片状氧化铝晶种对氧化铝陶瓷结构和性能的影响

本文以片状氧化铝单晶颗粒为晶种,CaO-Al2O3-SiO2(CAS)为添加剂,研究了晶种加入对氧化铝陶瓷显微结构与性能的影响.研究发现,晶种和CAS的共同作用促进了片状晶粒的生长.随晶种量增加,片状晶粒粒径分布的峰值和径厚比分布的峰值先增后降.晶种加入对氧化铝陶瓷相对密度和硬度影响不大,但断裂强度与断裂韧性随晶种量的增加呈现先增后降的趋势.加入15wt%晶种时陶瓷的断裂强度与断裂韧性达到最大(分别为430MPa与5.78MPa·m1/2),比未加晶种的陶瓷提高了23%与38%.     

热等静压制备亚微米细晶氧化铝陶瓷的研究

采用商业氧化铝粉体为原料,MgO为烧结助剂,采用干压结合冷等静压成型素坯,再经适当温度预烧得到具有一定密度的预烧体,对预烧体的晶粒生长与致密化过程进行了研究.素坯在1275℃/160MPa下热等静压烧结2h后得到了平均晶粒尺寸为650～850nm的氧化铝陶瓷.通过万能材料试验机、显微硬度仪测试抛光样品力学性能,得到其三点抗弯强度为(620±30) MPa,硬度HV10为(19.7±0.4)GPa,断裂韧性约2.52MPa·m1/2.     

SHS／PHIP法制备Ti3AlC2陶瓷的力学性能

测试了用SHS/PHIP法制备出Ti3AlC2陶瓷的弯曲强度、断裂韧性、维氏硬度以及压缩性能.实验结果表明,用SHS/PHIP法制备出的Ti3AlC2陶瓷具有较高的室温弯曲强度(330.8MPa)、断裂韧性(5.7MPa·m1/2)和较低的维氏硬度(2·9GPa).Ti3AlC2陶瓷的室温变形抗力为823MPa,并且变形温度越高,变形抗力越小,塑性特征越明显.较低维氏硬度和良好的力学性能赋予了用SHS/PHIP法制备出Ti3AlC2陶瓷非常好的加工性能.     

片状氧化铝晶种加入量对氧化铝陶瓷组织和性能的影响

以片状氧化铝单晶颗粒为晶种,CaO-Al2O3-SiO2(CAS)为添加剂,采用无压烧结研究了晶种加入量对氧化铝陶瓷显微结构与性能的影响.研究发现,晶种和CAS的共同作用促进了长柱状晶粒的生长.长柱状晶粒的数量随着晶种数量的增加而增加,但当晶种加入量增加到60%(质量分数,下同)时,长柱状晶粒的数量虽然增加,但尺寸减小.晶种加入对氧化铝陶瓷相对密度和硬度影响不大,但断裂韧性随晶种量的增加呈现出先增后降的趋势.加入30%晶种时陶瓷的断裂韧性最高,达到6.5MPa*m1/2,比未加晶种的陶瓷提高了25%.     

弱界面层方向性对层状ZrB2-SiC/石墨陶瓷的影响

利用流延-叠层-热压烧结工艺制备层状ZrB_2-SiC/石墨(ZrB_2-SiC/G)陶瓷,研究了石墨弱界面层的方向性对其力学性能的影响;通过XRD、SEM等对层状ZrB_2-SiC/G陶瓷的物相、形貌进行观察分析。结果表明:层状ZrB_2-SiC/G陶瓷在平行方向上的弯曲强度为(382±25)MPa,略低于垂直方向的弯曲强度((429±30)MPa);平行方向的断裂韧性为(11.2±0.3)MPa·m~(1/2),比垂直方向的断裂韧性提高了75%。层状ZrB_2-SiC/G陶瓷在平行方向上的断裂韧性的提高主要是由于石墨弱界面层对裂纹的偏转、分叉和脱层作用。     

