碳化硅/石墨复合陶瓷密封材料的显微结构与性能

以碳化硅微粉为原料、石墨为固体润滑添加剂,采用无压烧结技术制备碳化硅/石墨复合陶瓷密封材料,研究了石墨添加量对复合陶瓷密封材料烧结性能、显微结构、力学性能和摩擦性能的影响。结果表明,加入的石墨能以片状颗粒形态均匀分布在碳化硅陶瓷基体中;随着石墨添加量增加,复合陶瓷密封材料的体积密度、抗弯强度、弹性模量、断裂韧性、硬度均逐渐降低,但干、湿静摩擦系数则随之减小;当石墨添加量达到20%(质量分数)时,复合陶瓷的相对密度仅为90.6%,弯曲强度降至189 MPa,弹性模量降至295 GPa,断裂韧性为1.82 MPa·m1/2,Vickers硬度为19.2 GPa,而干、湿摩擦系数则分别减小到0.14和0.10。综合考虑复合陶瓷的力学性能和摩擦性能,石墨添加量控制在10%~15%之间为宜。     

钙长石涂层预应力增强建陶瓷砖

采用方解石、石英、氧化铝原料制备钙长石涂层,通过调控涂层的组成对坯体产生压应力来提高陶瓷弯曲强度。研究了料浆黏结剂种类、涂层中的Al_2O_3含量、弹性模量、涂层与基体的截面比等因素对涂层制备及陶瓷弯曲强度的影响。结果表明:当涂层配方中Al_2O_3含量为17.5%(质量分数)、1%PVA作为黏结剂、烧结工艺为1 200℃保温0.5 h时,可获得厚度约80μm的钙长石涂层,制得的陶瓷样品硬度为630 kg/mm~2,弯曲强度从(62±3) MPa提升至(107±4) MPa,提升幅度为72.6%。     

Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的结构设计与性能

以ZrO2为基本组成相的层状材料,采用干法的成型工艺,通过对表面层不同组分Al2O3 ZrO2和表面厚度和系统研究和设计,提出设计三层结构复合陶瓷层裂参数λ,当λ小于1．5时,表面层不会出现层裂,整体材料性能较好,研究表明,表面残余压应力的存在,使得三层结构复合陶瓷较单层结构陶瓷表面出更高的强度,硬度,断裂韧性和其他性质,45％Al2O3/ZrO2/45%Al2O3层状复合陶瓷的弯曲强度达682MPa,断裂韧性达16.2Pa.m^1/2;而单层ZrO2陶瓷的弯曲强度和断裂韧性分别仅为450MPa和8.8MPa.m^1/2.     

Al_2O_3/ZrO_2层状复合陶瓷的结构设计与性能

以ZrO2 为基本组成相的层状材料 ,采用干法成型工艺 ,通过对表面层不同组分Al2 O3+ZrO2 和表面厚度的系统研究和设计 ,提出设计三层结构复合陶瓷层裂参数λ ,当λ小于 1.5时 ,表面层不会出现层裂 ,整体材料性能较好 .研究表明 ,表面残余压应力的存在 ,使得三层结构复合陶瓷较单层结构陶瓷表现出更高的强度、硬度、断裂韧性和其他性质 .45 %Al2 O3/ZrO2 / 45 %Al2 O3层状复合陶瓷的弯曲强度达 682MPa,断裂韧性达 16.2MPa·m1 /2 ;而单层ZrO2 陶瓷的弯曲强度和断裂韧性分别仅为 45 0MPa和 8.8MPa·m1     

冰刀用高强韧Si3N4陶瓷的制备与性能研究

以α-Si₃N₄粉为原料,MgO-La₂O₃-Lu₂O₃为三元复合烧结助剂,采用气压烧结工艺制备Si₃N₄陶瓷条,研究烧结助剂及添加β-Si₃N₄增强相对Si₃N₄陶瓷微观结构及力学性能的影响。结果表明,三元复合烧结助剂促进了烧结的致密化,提高了材料的力学性能,在最高烧结温度1 750 ℃、复合烧结助剂添加量8%(质量分数)时,得到密度为3.172 8 g/cm³、维氏硬度达到15.85 GPa、断裂韧性和抗弯强度分别为9.69 MPa·m^1/2和1 029 MPa的冰刀用Si₃N₄陶瓷。添加β-Si₃N₄材料的断裂韧性得到提高,最高达到10.33 MPa·m^1/2。Si₃N₄陶瓷本身的高硬度与加入的稀土氧化物使得所制备冰刀的硬度与润滑性能得到提高,表面性能优良。     

