Al_2O_3/SiC纳米陶瓷复合材料的制备及力学性能

采用一次粒径分别为 10nm和 15nm的α Al2 O3 和SiC粉体为原料 ,制备了Al2 O3 /SiC纳米陶瓷复合材料·纳米SiC颗粒明显抑制Al2 O3 基体晶粒的长大 ,SiC体积分数超过 4 %时 ,材料的断裂方式由沿晶断裂变为穿晶断裂·随SiC含量的增加 ,Al2 O3 /SiC纳米复合材料的硬度增大·材料的弯曲强度和断裂韧性在SiC体积分数为 5 %时达到最大值·最大三点弯曲强度和断裂韧性分别为 6 4 1MPa和 4 7MPam1/2 ,明显高于热压单相Al2 O3 陶瓷 (344MPa和 3 1MPam1/2 )

常压烧结制备Al_2O_3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。

天然高岭土碳热还原制备Al_2O_3/SiC复相陶瓷粉

以天然高岭土与碳黑为原料,采用原位碳热还原法,合成了Al2O3／SiC复相陶瓷粉末,探索了一条低成本合成Al2O3／SiC复相陶瓷粉末的新途径。对合成反映的热力学过程进行理论分析和实验研究,探讨了产物的合成条件。研究表明:反映合成过程分为2个阶段,首先是高岭土的脱水阶段。然后是分解产物的还原过程。分解出的莫来石及SiO2与碳发生还原反应,产物为Al2O3和SiC。

退火对Al_2O_3/SiC纳米复合材料裂纹愈合行为的影响

研究不同密度的 Al2 O3 / Si C纳米复合材料在退火条件下的裂纹愈合行为。利用维氏压痕法引入可控的预制裂纹 ,通过测量退火前后材料抗弯强度的变化来表征裂纹愈合程度。当退火温度在 85 0℃以上时 ,裂纹愈合效应随退火温度提高明显增强 ,在 115 0℃左右退火 1h后 ,不同密度的试样的抗弯强度均恢复到试样的固有强度。裂纹愈合的机制主要归结于退火过程中残余应力的驰豫导致扩散键合和裂纹表面碳化硅颗粒的氧化作用。然而 。

纳米SiC和添加剂ZrO_2对Al_2O_3基纳米复合陶瓷显微组织和性能的影响

采用极性分散剂,在微米Al2O3基体中加入微米ZrO2和纳米SiC颗粒,用真空热压法制备出了Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并研究了微米ZrO2和纳米SiC的添加对Al2O3/SiC纳米复合陶瓷显微组织及其性能的影响。结果表明:与纯Al2O3比较,适量微米ZrO2和纳米SiC颗粒的加入阻碍了Al2O3晶粒的长大,使复合陶瓷的显微组织非常细小,纳米复合陶瓷烧结后的力学性能大大提高。

原位生成SiAlON增强Al_2O_3-SiC-C铁沟浇注料的力学性能

根据热力学计算 ,在还原气氛下 ,通过引入Si3N4 和提高Si的加入量等途径原位合成制备出SiAlON增强Al2 O3-SiC -C浇注料是完全可行的。实验研究了Si3N4 的加入量和Si的加入量对Al2 O3-SiC-C铁沟浇注料力学性能的影响。结果发现 :随着Si3N4 加入量的提高 ,材料的力学性能先增大 ,后减小 ,加入量为 6 %时材料力学性能最佳 ;Si的加入量对材料性能的影响较为显著 ,材料的力学性能随着其加入量的增多而逐渐提高 ,其最佳加入量为 5 %。XRD及SEM分析结果表明 ,SiAlON增强Al2 O3-SiC -C铁沟浇注料性能优良的根本原因是由于Si3N4 、Si与Al2 O3原位反应生成的SiAlON改变了材料基质结合形式 ,提高了基质的固

SiC晶须和Ti(C,N)颗粒协同增韧Al_2O_3陶瓷刀具的研究

采用热压工艺烧结制备了SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷刀具复合材料。研究了不同烧结温度(16 0 0～ 175 0℃ )下 ,材料的致密度和力学性能 (断裂韧性KIC ,维氏硬度HV和抗弯强度σf)随晶须含量 (10 %～4 0 % )的变化关系 ;探讨了SiC晶须和Ti(C ,N)颗粒对Al2 O3基体的协同增韧机理。同时与SiCW Al2 O3陶瓷及Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷作对比研究。结果表明 :SiCW Ti(C ,N) Al2 O3(Y2 O3)陶瓷材料在 175 0℃ ,晶须含量为 2 0 %时获得最佳的综合力学性能 :KIC =7 11MPa m1 2 ,HV =2 1 16GPa ,σf=82 0MPa ;明显高于SiCW 含量为 2 0 %的SiCW Al2 O3陶瓷和不加晶须的Ti(C ,N) Al2 O3陶瓷。第三相Ti(C ,N)颗粒的加入与晶须一起产生明显的迭加增韧效果 ,而且对SiCW 的各种增韧机制起到了促进作用。

