粉末和18wt%Si粉末时,则复相碳化硼陶瓷断裂韧性KIC值达到6.48 MPa.M1/2和维氏硬度HV值达到 32.63 Gpa,分别比纯碳化硼性能提高33%、11.4%。在复相陶瓷中B4C、TiB2和SiC这3种晶相热膨胀系数的不匹配产生残余应力,从而产生应力偏转和微裂纹增韧,同时裂纹沿着B4C、TiB2和SiC的晶界扩展,避免出现穿晶出现,是陶瓷增韧增强的主要机理,同时产生的游离碳和游离硅反应生成SiC晶相,能进一步延长裂纹在晶界处扩展速率。

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。

TiB_(2)、CNT双相增韧碳化硼复合陶瓷及其性能研究

在1500℃的真空条件下,通过液相渗硅法(liquid silicon infiltration,LSI)制备了碳化硼/二硼化钛-碳纳米管(B_(4)C-TiB_(2)-CNT)陶瓷复合材料,对其成分、形貌、性能和增韧机理进行了分析表征和研究。结果表明:复合材料的主要组成相为B_(12)(C,Si,B)_(3)、SiC和Si。二硼化钛和碳纳米管显著提高了液相渗硅烧结碳化硼陶瓷的力学性能,在TiB_(2)和CNT的添加量分别为10%和0.4%时,复合陶瓷的弯曲强度和断裂韧性达到了(390±18)MPa和(5.38±0.38)MPa·m^(1/2),分别比B_(4)C陶瓷高了31%和53%。本文的研究从片状SiC颗粒和CNT的拔出、TiB_(2)的颗粒增韧以及裂纹的偏转等方面解释了B_(4)C-TiB_(2)-CNT复合材料的增韧机理。

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。

安徽工大团队成功研发低硼化钛含量新型陶瓷

碳化硼(B_(4)C)陶瓷具有熔点高、密度低、化学稳定性强以及耐磨性好等优良性能,广泛应用于耐磨、装甲防护等领域。在碳化硼基体中引入第二相硼化钛(TiB_(2)),形成B_(4)C-TiB_(2)复相陶瓷,不仅能有效提高碳化硼陶瓷的力学性能,还能显著降低复相陶瓷的电阻率,实现结构功能一体化。然而,由于硼化钛比碳化硼密度更大,本征硬度更低,硼化钛的加入也增加了材料的比重,降低了材料的硬度。

一种二硼化钛陶瓷粉末的低温固相合成方法

一种二硼化钛陶瓷粉末的低温固相合成方法．属于新型陶瓷粉末材料制备技术领域。该方法是在化学计量比为1：（2．0-2．4）的微米级钛粉和硼粉中加入少量聚四氟乙烯粉作为化学反应促进剂．室温下混合均匀并冷压成坯后．加热至530oC．经低温固相合成反应形成二硼化钛陶瓷疏松块体．破碎后获得二硼化钛陶瓷粉末。本发明以微米级钛粉和硼粉为原料．聚四氟乙烯粉作为化学反应促进剂．

B_4C-TiB_2复相陶瓷的强韧化研究

采用热压烧结工艺，制备了B4C－TiB2复相陶瓷．结果表明，复相陶瓷的抗弯强度、断裂韧性和显微硬度受第二相Tib2颗粒的影响．其中B4C－30vol％TiB2材料的弯曲强度为725MPa，比单体B4C提高65％，B4C－45vol％ThB2材料的断裂韧性为6．7MPa.M(1/2)，比单体B4C提高84％，由B4C基体和TiB2颗粒热膨胀系数不匹配导致的残余应力是B4C－TiB2复相陶补强增韧的主要原因．