ZrO2纳米颗粒的添加对ZrO2/HA复合陶瓷物相和力学性能的影响

将液相掺杂CeO2和Fe2O3的钇稳定四方ZrO2纳米粉作为着色剂添加到微米ZrO2/HA体系中,1400℃烧结制备了ZrO2/HA纳米复合陶瓷.利用X射线衍射分析了复合陶瓷的物相组成;三点弯曲法、单边切口梁法及压痕法测试了陶瓷的力学性能;讨论了纳米氧化锆的添加对复合陶瓷力学性能及物相组成的影响,分析纳米氧化锆导致复合陶瓷力学性能改变的原因.根据复合陶瓷断裂前后单斜相氧化锆的含量变化,证实氧化锆纳米粉的添加不仅有利于复合陶瓷中四方相氧化锆的稳定存在,而且可以提高基体相变四方相氧化锆的含量,相变增韧作用加强.力学性能测试结果显示:体系中适量纳米氧化锆的存在可以提高材料的抗弯强度和断裂韧性20%以上,密度和硬度少量增加,但由于没有新物相引入,对弹性模量未造成影响.     

氧化铝-莫来石高温复合陶瓷改性研究

以氧化铝、莫来石、氧化锆粉体为原料制备了氧化铝-莫来石-氧化锆复合陶瓷.使用密度测试仪、抗折强度测试仪、XRD和SEM等手段对材料的密度、力学性能进行了综合分析,尝试对影响复合陶瓷热震性能的因素及作用机理进行了讨论.研究结果表明:氧化锆弥散分布于基体晶界处,填充了基体颗粒间隙,抑制了基体晶粒长大,阻碍了裂纹扩展,提高了复合陶瓷的致密性和力学性能;ZrO2的t-m转变使基体内部产生一定的压应力区域,诱发显微裂纹的产生,分散主裂纹尖端应力,增强复合陶瓷的强度.     

黏结剂喷射增材制造结合液硅反应熔渗制备SiCw/SiC陶瓷的微观组织和力学性能

SiC陶瓷凭借其高强度、高硬度和低密度等优势，在航空航天、核电工业等领域有着广阔的应用前景。但由于SiC加工难度高、韧性低，阻碍了其广泛应用。为解决上述问题，本研究采用黏结剂喷射增材制造(BJAM)结合液硅反应熔渗技术(LSI)制备了不同碳化硅晶须含量(SiC_w)的SiC_w/SiC复合材料。结果表明，当SiC_w含量达到7.5%(体积分数)时，材料的弯曲强度和断裂韧性达到最大值分别为215.29 MPa和3.25 MPa?m^1/2，硬度则在SiC_w为5%达到23.06 HV的峰值。但当SiC_w含量继续升高后，材料内部残余硅相含量提升，力学性能发生恶化。对打印初坯进行2次增碳可有效降低材料内部硅相含量，弯曲强度、断裂韧性和硬度最大分别提升10.15%、10.46%和10.58%。引入的SiC_w通过偏折裂纹、拔出和折断等方式起到了对复合陶瓷材料的增强增韧作用。     

基体条件对Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。     

RO-Al_2O_3-SiO_2玻璃的钢化与力学性能(英文)

采用熔融法制备出了无碱型RO-Al2O3-SiO2玻璃.研究了残余应力、钢化工艺以及样品尺寸对RO-Al2O3-SiO2玻璃的弹性模量、剪切摸量、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性等力学性能的影响.结果表明:合适的钢化工艺和残余应力可以显著提高其弯曲强度和断裂韧性,但对其它力学性能影响较小.经钢化处理后的RO-Al2O3-SiO2玻璃的弯曲强度和断裂韧性分别达到了263 MPa和2.28MPa·m1/2.与没有经钢化处理的玻璃样品相比,分别提高到了4倍和235%.提出了1种新型的钢化工艺--非对称钢化工艺,对于在非对称载荷下服役的玻璃构件来说,非对称钢化工艺有可能在提高玻璃力学性能的同时还可以降低其自爆风险.     

