三元共晶成分Al2O3/YAG/ZrO2粉体及陶瓷的制备与组织性能研究

本文采用醇水共沉淀法制备了三元共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂粉体,在600-1350_oC温度范围煅烧后研究其物相转变过程。经1300_oC煅烧后Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶成分粉体的物相由α-Al₂O₃、c-ZrO₂和YAG构成,且具有α-Al₂O₃相包裹c-ZrO₂相的特殊结构。将煅烧粉体在1550_oC下热压烧结,制备具有内晶型结构的共晶成分Al₂O₃/YAG/ZrO₂复相陶瓷,其致密度、室温抗弯强度、断裂韧性和高温(1000_oC)抗弯强度分别为98.8%、420 MPa、3.69 MPa.m_1/2和464 MPa,并对复相陶瓷组织结构的形成机理进行了探讨。     

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)。     

ZrO_2纳米颗粒对Al-12.5%Si合金PEO陶瓷层微观形貌及热防护性能的影响

采用外加ZrO_2纳米颗粒的电解液体系在Al-12.5%Si合金表面制备ZrO_2-Al_2O_3-SiO_2三相PEO陶瓷层。利用SEM和XRD对陶瓷层微观结构和物相进行分析,并对其隔热及热冲击性能进行测试。结果表明:ZrO_2纳米颗粒显著提高了膜层的致密度和结合性,并有效减弱了Si元素对PEO成膜的抑制作用,提高了成膜速率;三相PEO陶瓷层的主要物相为SiO_2及高温稳定相α-Al_2O_3和c-ZrO_2,其独特的微结构和成分致使ZrO_2纳米颗粒改性的陶瓷层具有良好的热防护性能和热冲击性能。     

Al_2O_3/TiO_2复相陶瓷结构直接激光近净成形研究

利用激光近净成形系统进行了Al_2O_3/Ti O_2(13%,质量分数)陶瓷结构的直接制备,对Al_2O_3/Ti O_2陶瓷结构的成形工艺进行了研究。利用XRD、SEM等手段对所制备样件的物相、微观组织及性能进行了分析。结果表明,直接激光近净成形的Al_2O_3/Ti O_2陶瓷的物相主要为Al_2Ti O_5及Al_2O_3,沿沉积高度方向定向生长的Al_2O_3柱状晶粒分布于连续的Al_2Ti O_5基体中。所制备的Al_2O_3/Ti O_2陶瓷由于其沉积过程中化学反应的存在而具有一定量的宏观气孔,但仍然具有21GPa以上的显微硬度,抗弯强度达到170 MPa。该研究表明激光近净成形技术可以实现陶瓷材料的完全熔化-凝固成形,为直接快速制备高性能陶瓷结构提供了一种全新的选择。     

Al2O3/Al2(1-0.2)Mg0.2Ti(1+0.2)O5基复相陶瓷的制备及其性能

以工业级α-Al2O3、金红石型TiO2和轻质MgO粉体为原料,过量配置α-Al2O3,采用固相反应法于1400℃煅烧实现了Al2O2/Al2(1-0.2)Mgg0.2Ti(1+0.2)O5基复相粉体的原位合成,实现两相的均匀混合,原位制备出性能良好的Al2O3/Al2(1-0.2)Mg0.2Ti(1+0.2)O5基复相陶瓷.利用XRD对原位合成的复相陶瓷粉体的相组成进行了表征,利用FESEM观察了复相陶瓷的断口形貌,测量了复相陶瓷的烧结密度、抗弯强度和热膨胀系数,研究了第二相Al2O3的引入量对钛酸铝基陶瓷的微观结构、抗弯强度和热膨胀性能的影响.结果显示,当复相Al2O3的引入量为15%(质量分数)时,钛酸铝基复相陶瓷的抗弯强度提高到108 MPa,并且具有较低地热膨胀系数0.7×10-6 /℃.     

纳米TiO_2含量对等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2涂层耐磨性的影响

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备了不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷复合涂层,并应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了陶瓷复合涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷涂层均为层片结构,存在一定的孔隙和裂纹,纳米TiO_2添加可以改善涂层表面质量。XRD图谱显示陶瓷涂层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和Rutile-TiO_2相组成,Al_2O_3再结晶过程中部分α-Al_2O_3转变为γ-Al_2O_3,且再结晶过程发生晶粒细化。涂层显微硬度平均值为1153 HV0.2。纳米TiO_2添加可以降低涂层摩擦因数,但其含量对涂层耐磨性影响不明显。     

