CBS/ZrO_2体系玻璃陶瓷结构与性能研究

采用SEM、XRD、网络分析仪等分析测试手段研究了ZrO_2含量对CBS/ZrO_2复合陶瓷结构与性能的影响。研究结构表明:随着ZrO_2量的增加,CBS/ZrO_2复合陶瓷的介电常数先增加后降低,介电损耗先降低后增加;ZrO_2量为25%时,CBS/ZrO_2复合陶瓷的介电常数达到最高为7.81,密度最大达到3.144g/cm3;ZrO_2量为15%时,CBS/ZrO_2复合陶瓷介电损耗最低为1.55×10^(-3)。CBS玻璃烧结后主要晶相为CaSiO3,CBS/ZrO_2复合陶瓷主要晶相为CaSiO3和ZrO_2。

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。

ZrO_2层状复合陶瓷的显微结构及晶体学位向关系

利用扫描和透射电子显微镜及X rays衍射仪等,对ZrO2层状复合陶瓷的显微形貌特征、断裂相变量及晶体学位向关系进行了深入研究。研究结果表明,ZrO2层状陶瓷由于界面压应力的作用,抑制了烧结过程中晶粒的生长速度及冷却后四方相向单斜相的转变,提高了可相变四方相的含量,提高了断裂相变量,改善了材料的力学性能,但却没有改变四方相和单斜相之间的晶体学位向关系,在层状ZrO2陶瓷中,(100)m//(010)t的晶体学位向关系仍然存在。

Y-Ce-ZrO_2-TiC-Al_2O_3复合陶瓷材料的制备及其摩擦磨损特性研究

从提高陶瓷材料的力学性能出发,采用真空热压工艺,制备了混合稀土氧化物稳定的Y-Ce-ZrO2-TiC-Al2O3复合陶瓷材料。对复合陶瓷材料进行了摩擦磨损性能实验研究,采用扫描电镜对其磨损表面形貌进行了观察,对磨损表面物相进行了X射线衍射分析。并与单相ZrO2陶瓷作对比,探讨了复合陶瓷材料的磨损机理。研究表明,该复合陶瓷材料具有较高的综合力学性能,在法向载荷为140 N、转速为200 r/min干摩擦条件下,Y-Ce-ZrO2-TiC-Al2O3复合陶瓷摩擦系数为0.65,磨损率为2.88×10-7mm3/N.m,明显低于单相ZrO2陶瓷,其磨损机理为机械冷焊和粘着磨损。

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/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。

ZrO_(2(n))SiC_(n)-MoSi_2纳米复合陶瓷中纳米颗粒的均匀分散

本文探讨了在pH值一定的情况下,不同分散剂、不同分散介质对纳米ZrO2、纳米SiC的分散效果的影响,并考察了不同表面处理方法对纳米SiC颗粒分散性的影响。研究结果表明:以PEG为分散剂、水为分散介质可以有效地分散纳米ZrO2和纳米SiC,并能与基体MoSi2粉末均匀混合;采用550℃、2h的煅烧工艺处理纳米SiC可有效改善其分散性。

ZrO_2粉料在Al_2O_3-SiC纳米复合陶瓷中的作用

采用不同粒径的ZrO2粉料增强增韧Al2O3-SiC纳米复合陶瓷,利用无压烧结制备出了致密的Al2O3-ZrO2(3Y)-SiC纳米复合陶瓷.对不同粒径的ZrO2粉料在Al2O3-SiC纳米复合陶瓷中所起的作用进行了研究,结论为ZrO2粉料的粒径是影响烧结温度的重要因素,添加纳米级的ZrO2可以降低烧结温度100℃以上.断裂表面的SEM图像表明:穿晶断裂是Al2O3-ZrO2-SiC纳米复合陶瓷的主要断裂模式,这是所制备纳米复相陶瓷抗热震性大幅提高的主要原因.

反相微乳液法制备TiO_2/ZrO_2复合陶瓷膜

研究了采用反相微乳液法制备TiO2/ZrO2复合微乳液,并以其作为前体制得TiO2/ZrO2复合膜。通过对复合微乳液的透射电镜测试,结果表明TiO2/ZrO2复合微粒在油相包裹的“水池”中生成。由扫描电子显微镜观察到TiO2/ZrO2复合膜表面微粒以棒状形式分布,而且复合膜对大肠杆菌的灭菌率达98%～99%。

原位合成的ZrO_2/TiB_2复合陶瓷材料摩擦磨损特性研究

对原位合成的ZrO2/TiB2复合陶瓷材料进行了室温下的摩擦磨损性能试验研究,利用扫描电镜对其磨损表面进行观察。结果表明:复合材料随着TiB2含量的增加摩擦系数减小,其抗磨损能力增强。磨损机理为微观切削和机械冷焊。