多相悬浮混合法制备Al_2O_3-SiC_((n))纳米复合陶瓷

采用多相悬浮混合法制备纳米ＳｉＣ均匀分布在基质Ａｌ２Ｏ３中的纳米复合陶瓷。分别研究了加入分散剂ＰＭＡＡ－ＮＨ４后纳米ＳｉＣ和亚微米级Ａｌ２Ｏ３在水悬浮液中的分散稳定性，得出了两种单相水悬浮液高稳定、高分散的条件；并得出两相混合悬浮液均匀分散以及共同絮凝的条件，获得均分散的纳米复合陶瓷粉体。热压瓷体的力学性能得到明显改善。

Al_2O_3-SiC系制品中添加物α-Cr_2O_3的行为

以电熔刚玉和SiC为基料的制品中添加适量亚微米级的绿铬 (α Cr2 O3)时 ,烧成过程中α Cr2 O3生长到 1～ 5μm ,并与刚玉表面接触区发生互扩散行为。SiC在氧化层中氧化并形成玻璃纤维 ,使氧化层的组分变为Al2 O3-Cr2 O3-SiO2 系。所形成的高硅质液相能促进 (Al2 -x,Crx)O3固溶体析晶 ,晶体呈较大的六方柱状自形晶 ,长度达 5～ 2 0 μm ,长径比 ( )为 5～ 1 0。但此液相中不含Cr2 O3。

β-Sialon-Al_2O_3-SiC系复相材料的研制和性能

研究了在 15 0 0℃的流动氮气中 ,用Al粉、Si粉、Al2 O3粉、刚玉和SiC的颗粒及细粉直接制备 β Sialon -Al2 O3-SiC系复相材料的氮化烧结技术。XRD和SEM分析表明 ,结合相 β Sialon的显微形貌随刚玉量的增加由纤维状向棱柱状转变 ,发育良好。复相材料的高温抗折强度高于常温抗折强度。抗热震试验结果显示 :添加适量的刚玉对β Sialon -SiC复相材料和添加适量的SiC对β Sialon -刚玉 复相材料都具有良好的增韧效果 ,这是β Sialon的纤维增强及柱状晶体原位自补强增韧和复合弥散相增韧综合作用的结果。抗碱和抗高炉渣试验均显示了该复相材料优良的抗碱和抗铁渣侵蚀能力。

Al_2O_3-SiC纳米复合陶瓷的制备及其表征

以分析纯A l(NO3)3.9H2O,(CH2)6N4和粒径为30 nm的SiC粉末为原料,采用溶胶-凝胶(sol-gel)方法制备干凝胶,经煅烧合成A l2O3-SiC纳米陶瓷粉,利用真空热压装置对粉末进行烧结.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和维氏硬度实验分析了不同SiC含量和不同烧结温度的A l2O3-SiC陶瓷样品的结构、形貌、晶粒尺寸和硬度,并研究了其机理.

Si_3N_4-Fe对Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

利用Si3N4 的优良性质及金属塑性相Fe的作用 ,将其添加到高炉出铁沟用Al2 O3-SiC -C浇注料中 ,以改善材料的力学性能和抗氧化性能。对高温处理后试样强度、显气孔率测试以及对氧化层的SEM分析 ,结果表明 ,添加适量的Si3N4 -Fe ,材料的显气孔率降低 ,强度提高 ,抗氧化性增强。

Al_2O_3/SiC纳米复合陶瓷中SiC粉料的氧化现象

为验证在空气环境中,烧结Al2O3/SiC纳米复合陶瓷过程是否出现纳米SiC粉料的氧化现象,以及氧化后纳米陶瓷性能的变化规律,分别采用了常压氩气保护烧结和常压空气环境中烧结两种工艺,制备了Al2O3/SiC纳米复合陶瓷.经检测,前者性能优异,其相对密度为98.82%,抗弯强度为489 MPa,断裂韧性达6.67 MPa.m1/2;而后者性能大幅度降低,经x-ray检测发现,烧结后样品中SiC衍射峰消失,即纳米SiC严重氧化;同时发现随纳米SiC粒径的减小及含量增加,氧化现象加剧,性能更加变差.借助断口的SEM图像对烧结过程SiC粉料氧化机理进行分析,发现:碳化硅已经分解为CO2和SiO2,前者以气体形式挥发并在陶瓷体内留下气孔,而后者以玻璃相形态存在于晶界中.

