Al2O3陶瓷涂层尖端受载下的声发射信号参量分析

为了考察再制造零件涂层结合强度检测仪评价涂层结合强度的可行性,以Al_2O_3陶瓷涂层为研究对象,在涂层表面进行压入试验,提取并分析了试验过程中声发射信号中的幅度、计数、能量与有效值电压(RMS)特性参数的时间分布曲线,读取了声发射信号突变点的波形,观测了压痕处涂层截面微观形貌。结果表明,声发射信号出现明显突变时,涂层界面确实产生了开裂失效。采用此检测设备可以有效诱导、界定涂层界面的断裂失效,声发射信号可以作为涂层开裂的临界判据,其中幅度的时间分布更能体现出Al_2O_3陶瓷涂层在压入过程中的裂纹萌生至涂层断裂的扩展过程;能量值对涂层的失效更为敏感,最为适合评价涂层的结合强度。

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的结构与组织特征

用 X射线衍射、扫描电镜等研究了等离子喷涂 Al2 O3 陶瓷涂层的相结构、相组成及其组织特征。金属粘结层与陶瓷涂层均呈层状结构 ,陶瓷涂层致密性较差、易出现微裂纹 ,金属粘结层相对致密、一般无裂纹。陶瓷涂层以亚稳相γ- Al2 O3为主要相 ,同时存在α- Al2 O3。另外 。

掺杂MgAl2O4的Al2O3陶瓷材料研究

将MgO以MgAl2O4的形式掺杂到Al2O3中,研究MgAl2O4的掺杂量及其在不同烧结工艺条件下,对Al2O3陶瓷烧结性能和显微结构的影响.结果显示:在氧化气氛1 640℃下烧结,掺杂MgAl2O4的Al2O3陶瓷烧结性能较掺杂MgO的Al2O3陶瓷差.而在氢气氛1 640℃下烧结,掺杂MgAl2O4的Al2O3陶瓷烧结性能优于掺杂MgO的Al2O3陶瓷,Al2O3陶瓷的相对密度可达99.1%,但晶粒尺寸分布不均匀,在3 μm～7 μm之间.当采用先在氧化气氛1 450℃下一次烧结后,再在氢气氛1 640℃下进行二次烧结时,发现不仅可以获得致密掺杂MgAl2O4的Al2O3陶瓷材料,而且还可以制备出存在大量长柱状晶粒的Al2O3陶瓷.

3Y-ZrO2添加量对Al2O3陶瓷微观结构、力学和防弹性能的影响

本文探讨了3Y-ZrO2添加量及烧结温度对Al2O3陶瓷组成、微观结构、力学和防弹性能的影响。结果表明,随烧结温度的升高,添加3Y-ZrO2的Al2O3陶瓷的体积密度先增加后降低,表观气孔率的变化趋势相反,1550℃时,试样具有最高的体积密度和最低的气孔率,添加相通过钉扎作用促进Al2O3晶粒的细化,提高基体的烧结活性;添加后Al2O3陶瓷中主要包含a-Al2O3及少量的Tetragonal和MonoclinicZrO2,随3Y-ZrO2添加量增加,其在Al2O3中的分散均匀性先增加,后降低,当添加量为1.5%时,分散性最佳;当烧结温度从1450℃增加到1650℃时,试样的弯曲强度、维氏硬度和断裂韧性均先升高后降低,4#试样在1550℃具有最佳的力学性能,其弯曲强度为345.03 MPa、断裂韧性3.87 MPa×m^1/2,维氏硬度为1572.8MPa,优异的性能得益于3Y-ZrO2在Al2O3陶瓷中的均匀分布以及裂纹扩展时发生的T-M相变增韧。当Al2O3陶瓷的主要参数(包括:密度、弯曲强度、硬度和断裂韧性和厚度)的数值乘积大于4.49×10^7时,陶瓷片的防弹性能满足五级防护要求。

TiCN颗粒强化Al2O3陶瓷压痕韧性的统计性质

采用直接压痕法测定了一种ＴｉＣＮ颗粒强化Ａｌ２Ｏ３陶瓷复合材料的断裂韧性，发现在材料表面不同位置测得的压痕韧性值不同，测试结果呈现出较大的离散性。这一离散性可能与材料表面显微结构的不均匀性有关。对１００个测试数据进行的统计分析表明，压痕韧性服从Ｗｅｉｂｕｌｌ分布。