2024-T3铝合金的动态断裂韧性

目的实现2024-T3铝合金动态断裂韧性的测量,揭示加载速率对动态断裂韧性的影响机理。方法采用屏蔽措施避免电磁干扰,测量2024-T3铝合金在不同加载速率下的动态断裂韧性,采用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,理论分析加载速率对动态断裂韧性的影响机理。结果当加载速率小于103MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,2024-T3铝合金的动态断裂韧性约为35 MPa·m~(1/2);当加载速率高于105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,动态断裂韧性超过40 MPa·m~(1/2),且随加载速率的增加而不断增大至101 MPa·m~(1/2)。断口分析表明,加载速率较低时,断口形貌为微孔聚集型;当加载速率超过105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,断口特征由延性韧窝向准解理形态转变。理论分析表明,上述现象主要是由于裂纹尖端的无位错区域尺寸随加载速率的增大而减小,位错对裂纹尖端应力场的屏蔽效应增大,从而导致裂纹起裂后迅速由韧窝状态向准解理状态转变。结论电磁屏蔽后的电阻应变片法,能够准确测量电磁环境下2024-T3铝合金的动态断裂韧性,且动态断裂韧性表现出明显的应变率敏感性;2024-T3铝合金的微观断裂机制在准静态下为微孔聚集型,加载速率超过105MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,材料的断裂表现为由延性韧窝形态向准解理形态转变。     

颗粒弥散和核-壳共存的TiCN基金属陶瓷的制备

为了制备具有良好综合力学性能的TiCN基金属陶瓷，研究了烧结温度对TiCN-HfN陶瓷微观结构和力学性能的影响，构建了颗粒弥散和核-壳共存的微观结构模型，揭示了材料的致密化机制、增硬机制、增韧补强机制。结果表明:在1 500℃下所制备的TiCN-HfN材料具有颗粒弥散与核-壳共存的微观结构，其中弥散的颗粒为HfN，核为TiCN，壳主要为(Ti, Hf, Mo)CN固溶体；材料具有较好的性能，其相对密度为99.7%、硬度为20.6 GPa、抗弯强度为1 682.5 MPa、断裂韧度为8.5 MPa·m1/2；其致密化机制主要为颗粒和金属液相填充到烧结颈实现致密化，增硬机制主要为致密化和颗粒钉扎强化增硬，增韧补强机制主要为颗粒弥散和颗粒钉扎增韧、骨架结构和颗粒钉扎增强。      

挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料

通过碳热还原法制备了气孔率为53.4%~70.2%的β-Si3N4多孔预制体,利用挤压铸造法制备双连续β-Si3N4增强铝基复合材料。随着β-Si3N4陶瓷增强相体积分数的增加,复合材料的弯曲强度由383.9 MPa增加到584.8 MPa,显微硬度由162.7HV增加到241.5HV,断裂韧性由11.9 MPa·m1/2下降到9.5 MPa·m1/2。铝合金基体的断裂模式是韧性断裂,β-Si3N4棒状晶的断裂模式受到晶粒取向的影响。复合材料强韧化机制主要有负荷传递、位错增殖、裂纹桥联、裂纹偏转和微裂纹增韧。     

SiCp-WSi2/MoSi2复合材料的室温力学性能

为了提高MoSi2的室温断裂韧性,将Si、Mo、W和C四种粉末混合后通过"原位反应热压"一次热压工艺制备了两种不同体积配比的SiCp-WSi2/MoSi2复合材料试样,测定了复合材料试样和纯MoSi2试样的室温.断裂韧性(KIC)与显微硬度(HV);采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了该工艺下试样的结构、组织以及断口形貌与断裂韧性问的相互关系.结果表明,SiC的复合化和W元素的合金化能使SiCp-WSi2/MoSi2复合材料晶粒细化,硬度、室温断裂韧性比纯MoSi2明显提高,断裂韧性最高值达5.88 MPa·m1/2.并对复合材料的硬化、韧化机理分别进行了分析.     

自反应喷射成形制备TiC—TiB2复合陶瓷

提出了一种新的低成本自反应喷射成形技术,制备出TiC-TiB2复合陶瓷材料坯件,研究了材料的组织结构对性能的影响.结果表明,反应喷射成形坯件的组织具有快速凝固特征,主要由浅灰色连续基体相TiC0.3N0.7、尺寸为100nm-1μm呈柱状分布的黑色颗粒TiB2,少量分布于基体相边界的白色相组织TiO2以及少量黑色的不规则孔洞四部分组成.喷射沉积坯件的孔隙率为2.3%,显微硬度为2029HV0.2,断裂韧性为6.0 MPa·m1/2.向喷射体系中添加20%(质量分数)的Al-Ni合金使材料的孔隙率下降到1.7%,断裂韧性提高到7.7 MPa·m1/2,显微硬度下降到1259HV0.2.由于自反应喷射成形坯件的晶粒细小,其断裂韧性高于反应烧结与自蔓延高温合成方法制备的TiC-TiB2复合陶瓷材料.     