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%。

Sol-Gel法制备Al_2O_3-SiO_2-TiO_2-ZrO_2复合陶瓷膜的研究

将Sol-Gel法应用于无机膜的制备,成功的研制出一种新型的膜面平整、膜厚均匀且无宏观缺陷的Al2O3-SiO2-TiO2-ZrO2复合陶瓷膜,复合膜含有γ-Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2和Al2SiO5等晶相,改变体系组成含量,晶相组成和含量随之变化,从而引起膜的显微结构的变化。利用XRD、SEM、AFM、EPMA等测试手段重点研究了膜的表面形貌和显微结构,并分析了添加剂、热处理方式等对膜的表面形貌和显微结构影响。

ZrO_2层状复合陶瓷压痕开裂力学分析

在ZrO2层状复合陶瓷中,压痕裂纹的形成除了因塑性区体积变化产生的残余应力外,还与相变应力有关。此外,界面压应力对表面裂纹具有较大的抑制作用。传统的压痕法公式忽略了压痕底下相变应力和界面压应力对压痕开裂和试样断裂的贡献,得到的数据偏小,不能真实反映ZrO2层状复合陶瓷断裂韧性大小。用Indentation-fracture法测ZrO2层状复合陶瓷的断裂韧性更接近真实值。

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。

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。

SiC_P/ZrO_2-MoSi_2纳米复合陶瓷磨损特性的研究

用磨损对比试验对无润滑条件下SiCP/ZrO2-MoSi2纳米复合陶瓷的磨损特性进行了分析。结果表明,加入SiC/ZrO2纳米颗粒能明显改善MoSi2陶瓷的室温耐磨性,复合陶瓷磨损特性与SiC/ZrO2纳米颗粒在基体中的体积分数有关;加入ZrO2使复合陶瓷的磨损特征倾向于粘着磨损,加入SiCP则使复合陶瓷的磨损特征倾向于磨粒磨损。ZrO2含量较高的纳米复合陶瓷在磨损中期呈现更好的耐磨性,而SiCP对耐磨性的提高则体现在磨损的后期,纳米复合陶瓷的整体耐磨性由硬度和韧性共同决定。

Al_2O_3-ZrO_2陶瓷复合材料研究进展

本文较全面、综合地总结和评述了 Al_2O_3-ZrO_2陶瓷复台材料的研究成就;分析和比较了该材料的显教结构和力学性能及其它们之间的关系。指出继续提高该材料断裂韧性、改善其高温性能以及在连续温度变化中保持稳定的高韧性的措施是引入 SiC 晶须,进行 ZrO_2、SiC 晶须的双重复合韧化.

压痕法研究ZrO_2层状复合陶瓷的抗热震性

用压痕法测试了单层和层状两种ZrO2 陶瓷材料的抗热震性能。研究结果表明 :ZrO2 层状复合陶瓷的临界热震温差ΔTc=4 0 0℃ ,比ZrO2 单层陶瓷高出15 0℃左右 ,同时还表现出其ΔTc与陶瓷厚度无关的优异性质。现场试验结果也证明 ,ZrO2 层状复合陶瓷抵抗 15 0 0℃冷热骤变的能力优于ZrO2 单层陶瓷。研究认为 ,界面压应力作用部分或全部抵消了热冲击应力 ,使裂纹在界面处发生偏转 ,提高了材料的断裂能和断裂功 。

SiC_((W))/ZrO_(2(P))协同复合MoSi_2陶瓷磨损特性的研究

在无润滑条件下测定了SiC(W)/ZrO2(P)协同复合MoSi2陶瓷的磨损特性曲线,并对其磨损特征进行了分析。结果表明,随着SiC晶须以及ZrO2纳米颗粒含量的提高,MoSi2-SiC(W)/ZrO2(P)复合陶瓷的磨损特性由单纯的磨粒磨损逐渐转变为磨粒磨损和粘着磨损的混合。ZrO2纳米颗粒的加入有利于提高复合陶瓷的韧性,SiC晶须的加入有利于提高复合陶瓷的硬度,复合陶瓷的整体耐磨性主要由硬度和韧性共同决定。SiC(W)/ZrO2(P)协同复合作用使得MoSi2复合陶瓷的耐磨性得以明显改善。

烧结工艺对原位合成ZrO_2/TiB_2复合陶瓷材料的力学性能影响

以TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了TiB2含量为20%的ZrO2/TiB2复合陶瓷材料。分析了烧结工艺中烧结温度、保温时间和烧结压力对力学性能的影响。结果表明:当烧结温度由1650℃提高到1750℃时,复合陶瓷材料的抗弯强度由820 MPa增加到980 MPa,断裂韧性从7.2 MPa.m1/2提高到9.4 MPa.m1/2;当烧结温度升至1850℃时,抗弯强度和断裂韧性下降;显微硬度随烧结温度的升高而提高。在烧结温度1750℃压力为30 MPa保温时间由30 min提高到45 min时,断裂韧性从8.6 MPa.m1/2提高到9.4 MPa.m1/2;保温时间增加至60 min时,断裂韧性下降;保温时间的变化对材料的抗弯强度、硬度影响不大。烧结压力对复合陶瓷材料的力学性能的影响较小。当烧结参数为1750℃、45 min、30 MPa,ZrO2/TiB2复合陶瓷材料的抗弯强度、显微硬度、断裂韧性分别达到980 MPa、13.6 GPa、9.4 MPa.m1/2。