粉料和冷等静压对凝胶注模成型Al2O3陶瓷致密化的影响

对平均粒径分别为0.31,0.77μm的2种Al2O3粉体(分别记为1^#和2^#)进行低固相含量(体积分数45%)凝胶注模成型,再经冷等静压(CIP)和常压烧结制备得到2种Al2O3陶瓷,研究了粉料和CIP压力(100~500 MPa)对Al2O3坯体和陶瓷致密化的影响。结果表明:粒径较小Al2O3粉体的分散难度较大,所需聚丙烯酸铵分散剂的添加量较高,所得坯体和烧结陶瓷的相对密度较小;随着CIP压力增加,2种Al2O3坯体的相对密度增大,孔洞减少,而2种烧结陶瓷的相对密度呈现先增大后减小再趋于稳定的变化趋势,当CIP压力为350~400 MPa时陶瓷的相对密度最大,晶间气孔较少。

壳聚糖凝胶注模成型Al2O3陶瓷的致密化及力学性能研究

以α-Al2O3粉为原料,BaO＋Ti O2为烧结助剂,壳聚糖为有机单体,戊二醛为交联剂,采用凝胶注模法制备了Al2O3陶瓷坯体,利用无压烧结工艺实现了Al2O3陶瓷的致密化。研究了壳聚糖含量及固相含量对Al2O3陶瓷的显微结构及力学性能的影响规律以及壳聚糖的固化机理。试验结果表明,壳聚糖通过发生聚合反应,形成网络结构,使Al2O3粉原位固化。BaO＋TiO2烧结助剂通过实现液相烧结及固溶机制,促进材料致密化。随着壳聚糖含量及固相含量增加,Al2O3陶瓷的致密度及抗弯强度均呈先增加后降低趋势。

磨削加工对Al2O3陶瓷表面质量与力学性能的影响

航空航天等领域的快速发展对Al2O3陶瓷表面加工质量的要求越来越高。目前,磨削加工由于精度高、材料去除率高而成为陶瓷表面加工最主要、最常用的方法,因此,建立磨削加工方式、陶瓷表面质量和力学性能之间的联系具有十分重要的意义。本工作利用精密研磨抛光机和磨床对Al2O3陶瓷进行表面加工,探讨了不同磨盘转速、磨盘/磨床砂轮目数、砂轮进刀量、磨床横向平移速度等不同磨削加工条件对陶瓷表面质量(材料表面粗糙度、表面形貌、表面残余应力)和力学性能的影响。研究结果表明:相比于磨盘加工,磨床加工对Al2O3陶瓷表面质量的影响较大,表现为磨床加工后的粗糙度数值较大,且磨削表面产生了较为明显的加工划痕。Al2O3陶瓷在磨削加工中的去除方式主要为脆性去除和延性域去除,加工后其表面残余应力均为压应力。特别地,在高的磨盘或砂轮目数、大的磨盘转速、较小的砂轮进刀量以及大的磨床平移速度情况下,Al2O3陶瓷以延性域去除为主,表面残余压应力最高达到-241 MPa。Al2O3陶瓷的力学性能是由表面粗糙度、表面微观形貌、表面残余应力共同作用的,随着陶瓷表面粗糙度的减小、残余压应力的增大,陶瓷弯曲强度提高,最高可达528 MPa。

α-Al2O3陶瓷膜管-金属粘接试样机械特性及显微结构的实验研究

选用新型耐高温、耐腐蚀、耐酸碱DB5012胶粘剂对高纯α-Al2O3陶瓷膜管-20#钢进行连接,在常温及550℃下对粘接试样进行了抗拉强度测试,用XRD、SEM等方法对α-Al2O3陶瓷膜管/胶粘剂/金属粘合部分的微组织结构进行了表征。结果表明,α-Al2O3陶瓷膜管/胶粘剂/金属套接接头界面镶嵌致密,无缝隙气孔,在常温下抗拉强度达到了24.45MPa,在550℃高温下为19.75MPa。该胶粘剂在常温及高温工况下均能达到理想的使用效果。

