Al_2O_3含量对ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷流变性能和抗弯强度的影响

采用有机泡沫浸渍法制备ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷,分析Al_2O_3添加量对泡沫陶瓷显微形貌、相结构、抗弯强度和浆料流变性能的影响,确定制备复相陶瓷的最佳工艺参数。实验结果表明,ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷由m-ZrO_2相、t-ZrO_2相和Al_2O_3相组成;当Al_2O_3的含量为20 wt%时,烧结的陶瓷颗粒致密均匀,陶瓷的抗弯强度最佳,浆料表观粘度增加;增加Al_2O_3的含量到40 wt%,陶瓷出现较多气孔,浆料的表观粘度增加幅度不大;Al_2O_3的添加影响了复相陶瓷的致密性、晶粒尺寸、相结构等因素;制备ZrO_2/Al_2O_3复相陶瓷时,最佳工艺参数为20 wt%Al_2O_3和80 wt%ZrO_2。

Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷力学性能和微观结构影响

以3Y-TZP、α-Al_(2)O_(3)、Sr(NO3)2为基础原料,掺杂了不同含量的Cr(NO_(3))_(3)·9H_(2)O,通过无压预烧和热等静压烧结结合的方式制备了SrO和Cr_(2)O_(3)共掺杂的ZTA复相陶瓷。研究了Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。XRD衍射谱显示,随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,α-Al_(2)O_(3)和SrAl_(12)O_(19)的衍射峰向左偏移,晶胞参数逐渐增大。结合EDS分析推测,Cr_(2)O_(3)更偏向于进入SrAl_(12)O_(19)的晶格。微观结构显示,Cr_(2)O_(3)的加入促进了晶粒生长。随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,断裂韧性和抗弯强度先上升后下降。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.50 wt.%时力学性能最佳,其显微硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为18.45 GPa、6.9 MPa·m^(1/2)和910 MPa。

ρ-Al_(2)O_(3)复合铝酸钙水泥烧结助剂对多孔碳化硅陶瓷性能的影响

为了提高多孔碳化硅陶瓷的性能,以绿碳化硅为主原料,石墨为造孔剂,用铝酸钙水泥(CAC)和水合氧化铝(ρ-Al_(2)O_(3))配制成复合烧结助剂(ρ-Al_(2)O_(3)-CAC),经1450℃保温3 h,制备多孔碳化硅陶瓷。研究了ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量(加入质量分数为2.5%~20%)对多孔碳化硅陶瓷物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:1)ρ-Al_(2)O_(3)-CAC能促进碳化硅的氧化,并与碳化硅氧化生成的SiO_(2)发生原位反应,形成玻璃-莫来石复相结合,同时还在结合相中引入气泡,气泡会随ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量的增加而长大;2)当ρ-Al_(2)O_(3)-CAC的加入量为12.5%(w)时,制得的多孔碳化硅陶瓷综合性能最佳,其显气孔率为39.1%,室温弯曲强度为39.3 MPa,透气度为26.74 m^(3)·h^(-1)·kPa^(-1)·m^(-2),抗热震性最优。

闪烧致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的微观结构及力学性能

以α-Al_(2)O_(3)和氧化钇稳定氧化锆粉体为原料,无压烧结制备致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷,在临界电场下进行热处理后,对Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的微观结构和力学性能进行研究。结果表明:在900 V/cm的电场下,烧结致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的闪烧起始炉温为308℃。在炉温为1200℃、电场为700 V/cm的条件下,闪烧致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷原位合成Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶结构。闪烧陶瓷主要分为复相区、过渡区和共晶区3个区域。复相区的微观结构与烧结陶瓷相似,形状不规则的Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)相均匀分布;过渡区晶粒异常长大,粗大的Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)相均匀分布;共晶区则呈现典型的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶结构。共晶区的维氏硬度和韧性分别为17.94 GPa和3.51 MPa·m^(1/2),与采用定向凝固技术制备的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的力学性能相当。

Al_(2) O_(3)-MgAl_(2) O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1600℃时板状刚玉和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:与板状刚玉骨料相比,Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA 6相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA 6层来阻挡熔渣侵蚀,而且通过尖晶石吸收熔渣中FeO、MnO等物质而降低熔渣的黏度,进而起到抵抗熔渣侵蚀的作用。由Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料替代板状刚玉骨料,浇注料试样的侵蚀和渗透面积百分率均有所降低,尤其在基质和骨料中同时引入尖晶石可更加有效地提高刚玉-尖晶石浇注料的抗渣性能。

ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷的抗氧化性能

通过共沉淀法获得包覆式Al_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体,对其进行放电等离子烧结制备相应的复相陶瓷,并对不同YAG(钇铝石榴石)、Al_2O_3含量的复相陶瓷进行了氧化试验,用SEM、XRD和电子探针等研究了YAG、Al_2O_3对ZrB_2陶瓷抗氧化性的影响。结果表明:制备的各种复相陶瓷和纯ZrB_2陶瓷相比,在相同氧化条件下表面的氧化层厚度都有所变薄,YAG、Al_2O_3的加入可以改善ZrB_2陶瓷的抗氧化性能;在相同氧化条件下,Al_2O_3含量越多,氧化层厚度越小;在高温条件下,复相陶瓷氧化层中均存在ZrO_2、B_2O_3和Al_(18)B_4O_(33)相,Al_2O_3含量越多,Al_(18)B_4O_(33)相也越多。

机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料的研究

以WC和α-Al_2O_3为主要原料,采用真空热压烧结工艺制备机床用WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料。测试和分析了烧结样品的相对密度、弯曲强度、断裂韧度、硬度值、相组成以及显微结构。结果表明,当WC添加量为75%,微米α-Al_2O_3添加量为25%,烧结温度为1 600℃时,所制备的WC/Al_2O_3复相陶瓷刀具材料性能最佳,相对密度值为99.1%,弯曲强度为706.3 MPa,断裂韧度为8.91 MPa·m1/2,硬度值为19.14 GPa。最佳样品的主晶相为碳化钨(WC)和刚玉(Al_2O_3)。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

Ce-TZP/Al_(2)O_(3)复相陶瓷在口腔医学领域的临床应用与进展

氧化锆全瓷材料具有良好的美学性能、生物相容性和力学性能,已被广泛应用于口腔医学领域。其中Y-TZP目前在临床应用上最为广泛,但在生物体内或口腔环境条件下存在低温老化现象。Ce-TZP/Al_(2)O_(3)复相陶瓷材料具有良好的抗低温老化特性及优良的综合力学性能,目前受到学者的极大关注。本文对Ce-TZP/Al_(2)O_(3)复相陶瓷在口腔医学领域的研究现状进行综述,旨在为Ce-TZP/Al_(2)O_(3)复相陶瓷的临床应用与相关研究提供一定的指导作用。

Fe_(2)O_(3)掺杂对ZTA-TiO_(2)复相陶瓷组织和力学性能的影响

采用无压烧结的方式在1400℃保温4 h后制备了Fe_(2)O_(3)掺杂含TiO_(2)的钇稳定氧化锆增韧氧化铝复相陶瓷(ZTA-TiO_(2)),研究不同质量分数(0、1%、3%、5%、10%、15%、20%)的Fe_(2)O_(3)含量对复相陶瓷组织演变和力学性能的影响规律。SEM和XRD结果表明Fe_(2)O_(3)掺杂后陶瓷中出现(Fe_(0.86)Al_(0.14))_(2)O_(3)和Al_(2)Fe_(2)O_(6)两种新相。随着Fe_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)和钇稳定氧化锆(YSZ)的晶粒尺寸均呈现先增加后下降的趋势。复相陶瓷的致密度、维氏硬度和断裂韧性与其晶粒尺寸、相对密度及组织中出现的新相密切相关。Fe_(2)O_(3)含量为10 wt%时,复相陶瓷的致密度、维氏硬度和断裂韧性最大,分别为95.42%、1574 HV和7.41 MPa m^(1/2)。