ZrB_2-Si_3N_4高温复相陶瓷的制备及抗氧化机理研究

由于ZrB_2具有极高的熔点、强度、硬度和导电率等许多优异性能,因而其应用领域非常广泛。研究了ZrB_2-Si_3N_4复相陶瓷的制备和高温下的氧化机理。结果表明,在1700℃、15MPa、2h烧结条件下制备的ZrB_2-20%Si_3N_4复相陶瓷的致密度为98%左右。ZrB_2-Si_3N_4复相陶瓷在高温氧化时生成了SiO_2,并且SiO_2液相容易在复相陶瓷表面富集形成一层保护膜,有望提高陶瓷在更高氧化温度下的抗氧化性能。

氧化因素对ZrB_2-YAG复相陶瓷表面微区影响的研究

二硼化锆具有许多优异性能,因此它的应用非常广泛。本文研究氧化因素对ZrB2-YAG复相陶瓷的表面微区的影响,为改善超高温陶瓷奠定基础。结果表明:随着氧化温度升高,氧化层厚度增加。在1 300℃以下温度,氧化后陶瓷表面都有(m)ZrO2、YAG、B2O3和ZrB2,而1 300℃氧化后陶瓷表层中的ZrB2完全被氧化,不存在了。氧化层厚度随氧化时间的延长而增厚,但增厚的速率越来越小。

ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷高温氧化机理研究

研究ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的高温氧化机理,以改善超高温陶瓷抗氧化。结果表明,ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的氧化质量增加随YAG-Al2O3含量增加而减小,并随Al2O3摩尔比值增大而减小。在1 300℃以下,该复相陶瓷氧化质量增加随氧化时间延长而增加,但是随着氧化时间的延长,氧化质量增加率逐渐降低。在1 300℃以上,改变YAG-Al2O3含量对氧化质量增加趋势影响不大,但改变Al2O3的摩尔比值,氧化质量增加趋势变化较为明显。

二硼化钛陶瓷研究进展及展望

二硼化钛陶瓷因其具有优异理化特性引起了广泛的关注。但由于其原料成本较高、烧结难以完全致密化,大面积应用二硼化钛陶瓷受到限制。烧结技术的进步和复相材料的添加是改善和提高二硼化钛陶瓷烧结能力和性能的主要途径。本文从二硼化钛陶瓷主要烧结方法及复相体系综述了二硼化钛陶瓷的研究进展,同时总结归纳了二硼化钛陶瓷未来的发展方向。

激光熔覆原位自生复相陶瓷颗粒增强涂层

借助光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及显微硬度计等手段对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了研究。熔覆层不同位置的凝固特征参数不同 ,形成的组织亦不同。陶瓷相的引入使得熔覆层晶粒细小 ,枝晶生长方向发生紊乱。原位反应生成的TiB2 ,Al2 O3 为亚微米颗粒 ,主要分布在晶粒内部 ,形成晶内复合 ,而未反应的TiO2 ,B2 O3 陶瓷颗粒分布在晶间。熔覆层物相主要为基体的γ相和基体上弥散分布的γ′相以及Al2 O3 ,TiB2 等陶瓷相等。研究了激光加工参数对显微硬度分布的影响。磨损试验表明 。

可加工B_4C/BN复相陶瓷的制备与性能研究

采用热压烧结工艺制备了B_4C/BN可加工复相陶瓷,热压烧结工艺参数为:热压温度为1850℃,热压压力为30 MPa,保温时间为1 h。通过向B_4C基体中加入不同含量的h-BN来研究h-BN的含量对所制备的B_4C/BN复相陶瓷材料的力学性能和可加工性能的影响,并通过XRD和SEM来研究复相陶瓷的物相组成和显微结构。结果表明:随着复相陶瓷中的h-BN含量的增加,B_4C/BN复相陶瓷的密度逐渐降低;B_4C/BN复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性有所降低;复相陶瓷的维氏硬度大幅度降低;而硬度的降低导致了复相陶瓷的可加工性能得到显著的提高,当h-BN的含量高于20%(质量分数,下同)时,B_4C/BN复相陶瓷具有良好的可加工性能。