复相烧结助剂中MnO2对α-Al2O3陶瓷支撑体性能的影响

采用挤压成型法和固态粒子烧结法制备α-Al2O3陶瓷支撑体,主要研究复相烧结助剂MgO-MnO2-TiO2中MnO2添加量(质量分数)对陶瓷支撑体性能的影响。通过压汞法、内外加压法、三点弯曲法、质量损失法、扫描电镜和X射线衍射等方法对α-Al2O3陶瓷支撑体的孔隙率、纯水通量、抗折强度、酸碱腐蚀、微观结构及晶体类型和晶相成分进行分析表征。研究结果表明:MnO2能够和Al2O3形成固溶体Mn2AlO4,使晶格畸化,增加晶体的结构缺陷,从而降低烧结温度,促进α-Al2O3陶瓷支撑体的烧结。当MnO2添加量少于0. 5%时,烧结不完全;MnO2添加量大于2%时,晶粒出现异常生长;MnO2的添加量为1. 5%时,制备的α-Al2O3陶瓷支撑体样品性能最佳,孔隙率为38. 25%,抗折强度为80. 3 MPa,纯水通量达6579. 52 L/(m2·h·MPa),酸/碱腐蚀重量损失率为1. 22%/0. 90%。

粉体砂磨工艺对SiO2-ZrO2-MgO-CaO助烧95Al2O3陶瓷微观结构与性能的影响

采用砂磨工艺对Al2O3粉体进行研磨,研究了粉体的形貌,以及在SiO2-ZrO2-MgO-CaO烧结助剂作用下烧结粉体得到95Al2O3陶瓷的物相组成、微观结构和力学性能,并与行星球磨工艺下的进行对比。结果表明:砂磨后Al2O3粉体的平均粒径仅为0.2μm,砂磨对粉体具有明显的细化作用,而行星球磨后的中位粒径为2.4μm,与未研磨粉体的相近;烧结砂磨粉体得到陶瓷的物相为Al2O3、Al0.52Zr0.48O1.74、m-ZrO2,而烧结行星球磨粉体与未研磨粉体的物相为Al2O3与微量m-ZrO2;烧结砂磨粉体得到陶瓷表面的Al2O3晶粒未异常长大,ZrO2相钉扎在Al2O3晶界,而烧结行星球磨粉体与未研磨粉体的Al2O3晶粒均存在异常长大现象;烧结砂磨粉体得到陶瓷的断裂韧度为(4.6±0.6)MPa·m1/2,高于烧结未研磨和行星球磨粉体的。

Al2O3陶瓷动静态压缩下碎片形貌与破坏机理分析

为探究Al2O3陶瓷的宏观力学响应与破坏机理,分别利用材料试验机和分离式霍普金森压杆对其进行准静态和动态压缩实验,同时通过原位光学成像观测试样的破坏过程,并利用同步辐射CT和扫描电镜(SEM)对回收碎片的尺寸和形状以及微观破坏模式进行表征分析。宏观强度数据表明,Al2O3陶瓷的抗压强度符合Weibull分布,且与加载应变率呈现指数增长关系。原位光学成像和SEM回收分析共同揭示了动静态加载下裂纹成核与扩展模式存在明显差异。准静态加载时材料微观上更易发生沿晶断裂,宏观表现为劈裂裂纹较少,且倾向于沿加载方向传播并贯穿整个试样;而动态加载时穿晶断裂占主导地位,劈裂裂纹明显增加并发生相互作用,因此在传播过程中容易分叉而形成大量次生裂纹,提高了试样内裂纹密度。这与碎片的CT表征结果一致,即碎片平均球形度和伸长、扁平指数等均随应变率对数线性增加。破坏模式的改变最终导致高应变率下陶瓷材料应变率敏感性显著增强。