层状ZrB_2-SiC-G陶瓷在1300℃下的抗氧化性及其残余强度的研究

采用流延–层叠–热压的方法制备了不同石墨界面层的层状ZrB_2-SiC-G超高温陶瓷,研究其在1300℃下氧化0.5~10 h的氧化行为以及氧化时间对室温残余强度的影响,观察了增重量随氧化时间的变化,并对其物相和形貌进行了分析。结果表明,石墨界面层中添加40vol%ZrB_2和10vol%SiC制备的层状ZrB_2-SiC-G超高温陶瓷,室温弯曲强度为670 MPa,断裂韧性为13.7 MPa·m~(1/2),氧化10 h后弯曲强度仍达429MPa,断裂韧性仍达10.25 MPa·m~(1/2),优异的残余强度是由于表面形成了致密的SiO_2玻璃层而阻止了材料内部被氧化。     

样板晶生长法制备Y-TZP/板状氧化铝复相陶瓷的力学性能和可靠性

以带有玻璃涂层的氧化铝微粉、小尺寸板晶(样板晶)和Y-TZP微粉为原料,在常压、不同温度下,通过样板晶生长制备了Y-TZP/板状氧化铝复相陶瓷。对该复相陶瓷的室温力学性能的研究表明,在适当烧结温度下制备的复相陶瓷该材料具有较高的强度(800~900 MPa)和断裂韧性(11.8~15.2MPa·m1/2)。用扫描电子显微镜观察复相陶瓷的显微结构特点,表明该材料的增韧机制为氧化锆相变增韧和板晶对裂纹偏转和桥连机制共同起作用。用二参数Weibull分布来量化强度波动,表明该复相陶瓷具有很高的Weibull模量。      

光悬浮区熔定向凝固Al_2O_3/Er_3Al_5O_(12)和Al_2O_3/Yb_3Al_5O_(12)共晶陶瓷的制备与性能研究（英文）

本研究探索了光悬浮区熔法制备Al_2O_3/Er_3Al_5O_(12)(ErAG)和Al_2O_3/Yb_3Al_5O_(12)(YbAG)定向凝固共晶陶瓷。在10 mm/h的抽拉速率下成功获得了凝固组织均匀、内部无裂纹或孔洞的高质量共晶陶瓷。通过高分辨三维X射线衍射仪研究了Al_2O_3和RE_3Al_5O_(12)在三维空间的分布与组织结构;利用电子背散射衍射技术分析了定向凝固末期Al_2O_3和RE_3Al_5O_(12)两相的晶体学择优取向和相界面关系。力学性能表征结果显示,Al_2O_3/ErAG和Al_2O_3/YbAG具有优异的力学性能,二者的维氏硬度分别为(13.5±0.4)和(12.8±0.1) GPa;断裂韧性分别为(3.0±0.2)和(3.2±0.1) MPa·m~(1/2)。     

电子束熔炼Nb-Si系多元合金的组织和性能

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能.结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均匀的等轴组织形成,其中硅化物相的显微硬度HV约为1100,是Nb固溶体相的3倍左右;电子束熔炼Nb-Si系多元合金的室温断裂韧性(KQ)约为10.3MPa·m1/2;在1250℃的抗压强度约为426.3MPa,且具有一定的高温塑性.     

反应烧结B4C/Al2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B₂O₃、Al、石墨和B₄C粉体为原料, 采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷, 对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试, 采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP), 并以AZ陶瓷和B₄C陶瓷为对比靶板, 根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明, 复相陶瓷的主要成分为B₄C和Al₂O₃, 其中主相B₄C约占70wt%, 第二相Al₂O₃约占30wt%, 由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间; 复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm³, 41.5 GPa, 380 MPa和3.9 MPa•m^1/2, 其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%; 复相陶瓷的防护系数为7.34, 比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%; 在约束状态下, 各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。     

先驱体浸渍-裂解SiC界面改性涂层对气相渗硅3D-C_f/SiC复合材料力学性能的影响

界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备C_f/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受Si反应侵蚀,另一方面调节C纤维和SiC基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸渍-裂解(PIP)SiC涂层来进行界面改性,研究了PIP-SiC涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明:无涂层改性的GSI C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别为87.6 MPa、56.9GPa和2.1 MPa·m~(1/2)。具有PIP-SiC界面改性涂层的C_f/SiC复合材料力学性能得到改善,PIP-SiC涂层改性后,GSI C_f/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性随着PIP-SiC周期数的增加而降低,PIP-SiC为1个周期制备的GSI C_f/SiC复合材料的力学性能最高,其弯曲强度、弯曲模量、断裂韧性分别为185.2 MPa、91.1GPa和5.5 MPa·m~(1/2)。PIP-SiC界面改性涂层的作用机制主要体现在载荷传递和"阻挡"Si的侵蚀2个方面。     

