不同含量Y_2O_3的ZrO_2对Al_2O_3复合陶瓷热震稳定性的影响

含2%(摩尔分数)Y2O3的ZrO2(简称TZP(2Y))和3%(摩尔分数)Y2O3的ZrO2(简称PSZ(3Y))分别以15%(体积分数)添加到Al2O3基体中,经1550℃真空烧结。实验表明,Al2O3复合材料的性能均高于单相Al2O3陶瓷,并且Al2O3/PSZ(3Y)的抗热震性优于Al2O3/TZP(2Y)。提高改善复合材料的抗热震性是ZrO2(Y2O3)多种增韧机制的作用。理论计算表明,Al2O3陶瓷和Al2O3/TZP(2Y),Al2O3/PSZ(3Y)复合材料的断裂功分别为38,100.8,126.2J·m-2。Al2O3/TZP(2Y)和Al2O3/PSZ(3Y)复合材料的裂纹萌生阻力是Al2O3陶瓷的1.41倍和1.57倍,而裂纹扩展阻力是Al2O3陶瓷的1.38倍和1.46倍,与热震实验残余强度的结果一致。

PSZ(3Y)含量对Al_2O_3陶瓷力学性能的影响

对部分稳定ZrO2(简称PSZ(3Y))含量与Al2O3基陶瓷烧结致密化及力学性能的关系进行了测试,用X射线衍射定量相分析计算了m-ZrO2和t-ZrO2相在断裂前后相含量的变化.结果表明:当Al2O3中添加15％(体积分数)PSZ(3Y)时,1550℃真空烧结后Al2O3基复合陶瓷的抗弯强度达到884 MPa,断裂韧性达到8.2 MPa·m1/2.PSZ(3Y)的相变增韧提高了Al2O3/PSZ(3Y)复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性.

Al_2O_3/Y_2O_3复合助剂对碳化硅蜂窝陶瓷烧结性能的影响研究

以碳化硅为主要原料,以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为粘结剂,以Al2O3和Y2O3作为复合烧结助剂,采用挤出成型工艺制备出碳化硅多孔蜂窝陶瓷。探究了复合助剂Al2O3/Y2O3的加入量对蜂窝陶瓷物相组成和微观形貌的影响;研究了烧结温度对碳化硅陶瓷物相、微观形貌以及孔隙率、线收缩率、体积密度、抗压强度的影响规律。结果表明:Al2O3/Y2O3复合助剂的加入量增大和烧结温度的提高,陶瓷液相量增多;在钇铝石榴石(YAG)的共晶点1760℃附近,更易于析出结晶形成YAG相。烧结温度升高,陶瓷收缩率增大;体积密度和抗压强随烧结温度变化规律接近;体积密度和抗压强度在1750℃达到最大值分别为1.8 g/cm3和14.09 MPa。

熔体自生原位增韧Al_2O_3/20%ZrO_2(3Y)复合陶瓷显微结构、裂纹扩展与增韧

通过在铝热剂中添加一定含量的微米ZrO2（3Y）粉末,以铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离与熔体自生方式,制备出以t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上且具有不同结构取向的蓝宝石棒晶为基的Al2O3/20%ZrO2（3Y）复合陶瓷,并结合力学性能测试,研究材料显微结构、裂纹扩展与增韧之间的内在联系.研究得出,陶瓷抗弯强度与断裂韧性分别达到1 086MPa与11.6 MPa·m05;存在于蓝宝石棒晶上大量、细密的低能异相界面（相界面间距为纳微米尺度）及高的残余压应力,使蓝宝石棒晶得以补强;具有高强度、高模量且长径比为6.0～8.0的蓝宝石棒晶及分布于其上的高残余压应力又迫使裂纹沿棒晶边界扩展,诱发裂纹偏转、棒晶桥接与拔出增韧机制,并相继伴随着t-ZrO2相变、α-Al2O3片晶桥接、Cr颗粒延性相塑变及相变诱发微裂纹多重增韧机制的协同作用,保证材料在保持高强度的同时,又具有高韧性与高的缺陷容忍性.