钛化物陶瓷的高温蠕变行为与失效机理

分析了原位生成含钛复相陶瓷TiB2 -TiC(TT) ,TiB2 -TiCxN1 -x(TTT)及TiB2 -TiC -SiC(TTS)的高温蠕变性能和高温氧化行为 .考察在恒定载荷不同温度下 ,材料挠度随时间的变化 .探讨了其高温失效机理 ,并给出了材料抗三点弯曲高温蠕变方程 -挠度 /时间方程 .结果表明 ,含钛复相陶瓷TT ,TTT及TTS在 110 0℃时均出现较大的蠕变 .因此 ,上述 3种材料不宜在 110 0℃及以上的温度下使用 .指出失效的原因之一是TiB2 陶瓷在 80 0℃时的高温氧化及 110 0℃时的高温热分解 .

层状Al_2O_3-TiB_2复相陶瓷的制备

利用流延成型工艺,制备了一定厚度的Al_20_3-TiB_2陶瓷膜,通过剪裁,层压,热压烧结制备了层状Al_2O_3-TiB_2复相材料,并讨论了影响浆料性质及材料性能的各种因素。

TiB_2与BN复相陶瓷的渗流模型

试验结果证实 ,Ti B2 与 BN复相陶瓷的导电性能符合渗流理论 ,原料粉粒度配比下 ,其渗流阀值为 Vc%=2 2 .9% ;原料粉粒度比的改变将改变渗流阀值 ,从而改变各配比下的电阻率值 ;Ti B2 与 BN在 SPS系统中快速烧结 。

原位生成棒晶增强Ti-B-X复相陶瓷的研究

Ｂ４Ｃ与Ｔｉ在１８００°Ｃ×３５ＭＰa×１ｈ的烧结条件下反应生成了TiB2 棒晶，棒晶长度在１０～３０μｍ，其长径比在２～８范围．原位生成的棒晶赋予了材料具有极高的力学性能，材料的弯曲强度和断裂韧性分别为 ６８０ＭＰａ和 １２ＭＰａ·ｍ１／２．通过 Ｘ射线衍射检测了材料的物相组成，利用扫描电镜及透射电镜观察了材料的显微结构．最后讨论了温度及金属Ｔｉ含量对棒晶ＴiＢ2的生成及发育的影响．

气压烧结TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的显微结构与力学性能(英文)

以2.5%(质量分数,下同)Ni 为助烧剂,用气压烧结方法分别制备了含20%,30%和 50%Al2O3的TiB2-Al2O3复相陶瓷。通过扫描电镜观察样品的形貌,并研究了Al2O3含量对材料显微结构和力学性能的影响。结果表明:金属 Ni 能有效地促进材料的致密化;随着Al2O3含量的增加,材料的致密度、抗弯强度和断裂韧性增加,弹性模量出现峰值,Vickers硬度降低,Rockwell硬度变化不大。在加入30%Al2O3时,得到了显微结构均匀,性能较好的 TiB2-Al2O3复相陶瓷,其抗弯强度可达520 MPa,弹性模量达339 GPa,Rockwell硬度达 92.6。

添加TiB_2对Ti-B-C复相陶瓷性能的影响

在1800℃,35MPa的条件下热压烧结B4C/Ti(摩尔比1:3),得到了TiB2/TiC陶瓷材料.材料的弯曲强度和断裂韧性分别为454MPa和8.4MPa·m1/2.当材料中添加不同含量的TiB2时,发现显微结构中有棒晶出现,经X射线分析为TiB2.添加5%(体积比)TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别高达540MPa和10.8MPa·m1/2;而添加20%TiB2时,复合材料的弯曲强度和断裂韧性下降到357MPa和8.19MPa·m1/2.经扫描电镜观察,添加5%TiB2的材料中棒晶数量明显,长度在10～40μm,气孔较少;而20%TiB2材料中的棒晶发育不充分,数量较少,并且存在大量的气孔.这说明一定数量的添加剂可以促进棒晶的生长和发育.原位形成的棒晶,使材料起到了自增韧的效果,大幅度提高了复合材料的力学性能。