等离子原位合成Cr-Al_2O_3金属陶瓷涂层的组织与性能

利用等离子激发原位反应在碳钢表面合成了Cr-Al_2O_3金属陶瓷涂层。借助扫描电镜、电子探针、X射线衍射仪和显微硬度计对涂层的组织、结构和性能进行了测试。结果表明,涂层的主要组成相为Cr和Al_2O_3;涂层的微观组织形貌是以树枝状Al_2O_3陶瓷为骨架,金属晶粒Cr分散在Al_2O_3陶瓷相的周围;涂层的硬度高于基体,硬度可达1630HV;在其它工艺参数不变的条件下,电流越大,涂层越厚;利用等离子原位合成技术处理的抽油泵管,其使用寿命分别高于未处理、激光淬火及电镀处理的管道。

Al_2O_3基金属陶瓷的研究现状

简要总结了Al_2O_3基金属陶瓷研究状况,包括制备工艺,结构与性能,增韧机制等,并对其发展趋势提出了一些自己的看法。

稀土Sm_2O_3对Mo_2NiB_2基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响

以NiB、Mo、Cr、V、Ni等几种粉末为基本原料,并以稀土Sm_2O_3为添加剂,采用真空液相烧结法制备Mo_2NiB_2基金属陶瓷。利用XRD、SEM、EDS、洛氏硬度计和电子万能试验机等研究添加Sm_2O_3对Mo_2NiB_2基金属陶瓷微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加0.3%~0.9%的Sm_2O_3后,金属陶瓷晶粒明显细化,组织分布更加均匀,材料的硬度和抗弯强度也得到提高。当Sm_2O_3添加量为0.6%时,所得试样的晶粒最为细小,晶粒尺寸大致在0.8~3.0μm,材料的力学性能最佳,其硬度和抗弯强度分别达到HRA88.7和1550 MPa。

La_2O_3对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及耐磨性的影响

利用 5kW的CO2 激光器在低碳钢基体表面熔覆含La2 O3 的镍基TiC金属陶瓷复合层 ,研究了不同含量的La2 O3 对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响。研究结果表明 ,在镍基金属陶瓷复合层中加入一定量的稀土氧化物La2 O3 可有效改善熔覆复合层的组织及性能 ,减少复合层中的裂纹、孔洞、夹杂 ,加速复合层中TiC颗粒的溶解和改善TiC颗粒的表面形状 。

烧结工艺和Y_2O_3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

以TiC、TiN、Ni、Co等粉末为主要原料,以稀土Y2O3为添加剂,采用无压烧结技术制备Ti(C,N)基金属陶瓷,研究烧结工艺和稀土Y2O3添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着温度的升高,TiC、TiN、WC、Cr3C2、Mo等相逐渐消失,向硬质芯相扩散发生固溶,经溶解-析出过程,最终形成新的Ti(C,N)硬质相和(Cr,W,Mo,Ti)(C,N)固溶体环形相,黏结金属Ni和Co主要以Ni相、TiCo和Co3W3C中间相的形式存在;稀土Y2O3的添加未改变Ti(C,N)基金属陶瓷烧结过程中的相结构演变过程,材料的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性均随Y2O3添加量的增加呈先增加后降低的趋势,当Y2O3的加入量为0.8%(质量分数)时,Ti(C,N)基金属陶瓷的力学性能最佳,样品的显微硬度、抗弯强度和断裂韧性相比1450℃烧结50 min样品的分别提高了7.9%、45.8%和6.1%。

Mo-Al_2O_3金属陶瓷颗粒膜的光学常数研究

采用磁控溅射技术在不锈钢片上沉积了Mo-Al2O3金属陶瓷混合膜,将Maxwell-Garnett等效媒质理论应用于Mo-Al2O3颗粒膜的光学常数分析,分别以Mo和Al2O3的块体材料和溅射薄膜的光学常数为基础,理论计算了不同金属填充因子金属陶瓷颗粒膜在300nm～800nm波段范围内的光学常数n,k随波长λ的变化规律,同时对理论计算结果与实验测试结果之间存在的差异及其产生的原因进行了讨论。

Al_2O_3/Ni金属陶瓷显微结构和力学性能的研究

采用包裹工艺和热压工艺制备了Al_2O_3/Ni金属陶瓷。在1450℃热压Ni包裹Al_2O_3复合粉体得到相对密度>98％的金属陶瓷,当温度>1400℃时,随着Ni含量的增加致密度下降.Ni颗粒位于三角晶界,随着含量的增加,断裂方式由沿品转为穿晶断裂;在Al_2O_3基体中引入Ni颗粒能够降低晶粒尺寸,提高强度和韧性.与单相Al_2O_3的力学性能相比,综合力学性能较好的NA4金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别提高了19％和35％,分析了金属陶瓷的增强增韧机制.