超重力下合成Al_2O_3/YSZ复合陶瓷的组织与性能

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,进行超重力下燃烧合成,制备出Al2O3/YSZ系列成分自生复合陶瓷板材,并对陶瓷结构转变与力学性能进行了研究。共晶成分自生复合陶瓷基体主要是以亚微米ZrO2纤维镶嵌于Al2O3上的共晶团构成,亚共晶成分自生复合陶瓷因发生离异共晶生长,其基体为ZrO2相分布于其边界上的Al2O3晶构成,过共晶成分自生复合陶瓷基体则为ZrO2正方相细小球晶构成。共晶成分的自生复合陶瓷因共晶团基体上高残余压应力与小尺寸共晶团边界,其硬度达至最高值16.7GPa;而过共晶成分的自生复合陶瓷因ZrO2正方相球晶相变增韧及相变诱发微裂纹增韧,其断裂韧度达至最大值14.6MPa.m21。

Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷的激光熔凝实验研究

开展了Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷的激光熔凝制备技术的实验研究,研究结果表明:(1)激光扫描速率与功率密度的匹配对激光熔凝实验起着决定性的作用。调整工艺参数,可以获得表面光滑、平整、致密的熔凝层,且无宏观孔隙及裂纹。随扫描速率的增大,熔凝层变薄;(2)激光熔凝Al_2O_3/YAG共晶自生复合陶瓷由Al_2O_3相和YAG相两相组成,具有典型的快凝层状共晶组织,共晶间距非常细小。

机械振动对燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2(3Y)自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3/ZrO2(3Y)自增韧复合陶瓷,研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响。经研究发现,施以机械振动并相应提高振频,可通过引入惯性力,提高陶瓷熔体实际温度,促进陶瓷致密;并且,施以机械振动并相应提高振频,不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸,使陶瓷得以强化,而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比,增强棒晶裂纹桥接与拔出效应,使材料韧性又得以提升。

燃烧合成Al_2O_3/YSZ复合陶瓷显微结构、强化与原位增韧

通过在铝热剂中引入ZrO2与Y2O3混合粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的共晶生长,制备出以t-ZrO2纳微米纤维成排镶嵌于其上、长径比为12.0-15.0且具有不同生长取向的Al2O3棒晶为基体的Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷。相比于定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,因本试验具有的高共晶生长速率,导致Al2O3棒晶上的ZrO2正方相纳微米纤维平均尺寸及相间距均下降至150nm,使棒晶基体上的残余压应力高于定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,从而在棒晶内高密度低能异相界面的支持下,复合陶瓷得以强化;同时,也正因高强度棒晶及高密度、大角度晶界的存在,在裂纹扩展中诱发棒晶裂纹桥接、拔出及α-Al2O3片晶摩擦互锁增韧机制,材料又得以明显韧化,其断裂韧度高出定向凝固共晶复合陶瓷172%-240%。

Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)共晶复合陶瓷晶体生长机理

基于国外定向凝固氧化物/氧化物共晶复合陶瓷的晶体生长动力学行为的研究成果,阐述其动力学机制,分析动力学因素对微观结构形态的影响,探讨晶体生长热力学、动力学行为与微观结构形态之间的关系,同时结合以燃烧合成、快速凝固技术制备的新型高强韧Al2O3/ZrO2(Y2O3)共晶复合陶瓷,探讨共晶复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制,得知过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素,且受二者决定的凝固速率(即晶体生长速率)则决定材料的最终微观结构与形态。

模板浸渍法制备Al2O3-ZrO2-Y2O3复合陶瓷纤维及其烧结工艺

以蚕丝为模板,Al、Zr、Y的硝酸盐乙醇溶液为浸渍液,采用模板浸渍法制备了Al2O3-ZrO2-Y2O3复合陶瓷纤维。采用FE-SEM,XRD,TG-DTG和DTA对复合陶瓷纤维的制备及烧结工艺进行了分析研究,实验结果表明所得陶瓷纤维保留了原蚕丝模板纤维的形貌,随着烧结温度的提高,蚕丝基体逐渐热解,纤维直径逐渐变小,在1200℃烧结后的主要相组成为:α-Al2O3、θ-Al2 O3、Y2 O3稳定t-ZrO2和m-ZrO2。