富Al2O3区域CaO行为的研究

应用D/Max-3B X-射线衍射、热分析等方法研究了赋存于α-A1(OH)_3粉体中的含钙矿物于100℃至1600℃煅烧过程中的行为。在α-Al(OH)_3煅烧过程中,伴随着含钙矿物的热转化及固相反应,历经12CaO·7Al_2O_3、CaO·Al_2O_3、CaO·2Al_2O_3、CaO·6Al_2O_3,最终Ca0·6Al_2O_3与α1-Al_2O_3共存。提供了CaO·6Al_2O_3的X-射线粉末衍射数据。研究结果对生产及应用Al_2O_3的行业均有益。     

有机硅树脂粘结Al_2O_3粉制备陶瓷型芯

以球形Al_2O_3颗粒为基体、液态有机硅树脂为粘结剂,通过干压法制备Al_2O_3陶瓷型芯,考察有机硅树脂加入量对焙烧后陶瓷型芯微观组织形貌、物相组成、显气孔率、线性收缩率、体积密度以及抗弯强度的影响。结果表明,1 500℃烧结温度下,有机硅树脂浓度为0.5wt%时,其均匀分布在球形Al_2O_3颗粒周围,此时陶瓷型芯显气孔率为39%、体积密度2.4 g/cm~3、线性收缩率0.7%及抗弯强度35.9 MPa,在硅树脂考察范围内抗弯强度达最高。     

Al2O3／Al2（1-0．2）Mg0．2Ti（1＋0．2）O5基复相陶瓷的制备及其性能

以工业级α-Al2O3、金红石型TiO2和轻质MgO粉体为原料，过量配置α-Al2O3，采用固相反应法于1400℃煅烧实现了Al2O3／Al2（1-0．2）Mg0．2Ti（1＋0．2）O5基复相粉体的原位合成，实现两相的均匀混合，原位制备出性能良好的Al2O3／Al2（1-0．2）Mg0．2Ti（1＋0．2）O5基复相陶瓷。利用XRD对原位合成的复相陶瓷粉体的相组成进行了表征，利用FESEM观察了复相陶瓷的断口形貌，测量了复相陶瓷的烧结密度、抗弯强度和热膨胀系数，研究了第二相Al2O3的引入量对钛酸铝基陶瓷的微观结构、抗弯强度和热膨胀性能的影响。结果显示，当复相Al2O3的引入量为15％（质量分数）时，钛酸铝基复相陶瓷的抗弯强度提高到108MPa，并且具有较低地热膨胀系数0．7×10^-6／℃。     

Al-12.5％Si合金表面ZrO2溶胶改性PEO陶瓷层的形成机制

采用ZrO_2溶胶改性的等离子体电解氧化(PEO)技术在Al-12.5%Si合金表面制备Al_2O_3-ZrO_2陶瓷层,研究ZrO_2溶胶对PEO陶瓷层形成机制的影响。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)和激光粒度仪等研究了ZrO_2溶胶的微观组织结构、粒径及荷电性以及陶瓷层的微观形貌、成分及物相。结果表明:荷负电的ZrO_2溶胶粒径为50～60 nm,烧结后以四方相t-ZrO_2存在,含有少量m-ZrO_2。ZrO_2溶胶改性的PEO涂层较未改性的涂层均匀、致密,并且生长速率提高。由于ZrO_2溶胶吸附在基体表面形成凝胶层,凝胶层的高电阻使PEO初期更易产生火花放电,促进了Al_2O_3膜的形成。ZrO_2溶胶改性的PEO涂层由Al_2O_3、c-ZrO_2、t-ZrO_2和少量的SiO_2组成,而溶胶改性前SiO_2的含量较高。ZrO_2凝胶颗粒在等离子体放电产生的高温下进入放电通道,与电化学反应形成的Al_2O_3烧结形成Al_2O_3-ZrO_2复合陶瓷层。     

纳米SiC对BN-ZrO_2-SiC复相陶瓷结构与力学性能的影响

以h-BN、ZrO_2、SiC粉体为原料,添加8%(质量分数,下同)的A_2O_3-Y_2O_3为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术快速制备了h-BN-ZrO_2-SiC复相陶瓷,研究了纳米SiC颗粒添加量对h-BN-ZrO_2-SiC复相陶瓷的致密化、显微结构及力学性能的影响。结果表明:添加纳米SiC颗粒能有效促进h-BN-ZrO_2-SiC复相陶瓷的烧结和提高其致密度,复相陶瓷的力学性能随SiC添加量的增大而增大,特别是弹性模量的增加比较显著。在添加25%的纳米SiC时复相陶瓷的力学性能较好,此时复相陶瓷的断裂韧性、抗弯强度和弹性模量分别达到3.24 MPa·m~(1/2)、268.4 MPa和115 GPa。其原因主要是由于细小的SiC颗粒能较好填充复相陶瓷中的空隙,减少相间由于热失配产生的残余应力,增大裂纹扩展时断裂能的消耗,起到晶界钉扎和弥散强化作用,这均有利于复相陶瓷断裂韧性和抗弯强度的提高。     