ZrO_(2)/Al_(2)O_(3)多孔陶瓷的制备与力学性能

采用凝胶-发泡法制备了ZrO_(2)/Al_(2)O_(3)多孔陶瓷,研究了陶瓷浆料的流变性,固相含量对多孔陶瓷坯体显微结构与力学性能的影响,以及烧结助剂MgO含量与多孔陶瓷抗压强度及气孔率之间的关系。结果表明,在分散剂含量为0.4%(质量分数),球磨4 h, pH值为4的条件下,陶瓷浆料的黏度较低,有利于凝胶注模。固相含量增加,坯体气孔率下降。过高的固相含量使浆料流动困难,注模时引入空气导致坯体内形成较大的气孔甚至裂纹,使坯体抗压强度下降。由ZrO_(2)引起的相变增韧及微裂纹增韧可有效改善多孔陶瓷的力学性能。随烧结助剂含量增加,多孔陶瓷气孔支撑体致密化程度增大,气孔率降低,抗压强度明显升高。多孔陶瓷的抗压强度最高达30 MPa。引入适量的ZrO_(2)及烧结助剂,可制备气孔率适中、抗压强度高的多孔陶瓷。

Y_(2)O_(3)添加量对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)(Y_(2)O_(3))共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2μm范围内变化。力学测试表明,Y_(2)O_(3)摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO_(2)及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22)GPa;当Y_(2)O_(3)摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y_(2)O_(3)的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y_(2)O_(3)摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^(1/2),这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。

核壳纳米粉体制备Y_(2)O_(3)-MgO复相陶瓷

由于优异的光学和机械性能,Y_(2)O_(3)-MgO复相纳米陶瓷被认为是红外透明陶瓷的重要候选材料。尽管如此,在近红外和中红外波段严重的光散射和不必要的吸收方面仍然存在巨大的挑战,这阻碍了该材料在极端恶劣环境中的应用。在目前的工作中,先通过尿素沉淀法制备了Y_(2)O_(3)-MgO核壳结构纳米粉体,然后在放电等离子体烧结下制备了Y_(2)O_(3)-MgO复相纳米陶瓷。通过热重和差示扫描量热法(TG/DSC)、X射线衍射和扫描电子显微镜分析了核壳结构纳米粉及复相纳米陶瓷。Y_(2)O_(3)-MgO核壳结构纳米粉体的尺寸约为250 nm,并且制备的陶瓷的平均晶粒尺寸约为360 nm。透过率在6μm处为57%,维氏硬度为820 HV。粉末合成方法为复相纳米陶瓷提供了一种新颖的解决方案,可以轻松调节粒径和不同组分的比例。

金属离子和柠檬酸的配比对Y_(2)O_(3)-MgO纳米粉体及其纳米复相陶瓷性能的影响

纳米粉体的团聚程度影响纳米复相陶瓷的微观结构,进而影响其光学与力学性能。本文采用溶胶-凝胶法合成Y_(2)O_(3)-MgO纳米粉体,结合热压烧结(HP)技术制备出光学及力学性能优异的Y_(2)O_(3)-MgO复相陶瓷。研究了前驱体中金属离子与柠檬酸的摩尔比(m/c)对纳米粉体团聚程度及复相陶瓷显微结构、光学及力学性能的影响。研究结果表明,当金属离子和柠檬酸摩尔比为0.75时,粉体团聚程度最低,该粉体经过热压烧结后制备出的Y_(2)O_(3)-MgO陶瓷具有均匀的相域,晶粒尺寸约为140 nm,3~6μm波段的透过率达到80%,维氏硬度及断裂韧性分别为10.90 GPa、2.21 MPa·m^(-1/2),抗弯强度为226 MPa。

ZrO_(2)/Al_(2)O_(3)短纤维对发泡陶瓷物理性能的影响

ZrO_(2)/Al_(2)O_(3)短纤维引入发泡陶瓷配方,通过纤维增韧方式改善发泡陶瓷物理性能。经过反复试验,结果表明:在发泡陶瓷粉料中引入2%的ZrO_(2)/Al_(2)O_(3)短纤维,样品密度控制在410kg/m^(3)左右,抗压强度≥7.3MPa,抗折强度最大值为4.18MPa,软化系数≥0.9,干燥收缩≤0.1,性能指标明显提升。