Al_2O_3/Ti_3SiC_2层状复合材料的制备与性能

采用两种方法制备Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料,一是原位-热压法,即Ti3SiC2是在层状材料的制备过程中同时被合成的;一是分步法,即制备过程分两步进行,首先制备出Ti3SiC2高纯粉,再采用热压法进行烧结制备层状材料。两种方法制备的Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料强度保持在450MPa以上,断裂功达到1200～1560J/m2,相对Al2O3块体材料提高十余倍。另外,不同的制备方法得到不同的组成和显微结构,决定了这两种Al2O3/Ti3SiC2层状复合材料性能的差异:前者强度较高韧性较低,后者强度较低而韧性较高。

纳米Al_2O_3对Al_2O_3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔致密刚玉、碳化硅、沥青等为主要原料,研究了加入纳米Al_2O_3对Alpha-bond结合的Al_2O_3-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响。随着细粉预混法引入的纳米Al_2O_3的增加,流动值相近时,浇注料加水量有所增加,常温抗折强度和耐压强度变化趋势不明显;高温抗折强度在纳米Al_2O_3加入量为0.5%(质量分数,下同)时最高,提高幅度为4%,但随着加入量的继续增加,呈降低趋势。静态坩埚抗渣实验表明:含纳米Al_2O_3的浇注料,其抗渣侵蚀性没有得到改善;在加入1.0%纳米Al_2O_3时,抗渣渗透性得到提高。引入的纳米Al_2O_3使得材料在高温处理后更易生成莫来石相。

烧结温度对Al_2O_3/SiC(n)纳米复相陶瓷性能的影响

采用极性分散剂 ,在微米Al2 O3 基体中加入SiC纳米颗粒 ,用真空热压烧结法制备出Al2 O3 /SiC(n)纳米复相陶瓷 ;研究了烧结温度对氧化铝纳米复相陶瓷性能的影响。研究结果表明 :烧结温度的不同使得烧结后Al2 O3 /SiC(n)

SiO_2微粉加入量对Al_2O_3-SiC-C出铁沟浇注料性能的影响

采用高铝矾土(8～5 mm)、棕刚玉(8～5、5～3、3～1 mm)、SiC(≤1、≤0.044 mm)、致密刚玉(≤1、≤0.044 mm)为主要原料,固定SiO2微粉和白泥的总加入量(w)为2.5%,研究了SiO2微粉加入量(其质量分数0、1%、1.5%、2%、2.5%)对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响。结果表明:试样在1 100、1 500℃分别保温3 h处理后,随着SiO2微粉加入量的增加即白泥加入量的降低,其加热永久线变化逐渐减少,显气孔率呈现先增大后降低的趋势,体积密度的变化趋势与显气孔率的正好相反,常温抗折强度及高温(1 450℃0.5 h)抗折强度呈现先增大后降低的趋势;当SiO2微粉加入量(w)为1.5%时,试样热震后的残余强度最大,SiO2微粉加入量(w)为2%的试样的强度保持率最低;在SiO2微粉加入量(w)为2%时,材料的抗渣侵蚀性能最好,继续增大SiO2微粉含量,抗渣侵蚀性能下降。综合各方面的因素,SiO2微粉和白泥复合使用时,SiO2微粉加入量(w)为2%左右,白泥加入量(w)为0.5%左右时,Al2O3-SiC-C快干浇注料具有最佳的综合性能。根据试验结果制备的快干浇注料在莱钢750 m3单铁口高炉铁沟使用,在未经任何修补的情况,主沟一次通铁量达到14万t。

添加Al_2O_3对Ti_3SiC_2复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备Ti3SiC2-Al2O3复合材料,研究热压温度和Al2O3含量对Ti3SiC2-Al2O3复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:采用反应热压烧结,可以在1450℃烧结得到致密度高、性能良好的Ti3SiC2-Al2O3复合材料。添加Al2O3可以起到第二相增强的作用,从而提高材料的强度。随着添加量的增加,复合材料的力学性能先提高后降低,当Al2O3添加量为20%(质量分数)时断裂韧性达最大值(7.10 MPa-m1/2),当Al2O3添加量为30%时抗弯强度达最大值(512 MPa)。Al2O3在高温下与TiO2反应生成具有耐高温和高抗热震性能的Al2Ti O5,可以有效提高Ti3SiC2基复合材料高温抗氧化性能。

Al_2O_3对Ti_3SiC_2/Al_2O_3复合材料性能及显微结构的影响

采用SPS烧结方法,通过测定密度、气孔率、硬度、抗弯强度以及组织观察,系统地研究了Al2O3对Ti3SiC2/ Al2O3复合材料性能的影响。结果表明,在Ti3SiC2中添加适量Al2O3可以在强度及断裂韧性略有增加的前提下,大幅度提高材料的硬度,维氏硬度最高可达10.28GPa。当Al2O3含量过高时,材料强度、断裂韧性的下降是由于Al2O3的团聚所致。