放电等离子烧结Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷及其力学性能

采用醇 水溶液加热法制备两相分散良好的纳米复合粉体,通过放电等离子超快速烧结制备Al2O3 ZrO2纳米复相陶瓷。研究了纳米第二相ZrO2对复相陶瓷致密化、烧结行为、力学性能以及微观结构的影响。从烧结激活能的观点解释了纳米第二相阻止基体Al2O3致密化的原因。放电等离子烧结得到了典型的晶间/晶内混合型纳米陶瓷,其弯曲强度高达1070MPa,断裂韧性达10.42MPa·m1/2。微观组织分析表明其中大量的内晶纳米颗粒阻止位错运动,使得基体氧化铝晶粒内形成复杂的位错组态,其主要特点为穿晶断裂和多重界面。     

ZrO_2纳米级粉体烧结初期致密化过程

纳米粉体在烧结初期有２个明显不同的烧结动力学特征阶段：第１阶段粒子间界面扩散引起的纳米粒子重排的扩散蠕变是烧结致密化的主要机理,动力学关系表现为线收缩率与时间呈直线关系,纳米粉体的高烧结性就源于这个阶段;第２阶段的烧结动力学关系则可以用传统的晶界扩散传质致密化理论来解释     

BAS粘接碳化硅材料的性能

采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2g/cm3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413MPa,模量达到210GPa,断裂韧度达到5.03MPa.m1/2。     

基于冷烧结技术的陶瓷–聚合物复合材料研究进展

传统的陶瓷烧结一般需要1000℃以上的高温,烧结周期长、能耗高。高温会对界面控制、物相稳定、材料共烧等产生不利影响,因此,很难以聚合物为填料实现陶瓷–聚合物复合材料的共烧。冷烧结技术通过引入中间液相溶解–沉淀过程,实现了在≤300℃时陶瓷的快速致密化,有效解决了陶瓷与聚合物的共烧问题。从冷烧结技术的发展概况出发,介绍了冷烧结工艺及致密化机制,详细阐述了冷烧结技术在陶瓷–聚合物复合材料中的应用及发展情况,包括微波介质材料、铁电材料、锂离子电池、压敏材料、半导体材料和热电材料,并分析了冷烧结技术目前待解决的问题,对冷烧结技术的未来发展做出展望。     

先驱体转化法制备致密SiC／Si3N4复相陶瓷异形件—烧结工艺研究

研究了以陶瓷先驱体为粘合剂成型并转化制备致密ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ４复相陶瓷异形件的烧结工艺及其对烧结体的结构和性能的影响。     

莫来石陶瓷的制备、微波介电特性及其对材料吸波性能的影响

采用热压烧结法,用SiO₂溶胶和Al₂O₃溶胶制备的莫来石溶胶制备了莫来石陶瓷,研究了莫来石陶瓷的微波介电特性与烧结致密度之间的关系。研究表明,当莫来石陶瓷的烧结致密度从91.4%升高到97%时,其复介电常数的实部ε从3.85增加到的5.87,虚部ε″从0.04增加到0.11。当添加MgO烧结助剂后,莫来石陶瓷复介电常数的实部和虚部明显升高。将莫来石陶瓷作为吸波材料阻抗变换层,能够大幅度提高材料的吸波性能。这主要是由于采用的莫来石阻抗变换层的波阻抗较高,为156Ω,减小了空气与吸收层界面上电磁波的反射,使更多的电磁波进入了吸收层而被损耗。     

热压烧结ZrC-TaC陶瓷的组织结构与力学性能

碳化锆超高温陶瓷在航空航天、核工艺、电子等领域有广阔的应用前景。为了改善ZrC陶瓷的烧结及力学性能,以ZrO_2粉和TaO_2粉为原料,采用碳热还原法制备TaC与ZrC固溶体粉末,热压烧结工艺制备ZrC-TaC陶瓷,探索烧结温度和TaC含量对陶瓷固溶体的固溶行为、致密化行为、组织结构和力学性能的影响规律。结果表明:当烧结温度从2000℃升高到2050℃时,TaC在ZrC中的固溶度提高;当TaC含量从5%升高到15%时,陶瓷的致密度、维氏硬度和弹性模量单调下降,抗弯强度没有明显规律,断裂韧度随着TaC含量的增加逐渐减小。     

