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。

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。

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.

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。

超重力对燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2自生复合陶瓷的影响

通过向铝热剂中引入ZrO2(4Y)粉末,在超重力下以燃烧合成方式,制备出Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷。XRD分析与SEM图像显示,陶瓷基体由亚微米t-ZrO2纤维成排镶嵌其上、取向各异的棒状共晶团及Al2O3块晶与ZrO2颗粒分布其上的细小共晶团边界构成。相比于重力下制备的同成分复合陶瓷,因超重力促进燃烧过程、提高燃烧速率并加快液相传质速率,可显著促进液态金属/陶瓷液相/气相三者分离,并使陶瓷熔体成分更趋均匀化,故材料致密度得以大幅提高,相对密度达98.3%。陶瓷基体微观组织更为纯净、细小、均匀,Al2O3/ZrO2(4Y)共晶团体积分数高达96.8%,与重力下燃烧合成的同成分复合陶瓷比较,力学性能得以显著提升,维氏硬度、断裂韧度及弯曲强度分别提高了37.2%、56.4%与69.1%。

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%。

燃烧合成高强韧Al_2O_3/YSZ共晶系复合管陶瓷内衬

基于燃烧合成理论,在铝热剂中添加ZrO2(4Y)粉末,采用离心技术制备出了高强度、高韧性的Al2O3/YSZ共晶系陶瓷内衬复合管,并研究了离心力、共晶成分对陶瓷内衬显微结构、力学性能及强韧化本质的影响。实验发现,在离心力大于200GPa条件下,熔体以远离平衡态下的共晶方式生长,形成以Al2O3为基体、具有共晶结构的棒晶组织;且存在于棒晶上的ZrO2四方相纤维直径已达到纳微米尺度,使陶瓷基体得以强化和韧化,从而保证Al2O3/YSZ共晶系陶瓷内衬复合管具有较高的综合力学性能。

改性溶胶-凝胶法制备α-Al_2O_3/YSZ复合陶瓷涂层及性能的探讨

为了改善抗高温复合陶瓷涂层的抗氧化性能,提高其使用寿命,将氧化钇-氧化铝溶胶复合亚微米级YSZ(YSZ为5%Y2O3部分稳定的ZrO2)与纳米α-Al2O3粉体制备成料浆,涂覆于MCrAlY合金基体表面,经过热压滤、压滤微波烧结技术形成α-Al2O3/YSZ复合陶瓷涂层。采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、静态循环氧化试验等研究了涂层的结构和性能。结果表明:涂层结构致密无微裂纹,呈现Al2O3颗粒包覆YSZ颗粒的复合结构;1 000℃循环氧化200 h后涂层与基体结合紧密,没有剥落现象;压滤微波烧结后相组成主要为α-Al2O3,m-ZrO2,t-ZrO2。该复合陶瓷涂层具有优异的抗高温氧化和抗剥落性能。

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。

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。

Al_2O_3纳米复合陶瓷涂层激光熔覆试验研究

本文将等离子喷涂与激光熔覆工艺相结合 ,进行了纳米Al2 O3复合涂层的激光熔覆试验 ,分析了各工艺参数对熔覆工艺的影响 ,研究了熔覆过程中纳米陶瓷材料晶粒生长过程 ,得到了较为合理的纳米Al2 O3激光熔覆工艺。通过SEM、X射线衍射、摩擦磨损试验等手段对得到的复合涂层进行了微观组织、磨损性能等检测。结果表明 :采用优化的熔覆工艺 ,纳米Al2 O3熔覆材料的晶粒生长得到极大抑制 ,保持纳米结构 ,其在复合涂层常规材料表面与空洞间隙中紧密排列 。

ZrO2在β＂─Al2O3复合陶瓷中的作用

本文研究了四方和立方ＺｒＯ２在与Ｎａ－β＂－Ａｌ２Ｏ３的复合陶瓷中作为第二相所起的各种作用。结果说明ＺｒＯ２对复合陶瓷具有细化晶粒、改善显微结构、提高强度和断裂韧性的作用，与此同时也在一定程度上降低离子电导率。在提高力学性能方面，四方ＺｒＯ２除了具有与立方ＺｒＯ２相同的弥散颗粒的作用外，相变所起的作用也是很显著的。ＺｒＯ２－Ｎａ－β＂－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷是一种有应用价值的固体电解质材料。

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.