烧结温度对氮化硅陶瓷球显微结构和力学性能的影响

以α-Si₃N₄粉为原料,纳米级Y₂O₃和Al₂O₃为烧结助剂,采用气压烧结工艺制备氮化硅陶瓷球,研究了烧结温度对陶瓷球显微结构及力学性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,陶瓷球的维氏硬度和压碎强度先提高后降低,断裂韧性不断提高。烧结温度为1780 ℃的陶瓷球综合力学性能最佳,其相对密度达到了99%,维氏硬度、断裂韧性和压碎强度分别为1 530 HV、7 MPa·m^1/2、296 MPa。     

氧化铝/莫来石复合陶瓷断裂行为研究

用X射线衍射方法测定了氧化铝/莫来石复合陶瓷的残余应力,并通过计算加以验证。在莫来石含量比较小的情况下,氧化铝/莫来石复合陶瓷基体拉应力与莫来石体积含量成线性关系。通过模型分析了氧化铝基体和莫来石颗粒的应力状态及其对裂纹扩展的影响。由莫来石颗粒引入的基体拉应力使裂纹倾向于向晶内扩展。观察了氧化铝/莫来石复合陶瓷断裂方式的转变,计算了穿晶断裂比率与基体应力的关系,进而建立了莫来石含量、基体应力、穿晶断裂比率三者的对应关系。这为复合陶瓷材料的制备和性能分析提供了可靠基础。     

TiB2对无压烧结B4C–TiB2复相陶瓷结构和性能的影响

以碳化硼(B₄C)、二硼化钛(TiB₂)、碳化钛(TiC)为原料,采用无压烧结法在2 130℃制备了含20%(质量分数)和30%TiB₂的B₄C基复相陶瓷,分析所制样品的密度、硬度、弯曲强度和断裂韧性。结果表明:在2 130℃,直接加入30%的TiB₂亚微米颗粒,复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到277.6 MPa和5.38 MPa·m^1/2。陶瓷中颗粒拔出和裂纹微桥接对复相陶瓷增韧作用显著。B₄C–TiB₂复相陶瓷的增韧机理主要是由于TiB₂与B₄C热膨胀系数不匹配产生的残余应力导致的微裂纹增韧和裂纹偏转增韧。     

Al2O3-(W, Ti)C/Al2O3-TiC对称型叠层陶瓷的结构设计和力学性能

为提高陶瓷材料表面的硬度和韧性,热压烧结制备了Al2O3-(W,Ti)C/Al2O3-TiC对称型叠层陶瓷材料.研究了该叠层材料的层厚比和层数对材料表层的硬度、断裂韧性的影响.此外,通过压痕裂纹法的测量和有限元计算均可以得到叠层陶瓷材料表面层的残余应力值,两种方法获得的残余应力值符合得很好.通过有限元计算还可以得到叠层陶瓷材料不同层内的残余应力分布特征.对比实验表明:叠层陶瓷材料表面层较之相应单一材料而言,具有更高的硬度和断裂韧性.叠层陶瓷材料中残余压应力的存在,是叠层陶瓷材料表面层具有高硬度、高韧性的原因.而且通过改变叠层材料的层厚比和层数可改变叠层材料残余应力的分布.     