Y-TZP/Al_2O_3纳米复合陶瓷的压痕尺寸效应

通过控制初始粉体的晶粒尺寸和成型素坯的烧结条件，制备出了晶粒尺寸在100～500rim范围的Y—TZP／Al2O3纳米陶瓷复合材料；采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了其显微结构和物相组成，并用压痕法测定了显微硬度。结果表明：该复合陶瓷主要由t-ZrO2相组成，同时含有少量α—Al2O3其显微硬度存在显著的压痕尺寸效应，且硬度与晶粒尺寸的平方根成反比。

Al_2O_3/ZrO_2(3Y)快速凝固共晶复合陶瓷显微结构、裂纹桥接与增韧

通过在铝热剂中添加适量的ZrO(23Y)粉末,借助燃烧合成及远离平衡态下的快速凝固方式,制备出Al2O3/ZrO2(3Y)共晶复合陶瓷。XRD,SEM与EPMA分析得出,陶瓷基体是由t-ZrO2纳微米纤维镶嵌于其上、长径比为10.0～14.0且呈随机生长的氧化铝棒晶及少量的α-Al2O3片晶构成。结合裂纹扩展路径与棒晶内部结构,可认为因共晶凝固所形成的、存在于蓝宝石棒晶上的高密度异相界面及因共晶两相热膨胀失配所诱发的高残余压应力,蓝宝石棒晶得以强化,因而陶瓷的主要增韧机制来自因蓝宝石棒晶裂纹桥接所产生的内部弹性应变能释放及因高能、大角度晶界解离所诱发的能量消耗,并伴随着因片晶摩擦互锁效应所造成的能量耗散过程。

大尺寸Al_2O_3/ZrO_2(4Y)共晶复合陶瓷板制备与结构转化

通过在燃烧合成过程中引入超重力,可以制备出大尺寸、低缺陷的Al2O3/ZrO2(4Y)共晶复合陶瓷板。XRD表明,超重力并不改变陶瓷的物相组成,其基体均由α-Al2O3、t-ZrO2与m-ZrO2组成;SEM分析显示,随着超重力的增大,镶嵌有t-ZrO2纤维的共晶团发生胞状组织向棒状组织的转化,且共晶团体积分数与长径比逐渐增大;力学性能测试表明,复合陶瓷相对密度、硬度与断裂韧度随超重力增大而增大,至225g(重力加速度)时均达到最高值,分别为97.8%、18.7GPa与15.6MPa.m1/2;并且,陶瓷的高断裂韧度是因棒状共晶团的裂纹偏转与桥接增韧及处于共晶团边界上的t-ZrO2微米球晶的相变增韧与微裂纹增韧机制所致。

ZrO_2(Y_2O_3)对燃烧合成Al_2O_3/YSZ自生复合陶瓷显微结构与力学性能的影响

在铝热剂中引入不同量ZrO2(3Y)微米粉末,以燃烧合成技术,制备出Al2O3/10%、17%、21%、27%、33%ZrO2(3Y)系列成分自生复合陶瓷棒材。XRD分析与SEM观察显示:具有亚共晶成分的陶瓷熔体因以离异共晶方式生长,使得凝固后的陶瓷基体主要由α-Al2O3片晶、t-ZrO2枝晶或块晶组成;而随ZrO2(3Y)添加量的增多,陶瓷晶体生长方式又由离异共晶向共生共晶生长发生转化,共晶棒晶体积分数增多,使得Al2O3/33%ZrO2(3Y)的陶瓷基体以微米、亚微米t-ZrO2纤维镶嵌其上的Al2O3共晶棒晶和少量α-Al2O3片晶构成。经力学性能测试,系列陶瓷棒材的硬度与断裂韧度随ZrO2(3Y)添加量增多而逐渐升高,陶瓷棒材硬度最高值达15·7GPa,断裂韧度最高可达10MPa·m1/2。