SiC含量对ZrB_2-SiC-Zr_2Al_4C_5复相陶瓷性能的影响

采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备不同Si C含量的ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5复相陶瓷,并对其烧结特性、显微结构、力学性能和抗氧化性能进行了研究。结果表明:掺入Si C化合物促进了复相陶瓷的致密化过程,抑制了ZrB_2晶粒长大;当Si C掺入量为20 vol%时,ZrB_2/Si C/Zr_2Al_4C_5陶瓷的断裂韧性值为4.81 MPa×m~(1/2)。掺入Si C化合物后,复相陶瓷的抗氧化性能得到明显改善,当Si C化合物的含量为20 vol%时,其抗氧化性能最佳,分析其机理发现当掺入Si C化合物后,复相陶瓷高温氧化后在其表面生成了致密稳定的Al_2O_3、B_2O_3-Al_2O_3、Si O_2和Al-Si-O玻璃相等物质,从而阻止了氧原子进入到陶瓷基体中,提高了复相陶瓷的抗氧化性能。     

ZrB_2在Al_2O_3-ZrB_2复相陶瓷中的增韧性能（英文）

常压烧结制备了Al_2O_3和20%ZrB_2/Al_2O_3(质量分数)复合陶瓷,用XRD和金相显微镜、SEM分析了其相组成、微观结构、断裂形貌,并用压痕法计算了陶瓷的断裂韧性。结果表明:Al_2O_3陶瓷自1500℃开始其相对密度超过99%,维氏硬度达到18 970 MPa,断裂韧性为(5.2±0.3)MPa·m~(1/2);20%Zr B_2/Al_2O_3复合陶瓷在1450℃时相对密度超过98%,维氏硬度达到18 070 MPa,断裂韧性为(6.7±0.2)MPa·m~(1/2)。微观形貌观察表明,ZrB_2/Al_2O_3复合陶瓷韧性的增加是由于弥散分布的ZrB_2在Al_2O_3陶瓷基体中起到遏制裂纹扩展和钉扎双重作用的结果。     

应用Fe_2O_3和TiO_2金属热还原进行添加TiB_2和TiC的FeAl/Al_2O_3复合材料的燃烧合成（英文）

通过Fe_2O_3和TiO_2金属热还原自蔓延高温合成(SHS)制备添加TiB_2/Al_2O_3 and TiC/Al_2O_3陶瓷相的铁铝基金属(FeAl)复合材料。反应物粉末包括铝热剂0.6Fe_2O_3+0.6TiO_2+2Al以及元素铁、铝、硼与炭黑。复合材料成分为x FeAl-0.6TiB_2-Al_2O_3 (x=2.0～3.6)和y FeAl-0.6TiC-Al_2O_3(y=1.8～2.75)。当复合材料中FeAl含量增加时,燃烧反应的放热量下降,最终两组燃烧反应的可燃极限分别为x=3.6和y=2.75。根据燃烧波的动力学分析,合成两种FeAl复合材料的反应活化能为Ea=97.1and101.1kJ/mol。从产物的XRD分析可确认生成FeAl/TiB_2/Al_2O_3和FeAl/TiC/Al_2O_3复合材料。SEM显示FeAl为致密多晶结构,而陶瓷成分TiB_2、TiC和Al_2O_3呈微米颗粒状分散于复合材料中。合成的FeAl-TiB_2-Al_2O_3和FeAl-TiC-Al_2O_3复合材料的硬度为12.8～16.6GPa,断裂韧性为7.93～9.84 MPa·m~(1/2)。     

TiO_2/Al_2O_3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究（英文）

主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备Ti O_2/Al_2O_3复合涂层,并揭示了O~(2-)、Al O_2~-,和Ti~(4+)在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成Ti O_2、Al_2O_3和Al_2Ti O_5,不断放电引起的高热能导致Al_2Ti O_5进一步分解成Ti O_2和Al_2O_3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-Ti O_2、R-Ti O_2和α-Al_2O_3。耐磨性测试结果表明,与基体相比Ti O_2/Al_2O_3复合涂层的显微硬度HV提高到11000 MPa,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