Al_2O_3-TiB_2复合陶瓷涂层制备及耐液锌腐蚀性能

针对连续热镀锌生产线中浸锌零部件表面的腐蚀磨损问题,应用高能高速等离子喷涂设备制备了Al2O3-TiB2复合陶瓷涂层。测试了涂层的显微组织、显微硬度、结合强度及耐熔融锌液腐蚀性能。结果表明涂层显微组织中不存在相互贯通的孔隙、微裂纹和未熔化颗粒,孔隙分布均匀且孔径较小,孔隙率<3%。涂层与基体结合状态良好,结合强度达到56 MPa。经过30天的熔融锌液浸泡,涂层表面未见有点蚀、裂纹或剥落现象。Al2O3-TiB2复合陶瓷涂层高的致密性和较好的抗热震性能对涂层力学性能和耐熔融锌液腐蚀性能提高起到了重要作用。

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 )

Al_2O_3/ZrO_2快速凝固复合陶瓷显微结构与力学行为

通过在铝热剂中引入适量的ZrO2粉末，基于铝热氧化-还原反应、重力下陶瓷／金属液相分离，以大过冷条件下熔体共晶生长方式，制备出以ZrO2正方相纳微米纤维镶嵌于其上且长径比为8．0～12．0的蓝宝石棒晶及少量α-Al2O3片晶为基体的Al2O3／ZrO2自生复合陶瓷。通过材料力学性能测试与裂纹扩展路径观察，研究复合陶瓷显微结构与其力学行为之间的关系。结果表明，复合陶瓷的弯曲强度与断裂韧度分别达到1256MPa与13．2MPa·m^1/2；分布于蓝宝石棒晶上大量的面间距为纳微米尺度的Al2O3／ZrO2两相低能界面及残余压应力，使蓝宝石棒晶与陶瓷基体得以强化，迫使裂纹沿蓝宝石棒晶边界偏转；同时，因处于裂纹尖端尾部的蓝宝石棒晶桥接与拔出、α-Al2O3片晶桥接与摩擦互锁等效应，又使裂纹扩展呈现出强烈的稳定化倾向。

Al_2O_3/SiO_2纳米复合陶瓷型芯材料的制备与性能

用粉体分散及热压注方法制备了Al2O3/SiO2纳米复合陶瓷型芯材料,研究了Al2O3/SiO2纳米复合陶芯材料的增强机理. SiO2纳米粉在Al2O3微粉基体中较均匀分布.不含纳米粉材料的断裂方式为典型的沿晶断裂,SiO2含量为3％和5％时,为沿晶/穿晶混合断裂;SiO2含量为7％时,以穿晶断裂为主.加入SiO2纳米粉后,复合材料的孔洞减少,致密度增加,致使烧结温度降低.含7％SiO2纳米粉的陶芯强度比不含纳米粉的提高了约4倍,其原因是纳米晶的析出和材料断裂方式的改变.

纯铜表面反应热喷涂法制备Al2O3基复合陶瓷涂层

采用热喷涂技术,以Al-CuO为主反应体系,在纯铜表面制备Al2O3基复合陶瓷涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了复合陶瓷涂层的组成及组织形貌。结果表明,在涂层间及涂层内部有NiCu及AlxCuy化合物生成,其有助于增强涂层的结合性能,实现了复合陶瓷涂层与过渡层为机械、微区冶金和化学结合并存的结合方式。当喷距为150mm时,陶瓷涂层表面粒子融化率较高,粒子成扁平片状,同时Al的适当过量可以起到弥补喷涂过程中Al的损失并为体系提供良好液相环境的作用。

TiC/TiN/Al_2O_3复合陶瓷的研究进展

文章综述了TiC/TiN/Al2O3复合陶瓷的研究进展,介绍了复合陶瓷的制备工艺、组织与性能,探讨了材料成分对组织和力学性能的影响,总结了复合陶瓷的增韧机制及在刀具上的应用情况,指出纳米复合陶瓷是进一步改善强韧性的主要发展方向,为氧化铝陶瓷的广泛应用丰富了科学内涵。