显微结构对Y-TZP/Al_2O_3复合陶瓷磨料磨损性能的影响

以不同Y2 O3 加入方式 (如化学共沉淀和机械混合 )制备的Al2 O3 增强Y TZP陶瓷 (AZD)为研究对象 ,研究了显微结构对陶瓷耐磨性的影响。结果表明 :化学共沉淀法制备的CYADZ与机械混合的MYADZ的硬度和断裂韧性值相近。CYADZ结构均匀、晶粒细小 ,而由于Y2 O3 的不均分布 ,MYADZ结构不均、晶粒相差较大。球磨磨料磨损后 ,CYADZ复合陶瓷较MYADZ复合陶瓷耐磨性好 ,宏观力学性能如硬度和断裂韧性对陶瓷材料耐磨性的影响应以显微结构为先决条件。

Al_2O_3/YSZ共晶复合陶瓷的残余应力及其对力学性能的影响

在国外对定向凝固Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷残余应力研究基础之上,阐述复合陶瓷内部残余应力的产生、影响因素及其对材料力学性能的影响,并且结合以燃烧合成、快速凝固技术开发出的新型高强韧Al2O3/YSZ共晶复合陶瓷,深入探讨残余应力与材料强韧化本质之间的联系。分析得出材料内部残余应力的状态与大小受ZrO2马氏体相变、材料成分及ZrO2相空间分布、大小与形态控制。经合理控制的、分布于Al2O3基体上的残余压应力不仅是定向凝固共晶复合陶瓷强韧化的重要因素之一,更是使燃烧合成/快速凝固共晶复合陶瓷脆性补强体(Al2O3棒晶)得以强化,并通过裂纹桥接、棒晶拔出以实现材料韧化的关键。

ZrN+AlN+Y_2O_3复合助烧结剂对Si_3N_4陶瓷烧结性能的影响

对比了ZrN+AlN助烧结剂与ZrN+AlN+ Y2O3助烧结剂对1800℃、25MPa下热压烧成Si3N4 陶瓷显微结构和力学性能的影响,并着重对ZrN+ AlN+Y2O3复合助烧结剂促进Si3N4陶瓷烧结的机理 进行了探讨。结果表明:加ZrN+AlN+Y2O3助烧结 剂能明显促进Si3N4陶瓷的烧结,提高陶瓷强度,其相 对密度可达97.84%,常温弯曲强度为601.21MPa, 断裂韧性达8.9MPa·m1/2;而加ZrN+AlN助烧结剂 的Si3N4陶瓷未致密化。

烧结助剂Y_2O_3和Pr_6O_(11)对Al_2O_3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明：两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。

Al_2O_3陶瓷复合材料的研究进展

介绍了Al2O3陶瓷增韧技术和Al2O3陶瓷增强金属基复合材料的研究进展,指出复合增韧是未来Al2O3陶瓷增韧技术的发展方向;金属表面自生Al2O3防护层技术是提高金属耐蚀性,降低成本的有效方法;三维网络Al2O3陶瓷/金属复合材料具有更优良的力学性能;仿生设计和计算机模拟技术是开发新型网络Al2O3陶瓷骨架的重要手段。

TiAl合金表面激光重熔Al_2O_3-13wt%TiO_2复合陶瓷涂层组织结构

采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiA l合金表面制备了A l2O3-13wt%TiO2复合陶瓷涂层。为了减少重熔层裂纹等缺陷,采用较低的激光功率和能量密度进行重熔。用扫描电镜(SEM),能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层形貌、微观结构和相组成。结果表明,经过激光重熔处理后,陶瓷涂层颗粒细化,片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层;激光重熔亚稳相-γA l2O3转变为稳定相-αA l2O3;由于陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现重熔,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小的等轴晶重熔区、烧结区以及片层状残余等离子喷涂区。