等离子喷涂Cu-Al2O3复合涂层制备及摩擦学性能研究

目的研究铜的添加对Al_2O_3涂层摩擦磨损性能的影响。方法采用等离子喷涂技术在20钢表面分别制备Al_2O_3和Cu-Al_2O_3涂层。对两种涂层显微硬度、结合强度、摩擦磨损性能进行对比研究,并分析涂层的相组成、组织结构、磨损形貌。结果 Al_2O_3原始粉末含有α-Al_2O_3相,制成涂层后有γ-Al_2O_3新相生成。Cu-Al_2O_3原始粉末主要由Cu、α-Al_2O_3相组成,所制备Cu-Al_2O_3涂层有γ-Al_2O_3和Cu_2O新相生成。两种涂层均由基体、粘结层、涂层组成,各层之间有明显的界面,层与层之间结合良好。Cu-Al_2O_3涂层较Al_2O_3涂层孔隙、微裂纹减少。添加铜后,结合强度明显提高,Al_2O_3涂层的结合强度为7.56 MPa,Cu-Al_2O_3涂层的结合强度为15.96 MPa,而显微硬度变化不大。Cu-Al_2O_3涂层的摩擦系数明显降低,且波动幅度较小;磨损率为5.93×10~(-4)mm~3/m,比Al_2O_3涂层降低了14.68%。与Al_2O_3涂层相比,Cu-Al_2O_3涂层磨痕处剥落坑面积减小,磨损表面比较平整,剥落现象减轻,主要磨损机制为剥落。结论铜的添加改善了Al_2O_3涂层的摩擦磨损性能。     

ZrO_2对超重力下燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2(4Y)的影响

基于超重力下燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2(4Y),通过改变ZrO_2(4Y)含量,研究材料成分、结构与性能之间的关系.结果表明:当ZrO_2(4Y)体积分数低于37%,复合陶瓷是以ZrO_2四方相纳微米纤维镶嵌其上且取向各异的棒状共晶团为基体;当ZrO_2(4Y)体积分数高于40%,则获得ZrO_2四方相微米类球晶为基的复合陶瓷.力学性能显示,Al_2O_3/33%ZrO_2(4Y)以低的凝固温度,达到了最高的相对密度与硬度值,且也因低的缺陷尺寸及裂纹偏转与桥接增韧所带来的高断裂韧性,具有最高的弯曲强度值.     

AZ91合金的喷涂防护与性能研究

在AZ91合金基体上制备了纯Al_2O_3涂层和Al_2O_3-13wt.%TiO_2(简称AT13)复合涂层,研究了两种涂层的显微形貌、涂层厚度、物相组成、显微硬度和结合强度,并分析了等离子喷涂的作用机理。结果表明,Al_2O_3涂层和AT13涂层中的陶瓷涂层、中间Ni/Al粘结层和AZ91合金基材之间实现了机械冶金结合;Al_2O_3涂层主要由亚稳态的γ-Al_2O_3和少量的稳态α-Al_2O_3组成;AT13涂层的主要物相为Al_2O_3、TiO_2和Al_2TiO_5;无论是Al_2O_3+Ni/Al喷涂涂层还是AT13+Ni/Al喷涂涂层,其工作涂层和粘结层的显微硬度都要明显高于汽车发动机用AZ91合金基材;Al_2O_3+Ni/Al涂层的结合强度为15.49 MPa,而AT13+Ni/Al涂层的结合强度为20.46 MPa,且前者的断口特征为粘结层破断,而后者的断口特征为涂层层间破断。     

等离子喷涂制备Al_2O_3,ZrO_2,Al_2O_3/ZrO_2和ZrO_2/Al_2O_3涂层的腐蚀性能（英文）

采用大气等离子喷涂技术在低碳钢表面制备Al_2O_3、ZrO_2、ZrO_2/Al_2O_3和Al_2O_3/ZrO_2涂层。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)技术对涂层的显微组织和相组成进行分析,采用极化、盐雾和浸泡等实验手段对涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为进行研究。结果表明,双层Al_2O_3/ZrO_2涂层比另外三种涂层具有更好的抗腐蚀性能,这主要归因于该涂层中非常少的内联孔洞和稳定的相组成。     

钛合金表面Al_2O_3陶瓷膜制备及性能研究

采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备了厚度约40μm的纯Al层,然后在恒流模式下对其进行不同时间的微弧氧化处理,以获得耐磨的Al_2O_3陶瓷膜。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机和拉伸试验机对钛合金镀铝层微弧氧化膜的微观组织结构、显微硬度、耐磨性和结合力进行了观察和测量。结果表明:微弧氧化陶瓷层主要由γ-Al_2O_3和α-Al_2O_3以及少量的非晶相SiO_2组成,膜层均匀、致密。随着微弧氧化时间的延长,Al_2O_3陶瓷层厚度增加,镀铝层厚度减小。微弧氧化3 h时,Al_2O_3膜致密层硬度达到1261 HV。氧化4 h,Al_2O_3陶瓷层厚达60～70μm,镀铝层几乎全部氧化,钛合金基材亦发生轻微氧化;但是,基体钛合金的氧化反而导致Al_2O_3膜层内形成贯穿裂纹等缺陷,膜层硬度下降,膜层与钛合金基材的结合强度降低。Al_2O_3陶瓷膜的摩擦系数较钛合金基材的有所降低,磨损量明显降低。Al_2O_3陶瓷膜/镀铝层/钛合金体系结合强度大于40 MPa,最高可达68 MPa。