仿木年轮结构Si3N4/Ni复合材料微观组织及物理力学性能

工程陶瓷已广泛应用于工业领域,而其较高的脆性一直是推广受限的主要因素之一。基于此,本研究旨在协同提高工程结构陶瓷的强度和韧性。以微米级Si₃N₄粉体和高纯度镍丝为原料,借鉴仿生制备思路,利用热压烧结的方式制备仿木质年轮状Si₃N₄/Ni复合材料,研究了Si₃N₄/Ni复合材料中Si₃N₄与Ni丝的界面结合状态,测试了复合材料的物理力学性能。结果表明,复合材料中Si₃N₄基体与Ni之间界面结合良好,仿木质年轮的材料结构有助于陶瓷材料的强韧化,复合材料的弯曲强度达（989±87） MPa,断裂韧性达（8.12±0.8） MPa·m^1/2,较单相Si₃N₄陶瓷的物理力学性能有较好的提升。     

相对法及特殊条件下陶瓷材料力学性能评价

介绍了相对法技术的基本原理及其在特殊条件下(特殊制品形式及极端服役环境)陶瓷材料力学性能评价领域中的应用,如陶瓷涂层力学性能的评价、陶瓷高温与超高温力学性能的检测。采用相对法技术可对陶瓷涂层弹性模量、弯曲强度、界面结合强度、本征硬度、密度、热膨胀系数和陶瓷材料的高温与超高温弹性模量、硬度、弹性恢复与能量耗散进行测试表征,解决以往一些常规技术无法解决的问题,为特殊条件下陶瓷构件的安全设计及可靠应用提供可行的评价手段。     

氧化锆增韧氧化铝陶瓷的性能研究

氧化铝陶瓷因其优良的力学性能、电性能、化学稳定性,是目前应用广泛的一种陶瓷材料。文章中先通过溶胶-凝胶法制备出不同摩尔Al/Zr的无定形Zr O2-Al2O3复合粉体。然后,利用SPS烧结技术快速制备复合陶瓷。通过不同烧结温度的探索发现,在升温速率为100℃/min和压力为80 MPa情况下,烧结温度为1600℃,摩尔比Al/Zr=20时,得到致密的复合陶瓷,且力学性能最好,其中维氏硬度为18.6 GPa,断裂韧性为7.6 MPa·m1/2,断裂韧性相对于纯氧化铝陶瓷有了大幅的提升。     

纳米氧化铝对氧化铝陶瓷性能的影响

本文以1μm氧化铝粉为基体材料,分别加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的纳米氧化铝粉;采用常规方法烧结得到一系列的氧化铝陶瓷;然后对氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量等方面的性能进行了测试。结果表明:随着30nm氧化铝的加入,氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量都有不同程度的增加。     

拟涂层法评价薄陶瓷基片的弯曲强度及弹性模量

由于尺寸效应和大挠度变形的存在,传统测试宏观尺寸陶瓷材料的力学性能的评价方法和标准不能直接应用于评价1 mm以下的薄陶瓷基片的力学性能。但随着各种陶瓷基片在工业上的广泛应用,薄片陶瓷的力学性能评价成为一个难题。针对该问题,本研究提出了一种陶瓷薄基片的弹性模量和强度的测试方法——拟涂层法,即通过拟涂层处理,使得薄陶瓷基片的应力梯度与标准尺寸陶瓷试样的应力梯度接近,从而避免了应力梯度对强度测试值的影响。采用拟涂层法测量0.2 mm-1 mm的不同厚度的薄陶瓷的弯曲强度和弹性模量,并与常规的测试方法测量宏观尺寸陶瓷的弯曲强度和弹性模量进行对比,结果表明二者测试结果相近,验证了拟涂层法测试结果的准确性和可靠性。     

电热爆炸定向喷涂NiCr/WC-Co复合涂层的特性

用电热爆炸定向喷涂技术在45钢基体上制备了NiCr／WC-17％Co复合涂层。用扫描电镜以及能谱仪对涂层显微组织和界面情况进行了观察分析。借助纳米硬度计测定了涂层的硬度和模量。结果表明：涂层颗粒细小且分布均匀,可分辨颗粒尺寸在200～300nm;涂层致密,孔隙率为1％;涂层与基体结合良好,界面附近存在元素扩散现象;弹性模量在涂层内最大为290GPa;涂层硬度达到17．7GPa。涂层硬度和弹性模量沿横截面平稳下降,体现出了复合涂层的特征。