冲击载荷下Al2O3陶瓷的失效与破碎特性

作为典型的脆性材料,陶瓷对变形具有高度敏感性,在强动载荷下具有完全不同于延性金属材料的损伤、破坏行为等力学响应特性。采用分离式霍普金森杆测试系统对Al2O3陶瓷进行了冲击加载试验,获得了陶瓷的动态抗拉/压力学性能,以及材料破碎特性随应变率的变化关系。利用能量守恒和动力学的理论方法,对脆性陶瓷材料在不同应变率下的力学特性和碎片尺度进行了深入研究。结果表明:在冲击载荷作用下,Al2O3陶瓷的抗拉和抗压强度均与应变率呈正相关。Al2O3陶瓷试样在一维应力波作用下的破碎颗粒尺寸差异较大,随着加载应变率的增加,破碎的陶瓷颗粒总数增大,颗粒平均粒径减小,应力集中的影响逐渐减弱。采用DID模型模拟的脆性材料碎片尺度与实验结果比较吻合,Grady模型源于韧性材料的推广,与实验结果的偏差较大。

金属间化合物／Al2O3陶瓷复合材料研究新进展

本文主要介绍了Ｎｉ－Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉ－Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３和Ｆｅ－Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３三种复合材料的最新研究进展情况，对它们的最新研究动态进行了综述。着重介绍了Ｆｅ－Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３的研究进展，并认为Ｆｅ－Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３是一种应用前景非常广阔的新型材料，添加合金元素是进一步提高其性能的重要途径。

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al2O3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al2O3/Mo-Mn/Al3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al12Mo化合物覆盖在Al3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。

MgO/MgF2掺杂对Al2O3陶瓷烧结、显微结构及微波介电性能的影响

采用搅拌混合法和无压烧结工艺,制备了Mg2+浓度为500 ppm的MgO掺杂和MgF2掺杂的Al2O3陶瓷,系统地研究了MgO和MgF2掺杂对Al2O3陶瓷致密化、显微结构和微波介电性能的影响。研究结果表明:与MgO掺杂相比,MgF2掺杂在较高温度下能更加有效地促进Al2O3陶瓷的致密化。在1550℃烧结条件下,MgF2掺杂的Al2O3陶瓷比MgO掺杂的Al2O3陶瓷的晶粒更大,同时介电常数也更高。但另一方面,MgF2掺杂的Al2O3陶瓷介电损耗也远比MgO掺杂的Al2O3陶瓷要高。同时简单分析了造成此现象的原因。

浙江冶金研究院“Al2O3陶瓷金属化技术”获浙江省科学技术三等奖

浙江省冶金研究院开发的“Al2O3陶瓷金属化技术”获浙江省人民政府颁发的2009年度浙江省科学技术三等奖。

活化钼-锰法连接高纯Al2O3陶瓷／不锈钢

采用活化钼-锰路线，使用72Ag28Cu（质量分数，下同）钎焊制备了高纯Al2O3陶瓷／不锈钢接头。利用SEM对金属化陶瓷的显微结构、元素分布进行了分析，并讨论活化钼-锰法的金属化机理。考察了金属化工艺、镀镍及镀后热处理对接头剪切强度和钎焊效果的影响。结果表明：玻璃相迁移和化学反应对活化Mo-Mn金属化起主要作用，金属化层烧结起辅助作用，且玻璃相迁移主要为由金属化层向陶瓷体方向。在最优工艺条件下，接头最大剪切强度达115MPa，平均强度高于97MPa。薄的镀镍层有助于焊料浸湿金属化层和阻止焊料腐蚀金属化层。镀后热处理也可显著提高接头强度。

LL8.209.1003刀具表面Al2O3陶瓷爆炸喷涂工艺及其界面初析

本文分析了测试爆炸喷涂获得Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ１２ＭｏＶ界面层的微 性能。试验结果表明Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ１２ＭｏＶ界面层中Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｌ等元素呈梯度分布，界面层内存在着海绵状结构。同时，Ａｌ２Ｏ３／Ｃｒ１２ＭｏＶ存在界面反应。

ZrO2纳微米纤维自增韧Al2O3陶瓷力学测试与断裂分析

通过对原位生长ZrO2纳微米纤维自增韧Al2O3基陶瓷的三点弯曲、单边切口梁与Vickers压痕测试,发现陶瓷硬度、弯曲强度与断裂韧性在ZrO2质量分数为35%时出现极大值.经SEM观察与XRD分析,发现裂纹扩展主要受含ZrO2纳微米纤维的α-Al2O3基棒晶控制,诱发裂纹偏转增韧机制,并伴随着相变增韧机制.