热压工艺对SiO2f／SiO2复合材料结构与力学性能的影响

采用真空热压烧结工艺制备了SiO2短纤维补强增韧的SiO2玻璃陶瓷基复合材料，研究了烧结温度和保温时间对其显微结构和力学性能的影响规律，结果表明，SiO2f/SiO2复合材料的强度和韧性较石英玻璃有明显改善；延长热压保温时间、提高烧结温度、虽有利于材料致密化，但析晶量增加和纤维退化更严重，复合材料的强度和断裂韧性随之下降。     

三维网络碳化硅多孔陶瓷的制备

以中间相沥青添加55%(质量分数,下同)的Si粉混合物为原料,制备了含Si的炭泡沫模板。在高温反应烧结炉中,氩气气氛下1500℃保温1～6h,结合反应烧结工艺制备了碳化硅多孔陶瓷。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、物相组成进行了观察,并对熔融Si与C的反应机理进行了探讨。结果表明:碳化硅多孔陶瓷的微观结构与炭泡沫模板的微观结构一致,烧结温度1500℃下,随着保温时间的延长,多孔陶瓷的弯曲强度先增大后减小,而孔隙率先减小后增大;在保温4h的条件下制备的碳化硅多孔陶瓷主要由β-SiC相组成,最大弯曲强度为26.2MPa,对应的孔隙率为45%。内部熔融的Si与外部熔融的Si同时与C反应生成SiC,最后两者结合在一起形成致密的SiC多孔陶瓷。     

氧化钇稳定氧化锆多孔陶瓷的制备与性能

以叔丁醇为溶剂,采用凝胶注模成型方法,制备出防/隔热的摩尔分数为8%Y_2O_3-ZrO_2(8YSZ)多孔陶瓷.在浆料中初始固相含量固定为10%体积分数的基础上,研究了烧结温度对8ySZ陶瓷材料的气孔率、开气孔率、孔径尺寸分布及显微结构的影响,分析了压缩强度、热导率与结构之间的关系.通过改变烧结温度,所制备的8YSZ多孔陶瓷的气孔率为65%～74%,孔隙分布均匀,平均孔径为0.68～1.82μm,压缩强度为7.92～13.15 MPa,室温热导率[最低可达0.053 W/(m·K)],比相应的致密陶瓷[～2.2 W/(m·K)]低一个数量级,且随着气孔率的增加而降低.     

不同配比的二乙烯基苯/聚碳硅烷热交联对SiC陶瓷显微结构的影响

研究了不同配比的二乙烯基苯(DVB)／聚碳硅烷(PCS)热交联对陶瓷显微结构的影响。通过加热的方法调节体系粘度，满足了降低DVB配比条件下的交联工艺要求。结果表明：交联中适当地降低DVB配比，可增加交联产物的致密化程度，从而增加SiC陶瓷的致密化程度，有利于陶瓷显微结构的改善。     

烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响

采用选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)快速制备高温合金叶片用氧化铝基陶瓷型壳初坯,并结合高温烧结(high-temperature sintering)进一步提高陶瓷型壳的力学性能。研究不同烧结温度(1450～1600℃)对氧化铝基陶瓷型壳的抗弯强度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析型壳的物相组成、断口微观形貌。结果表明:采用选择性激光烧结+高温烧结技术可快速高效地制备力学性能满足要求的陶瓷型壳,随着烧结温度从1450℃升高到1600℃,型壳的室温平均抗弯强度增大,并在1600℃时达到38.03 MPa;型壳的主要强化相为柱状莫来石相,且随烧结温度升高,型壳中莫来石相含量增加,石英相含量降低,方石英相含量先增加后有所降低;裂纹扩展形式从缓慢扩展转变为迅速扩展并引发瞬断,断口由撕裂状演变为平齐小断面,断裂方式由主要沿晶断裂向穿晶断裂转变,裂纹倾向于向晶内莫来石扩展。     

镍掺杂对α-Al2O3烧结过程、微观结构及力学性能的影响

 首先采用非均相沉淀包裹法制备金属镍包裹α-Al₂O₃复合微球粉体,然后采用热压烧结制备了Al₂O₃/Ni金属陶瓷。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）对复合粉体及热压烧结产物的成分和结构进行了表征,利用阿基米德法测量了复合陶瓷的密度,分别通过三点弯曲法和单边切口横梁法对陶瓷试条的抗弯强度和断裂韧性进行评估。研究发现：金属镍的引入活化了α-Al₂O₃的烧结,镍粒子均匀地分布在氧化铝的晶界上,增加了弱界面,提高了氧化铝的断裂韧性,最高可达7.62 MPa·m^1/2。     