YSZ纤维增强等离子喷涂Al2O3/8YSZ涂层耐磨性能研究

将纤维增韧理念应用在等离子喷涂涂层设计中,可提升陶瓷涂层的断裂韧性,解决等离子喷涂陶瓷涂层韧性不足的问题。采用大气等离子喷涂技术制备了添加4%和8%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的YSZ纤维增强Al_2O_3/8YSZ涂层,对纤维增强涂层的断裂韧性及耐磨性能进行了研究。结果表明:等离子喷涂YSZ纤维增强Al_2O_3/8YSZ陶瓷涂层由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和t′相组成;添加YSZ纤维后,涂层的断裂韧性明显改善,添加8%YSZ纤维复合涂层的KIC达2.924 MPa·m~(1/2),涂层的显微硬度变化较小;在相同磨损工况下,相比于未添加纤维的涂层,YSZ纤维增强涂层的耐磨性显著提高,其中,添加8%YSZ纤维后复合涂层的耐磨性是未添加涂层的2.5倍。     

六硼化硅(SiB6)添加剂对B4C陶瓷致密化与力学性能的影响

采用热压烧结(2000℃保温1h)制备了添加2wt%和5wt%SiB6的B4C陶瓷,研究了SiB6不同添加量对B4C陶瓷致密化和力学性能的影响.结果表明: SiB6能有效地促进B4C的烧结,并有助于提高材料的力学性能. SiB6的添加量为2wt%时,B4C陶瓷的块体密度为2.515g/cm3,是理论密度的99.5%,抗折强度和硬度分别达到426.6MPa和31.2GPa. SiB6添加量增加为5wt%时,材料的密度为2.500g/cm3,强度和硬度分别下降为387MPa和29.7GPa.不同添加量对B4C陶瓷的断裂韧性的影响不明显,添加2wt%和5wt%SiB6的B4C陶瓷的K1C分别为3.20和3.28MPa·m1/2.文中还对烧结样品的物相和影响力学性能的原因进行了讨论.     

TiC-TiB2凝固态细晶复合陶瓷结构、性能与增韧

采用超重力下燃烧合成工艺,以快速凝固方式制备出TiB2系列含量的TiC-TiB2细晶复合陶瓷.XRD、FESEM与EDS分析表明随TiB2含量的增加,TiC-TiB2复合陶瓷基体逐渐从TiC微米球品组织逐渐转化为TiB2小尺寸片晶组织,且对于TiC-50％(摩尔分数)TiB2复合陶瓷,可获得TiB2小尺寸片晶均匀镶嵌于TiC基体上的共晶组织.力学性能测试结果表明,TiC-50％ TiB2因在凝固过程中发生共品反应,陶瓷相对密度和硬度均达到最高值(分别为98.6％与18.4GPa),并且因TiB2小尺寸片晶在裂纹扩展时所诱发的裂纹偏转、桥接及片晶拔出增韧机制的协同作用所致,TiC-66.7 ％TiB2具有最高的断裂韧性,13.4MPa·m1/2.     

等离子喷涂NiCrBSi增强Mo涂层的组织结构和断裂韧性

为了开发既具有较高硬度、可防止黏着磨损、又具有一定孔隙能够储存润滑油的用于气缸内壁和活塞的热喷涂层,采用等离子喷涂制备了纯Mo和Mo-28%NiCrBSi复合涂层,采用图像法定量表征了涂层的孔隙率,采用压痕法测试了涂层的硬度和断裂韧性,研究了添加NiCrBSi对等离子喷涂Mo层的组织结构、孔隙率、硬度和断裂韧性的影响,并与某进口防黏着磨损Mo涂层进行比较。结果表明:等离子喷涂Mo-28%NiCrBSi复合涂层的孔隙率比纯Mo涂层略高,硬度为(561±83)HV3 N,比纯Mo涂层提高19%,比服役过的进口纯Mo涂层高约40%;复合涂层的断裂韧性为8.9 MPa"m1/2,约为纯Mo涂层的4倍,接近Mo块材。