ZrO_2对Mo-Al_2O_3金属陶瓷性能的影响

对添加1.0%～5.0%(质量分数,下同)ZrO2的金属陶瓷强度测试表明,随着ZrO2含量的增加,材料的强度提高,添加量为3.5%时的材料强度达到最高,超过3.5%后材料强度呈下降趋势。材料中添加4%ZrO2的陶瓷晶粒比不含ZrO2的材料略大,但对材料的氧化趋势没有影响。含ZrO2的Mo-Al2O3金属陶瓷热电偶保护套管在N2保护下的1700℃左右比不含ZrO2的套管使用寿命长1倍以上。

Al_2O_3／WC-Co金属陶瓷的制备与性能研究

以亚微米Al2O3粉末和WC-Co粉末为原料,经热压烧结制备了Al2O3/WC-Co金属陶瓷。用XRD、SEM测试了物相组成和显微结构,用VSM测试了磁滞回线。获得了断裂韧性为6．042 MPa·m1/2、洛氏硬度为92．0 HRA的金属陶瓷。

Al_2O_3/Ni金属陶瓷力学性能和介电性能的研究

以热压烧结的方法制备了Al2O3/Ni金属陶瓷,探讨了Al2O3/Ni金属陶瓷显微结构、力学性能及微波介电性能随Ni粒子含量变化的规律。结果表明,在垂直于压力方向上,Ni粒子有明显的受压拉伸现象;当Ni粒子含量从5%（体积分数）增加至20%（体积分数）时,金属陶瓷中Ni粒子的分布由孤立向部分桥连方式转变。随Ni粒子含量的增加,金属陶瓷致密度略有下降,抗弯强度明显降低。与纯氧化铝陶瓷相比,含20%（体积分数）Ni粒子Al2O3/Ni金属陶瓷的断裂韧性提高了50%左右,达到6.4MPa.m1/2。复介电常数测试结果表明,在8.2-12.4GHz频率范围内,金属陶瓷复介电常数的实部和损耗随Ni粒子含量的增加逐渐上升。当Ni粒子含量达到20%（体积分数）时,由于Ni粒子之间的部分桥连现象而使介电常数虚部在一定频段出现负值。

高温型Mo-Al_2O_3金属陶瓷的研制

将Mo与Al2O3粉体按摩尔比为0.3、0.4、0.5配料,混合均匀后通过粉末冶金法制成3种Mo-Al2O3金属陶瓷试样。在1800℃,2h氢气气氛中烧结后,试样的气孔率随Mo含量的增加呈降低趋势,而强度呈增加趋势。同时,随Mo含量增加,金属陶瓷中Al2O3的晶粒尺寸减小,Mo的形态从以弥散状为主转变为以连续状为主。研制的高温型Mo-Al2O3金属陶瓷测温套管(金属与陶瓷摩尔比为0.4)在真空或N2保护条件下测量高温合金熔液温度时,平均使用寿命达到100次。

Mo-Al_2O_3金属陶瓷的氧化和渣蚀行为研究

热压注成型体积比为1:1的Mo-Al2O3金属陶瓷在空气中氧化始于500℃左右,生成MoO2,表现出增重;高于750℃时,由于生成的MoO3直接蒸发,明显失重。金属陶瓷中Al2O3含量越高,材料的抗氧化性能越好。在H2保护下金属陶瓷在钢渣中1650℃保温2h渣蚀时,由于材料中金属Mo被渣中FeO氧化后挥发,使得材料表层出现微小气孔,熔渣向材料中渗透,同时陶瓷晶粒从3～5μm增大到50～80μm。渣中的CaO与材料中陶瓷相Al2O3发生反应生成CA、C2A、C12A7等低熔点物质,使得材料性能进一步恶化,故该材料不宜在氧化性气氛或钢渣中长时间使用。

包裹和热压工艺制备Al_2O_3/Ni金属陶瓷

首先通过非均相沉淀法合成Ni颗粒包裹Al2 O3 粉体 ,然后热压制备Al2 O3 / 5vol%Ni金属陶瓷。XRD结果表明 ,非晶态包裹层经 5 5 0℃煅烧和 70 0℃还原后 ,完全转变为Ni金属。显微照片表明 ,包裹层的Ni颗粒呈球形 ,团聚少 ,大小在 15～ 2 0nm。在 14 0 0℃热压包裹粉体获得 98 6 %理论密度的烧结体。显微观察发现 ,烧结体中Ni颗粒均匀分布在基体中 ,且绝大部分位于三角晶界。与单相Al2 O3 相比 ,金属陶瓷抗弯强度、断裂韧性和热导率都有明显的提高 ,并探讨了增强。

Al_2O_3/WC-10Co/ZrO_2金属陶瓷的制备与性能

以WC-10Co纳米复合粉末、YSZ纳米粉末与Al2O3亚微粉末为原料,采用热压烧结制备了性能优良的Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷.分别在1380,1450和1500℃烧结温度下制备Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷,通过考察烧结体的断裂韧性、洛氏硬度、密度、磁滞回线和断口形貌,研究了烧结温度对WC-10Co纳米复合粉末、YSZ纳米陶瓷粉末与Al2O3亚微粉末的复合粉末烧结性能的影响.确定合理的Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷烧结温度为1450℃.结果表明,质量分数为50%的WC-10Co纳米复合粉末、10%的YSZ纳米陶瓷粉末与和40%的亚微Al2O3粉末的复合粉末经过48h的高能球磨后,再经过1450℃热压烧结,可以得到晶粒尺寸小于1μm的整体性能较好的亚微Al2O3/WC-10Co/ZrO2金属陶瓷,其相对密度为97.5%,断裂韧性为7.4468MPa·m1/2,硬度为HRA94.0.