多孔Si3 N4 表面Al-Y-Si-O-N 陶瓷涂层的制备和表征

采用溶胶-凝胶法,利用Al2O3-Y2O3-SiO2溶胶中氧化物与基体中的Si3N4颗粒反应制备一层致密A1-Y-Si-O-N陶瓷涂层.主要研究了烧结温度对陶瓷涂层的组织和性能的影响,利用XRD和EDS分析涂层的相组成和微区元素组成,通过SEM观察涂层的微观形貌.结果显示:在1 400℃烧结时,能够制备出较为致密的陶瓷涂层,涂层由β -siMon,Si2ON,SiO2和非晶相组成;与基体相比,试样的吸水率下降了32.8％～90％,强度提高了2.1％～25.9％.     

防弹陶瓷的研究现状及发展趋势

综述了防弹陶瓷的研究现状,介绍了两种典型的防弹陶瓷。对于Ａｌ２Ｏ３防弹陶瓷着重于复相结构的分析;对于Ｂ４Ｃ着重于烧结工艺及陶瓷性能方面的概述。并对防弹陶瓷今后的发展进行了预测,列举了几种较新的防弹陶瓷材料并提出了将纳米复相陶瓷用于防弹方面的设想。     

TC4/SiC扩散焊接工艺研究

陶瓷/金属连接构成的复合构件作为结构材料可以获得金属、陶瓷的性能互补,并降低复合材料的成本.本课题依据固相压力扩散焊接机理及特点,进行钛合金(Ti-6Al-4V)和碳化硅陶瓷(SiC)的扩散焊接工艺研究,并取得了初步结果.     

Al2O3/hBN自润滑复合材料的制备及显微结构分析

以Al2O3为陶瓷基体,hBN为固润滑组元添加剂,在N2保护下烧成,制得了Al2O3/hBN自润滑复合陶瓷,通过SEM、EDS、XRD等分析探讨了固润滑组元的引入量、添加助熔剂及常压和热压两种烧成条件下材料显微结构的变化。结果表明,hBN引入量为10%时已有足够的量均匀分散在基体中;相同烧成温度下,热压过程中施加的压力可以破坏hBN的卡片房式结构,伴随液相的出现有利于hBN的定向排列,获得了结构致密的自润滑复合陶瓷材料。     

镍基合金空心叶片浇铸用硅基陶瓷型芯的制备及性能

采用热压注工艺成型氧化硅基陶瓷型芯。分析焙烧后型芯的化学成分、微观结构、孔隙率、线膨胀系数以及力学性能。结果表明:型芯的孔径呈多峰分布,且主要分布在0.1～5μm之间;从室温至1400℃,型芯的线膨胀系数随温度的升高而减小,在1170～1350℃之间其线膨胀系数下降趋势骤然加剧;经1200℃焙烧制备的陶瓷型芯主晶相为β-方石英相与无定形石英玻璃共存,经1550℃高温2h处理后型芯烧结程度提高,骨架致密度增大,孔结构更加分明,表面及内部裂纹的数量、长度均增大。采用实验室自制的硅基陶瓷型芯进行镍基高温合金单晶空心叶片的浇注实验,结果表明所制备的型芯可以满足单晶叶片精密铸造的要求。     

注射成形工艺结合先驱体转化法制备碳化硅陶瓷

选择一种石蜡基多聚物粘结剂体系,在固含量为52vol%及最佳注射参数下,注射出良好的碳化硅陶瓷复杂件坯体,以二步法溶剂脱脂和热脱脂为脱脂工艺,得到的热脱脂坯通过聚碳硅烷先驱体溶液在真空下浸渍,并在1200℃氮气氛下裂解,使生坯密度提高到1.75g/cm3以上,再将烧结坯体于2100℃,Ar气氛下,保温1h进行固相烧结,得到的碳化硅陶瓷复杂件密度为3.11g/cm3,致密度为97%.     

防弹陶瓷的研究现状与发展趋势

综述了防弹陶瓷的研究现状,介绍了两种典型的防弹陶瓷。对于Al2O3防弹陶瓷着重于复相结构的分析;对于B4C着重于烧结工艺及陶瓷性能方面的概述。并对防弹陶瓷今后的发展进行了预测,列举了几种较新的防弹陶瓷材料并提出了将纳米复相陶瓷用于防弹方面的设想。