闪烧恒流保持时间对MgO-Y_(2)O_(3)复相陶瓷力学性能的影响

随着红外技术的应用和发展,红外窗口材料需要具备更高的性能。MgO-Y_(2)O_(3)复相陶瓷相比单一相Y_(2)O_(3)陶瓷具有更好的力学性能和更高的抗热冲击品质因子,同时兼具良好的光学透过性。但传统的烧结技术均需在高温高压下才能完成,这不利于通过获得细小的晶粒来提高性能。而闪烧具有烧结温度低,烧结速度快,保温时间短等特点,所获得的材料晶粒更加细小,性能更好。将闪烧用于制备MgO-Y_(2)O_(3)复相陶瓷,其性能有望得到进一步提高。实验结果表明:闪烧4到9s后,功率密度维持在700mW/mm3左右;随着恒流保持时间的增加,相对密度、维氏硬度逐渐增加,平均晶粒尺寸先减小后增大,断裂韧性先增加后减小。当恒流保持时间为62s时,相对密度和维氏硬度均达到最大值,分别为94.13%和7.87GPa;当恒流保持时间为25s时,晶粒尺寸达到最小值0.39μm,断裂韧性达到最大值1.99MPa·m1/2。

Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)陶瓷浆料的光固化动力学

利用差热扫描量热法(DSC)原理考察了Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)光敏陶瓷浆料的光固化动力学过程,研究了紫外光能量和填料对陶瓷浆料光固化动力学的影响,确立了光固化Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)陶瓷浆料的固化动力学方程。随紫外光能量从300 mJ/cm^(2)增大到1950 mJ/cm2,氧化铝陶瓷浆料的最大反应速率从0.58 s^(-1)提高到0.99 s^(-1),转化率从55%增大到79%;同样温度和紫外光能量下,随Al2O3含量从100%降到25%,体系转化率从79.0%降低到55.8%。实验表明,增大紫外光的能量会提高陶瓷浆料光固化反应的反应速率和最终转化率,转化率随体系内Al_(2)O_(3)含量的减少而降低。最终得到了固体含量为40%的Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)陶瓷浆料的固化动力学方程,Al_(2)O_(3)陶瓷浆料的表观活化能为233.7 kJ/mol,ZrO_(2)陶瓷浆料的表观活化能为767.2 kJ/mol。

纳米材料改性低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料的研究现状

传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料具有优异的抗剥落性、抗渣性和抗热震性,被广泛应用于钢铁生产。随着洁净钢冶炼工艺的发展,传统Al_(2)O_(3)-C耐火材料较高的碳含量已无法满足其生产标准,而降低Al_(2)O_(3)-C耐火材料中的碳含量又会导致材料的抗热震性能和抗侵蚀性能的下降。为了解决这些问题,研究人员尝试向耐火材料基质中直接加入或原位生成纳米材料,来提高Al_(2)O_(3)-C耐火材料的高温服役性能。综述了近年来纳米碳材料和纳米陶瓷相对低碳Al_(2)O_(3)-C耐火材料基质改性的研究现状,展望了今后该领域的研究方向。

Al_(2)O_(3)-AlN复相陶瓷的热化学形变行为与预应力强化

Al_(2)O_(3)-AlN复相陶瓷在电子信息领域具有广阔的应用前景,为了保证其服役安全性与可靠性,采用热化学形变调控下的后处理强化技术,提高复相陶瓷的力学性能;并利用非接触式原位形变测量、SEM-EDS、XRD、压痕试验等表征方法,探讨了复相陶瓷的热化学形变行为、物相—微观结构演变规律以及后处理的预应力强化机制。结果显示,随着后处理温度的升高,Al_(2)O_(3)-AlN复相陶瓷的弯曲强度呈现先增后降的变化规律;其中,1100℃处理制得的试样弯曲强度达到极大值[(519.23±23.87)MPa],较未处理试样提高了15%,而且后处理并未降低复相陶瓷试样的热导率。后处理过程可以使复相陶瓷中的AlN组分发生表层局部氧化,并伴随体积膨胀,继而通过表层—内芯的热化学形变失配在复相陶瓷表面形成残余压应力,增大了陶瓷试样的裂纹扩展阻力,从而有效提升了复相陶瓷的力学强度;然而,当后处理温度超过1200℃时,表面氧化层易形成气孔和微裂纹缺陷,导致复相陶瓷力学强度的降低。

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al_(2)O_(3)增强ZrO_(2)(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料,研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明:当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时,复合材料的相对密度达到97.53%,与不锈钢基体相当;继续加入ARZ陶瓷,陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大,当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时,复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体,其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍;随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加,复合材料的耐磨性提高,复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。