直流反应溅射沉积Al_2O_3薄膜及其在SS-AlN金属陶瓷太阳吸收涂层的应用

在沉积不锈钢-氮化铝(SS-AlN)金属陶瓷太阳吸收集热管的磁控溅射三靶镀膜机上,安装了UPS03反应溅射闭环控制单元,实现反应溅射Al2O3稳定反馈控制。采用国产直流电源在Al靶表面处于过渡态下,成功制备了吸收几乎为零的Al2O3薄膜。溅射功率在14kW时,反应溅射沉积Al2O3的靶电压波动可长时间稳定控制在±3 V范围内,沉积速率为5.4 nm/(min·kW),约为Al靶在无反应气体溅射下沉积Al薄膜速率的74%。采用Al2O3代替AlN作为减反射层,应用到SS-AlN太阳选择性吸收涂层中,进一步提高了复合膜的太阳光学性能,太阳吸收比由AlN作为减反射层的0.956提高到0.965,红外发射比不变,仍为0.044。

Al_2O_3-ZrO_2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性

以Al2O3-ZrO2复合粉末、W、Cr、Ni、Co粉末为原料,采用热压烧结工艺制备了性能优良的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷复合材料。通过SEM,EDS,XRD等手段分析其微观组织,单边梁开口法(SENB)测量其断裂韧性。实验结果表明在1320℃,20MPa条件下热压烧结制备的Al2O3-ZrO2/W/Cr/Ni/Co金属陶瓷的断裂韧性为7.16±0.4MPa.m1/2,硬度为83.3HRA,横向断裂强度为540MPa,相对致密度为97.4%;对维氏压痕下裂纹扩展进行了分析,其增韧机理为延性金属对裂纹的桥梁作用和氧化锆相变增韧,在裂纹通过时硬质相以沿晶断裂为主。

纳米Al2O3对Ti(C，N)基金属陶瓷性能的影响

研究了纳米Al2O3对Ti(C,N)基金属陶瓷力学性能的影响,探讨了微米/纳米金属陶瓷的增韧机制。对断裂模式的改变、显微结构的变化、多条裂纹的产生等进行了分析。

Ni、Cu-Al_2O_3纳米金属陶瓷粉末的热压

将化学电镀法制备的纳米Ni、Cu包覆Al2O3粉末进行热压。研究了金属Ni、Cu及其含量对Al2O3粉末的烧结致密化、显微组织和性能的影响。在纳米Al2O3粉末表面镀覆适当的金属Ni、Cu可以较有效地提高致密化,降低烧结温度。金属相作为第二相可以大大细化Al2O3晶粒组织。但Ni、Cu的加入伴随着Al2O3硬度和强度下降。硬度变化可以由金属Ni、Cu是软相较好地解释。强度下降则主要归因于包覆粉末中Ni、Cu对Al2O3粉末的润湿性不好所致。

Yb_2O_3掺杂对15(20Ni-Cu)/(NiFe_2O_4-10NiO)金属陶瓷性能的影响

采用冷压-烧结技术制备NiFe2O4-10NiO基金属陶瓷材料;通过对烧结体的显微结构和物相组成、电导率、电解试样的表层形貌、电解质和阴极铝的杂质增量等的分析检测,研究Yb2O3掺杂对15（20Ni-Cu）/NiFe2O4-10NiO金属陶瓷致密度、导电率和耐腐蚀性能的影响。结果表明：1 300℃烧结的0.5%Yb2O3-15（20Ni-Cu）/（NiFe2O4-10NiO）金属陶瓷具有较好的性能,相对密度为98.53%,960℃时的电导率为53.06 S/cm,电解腐蚀后金属腐蚀层厚度为20~30μm,总杂质增量为0.079 g。

晶内/晶间复合型Al_2O_3/Ni纳米金属陶瓷显微结构和力学性能的研究

采用非均相沉淀法和热压工艺制备了Al2O3/Ni纳米金属陶瓷.在1450℃热压γ-Al2O3/Ni复合粉体得到相对密度>98％的金属陶瓷.结果表明,Ni颗粒均匀分布在基体中,其中<100nm的Ni颗粒位于Al2O3晶内,100-300nm的分布在晶界,形成了晶内/晶界复合型纳米金属陶瓷.同单相Al2O3相比,Al2O3/Ni金属陶瓷的三点抗弯强度和断裂韧性分别增加了26％和79％.分析了纳米金属陶瓷的增强增韧机制.