Al2O3/Steel-epoxy层状复合材料的制备和性能

采用环氧树脂胶黏剂作为粘结剂,通过一种简单的模压方法,在5 MPa压力下常温固化,制备了一系列Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料。结果显示,Al2O3/epoxy界面和steel/epoxy界面结合紧密。相比于氧化铝薄片,Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料强度差别不大,但具有更高的断裂韧性、冲击韧性和断裂吸收能。裂纹扩展分析认为层状复合材料断裂韧性和能量吸收的提高主要得益于裂纹尖端钝化和捕获、裂纹桥连、层间脱粘和steel-epoxy层的塑性变形等机制。     

热压烧结Al2O3/Al-steel Mesh-Al层状复合材料的制备和性能（英文）

在580℃和1.5 MPa的条件下用热压烧结的方法制备出了一系列Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料,该复合材料是由两层铝箔和一层丝网构成的“sandwich”结构,Al-steel mesh-Al为中间夹层。结果显示,Al2O3/Al的界面粘结紧密并且没有反应发生。在Al/steel的界面处出现了金属间化合物,该化合物改善了Al与丝网之间的结合性能。相比于纯Al2O3,Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料强度差别不大,但具有更高的断裂韧性和断裂功。裂纹扩展分析认为层状复合材料断裂韧性和断裂功的提高得益于裂纹钝化和捕获,界面分离,裂纹桥接和Al-steel mesh-Al的塑性变形等机制。落锤冲击结果表明,Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料具有较好的抗冲击性能。     

添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷材料力学性能和显微结构

采用热压工艺制备了添加固体润滑剂MoS2、BN、CaF2的Al2O3/TiC陶瓷材料,测量了其力学性能和分析了其显微结构.结果表明,添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷比未添加时的力学性能有大幅下降,其中Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力学性能最好,当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537;而添加BN的Al2O3/TiC陶瓷材料的力学性能最差.XRD衍射结果和微观结构显示,添加MoS2的Al2O3/TiC材料中的MoS2发生分解,基体中存在较多的气孔;添加BN的Al2O3/TiC材料中的BN与Al2O,反应生成AlN,造成大量裂纹的产生,致使材料的强度和硬度都大幅下降;Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料中的CaF2在烧结过程中没发生化学反应,复合材料晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.     

无压熔渗制备TiC/Ni_3Al复合材料的微观组织与断裂韧性研究(英文)

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法制备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了TiC/Ni3Al复合材料。对TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度和断裂韧性进行了研究并采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成、微观结构、断口形貌。采用压痕法计算了TiC/Ni3Al复合材料的断裂韧性。试验结果表明:无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法。在完成渗透获得致密组织的前提下,渗透温度和渗透时间对TiC/Ni3Al复合材料的硬度及断裂韧性无显著影响。渗透后复合材料的组成相主要为Ni3Al和TiC两相,Ni3Al相和TiC颗粒结合良好。本文制备的Ni3Al/TiC复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而增加,TiC含量分别为70%和80%时,复合材料的维氏硬度平均值分别为569.6(Hv)和610.8(Hv)。复合材料的断裂韧性最高达到了10.5MPa.m1/2,TiC颗粒和Ni3Al界面的分离是复合材料断裂过程中存在的主要失效形式。断裂过程中Ni3Al可以有效地吸收裂纹扩展能量,阻止了裂纹的直线扩展,使裂纹扩展方向发生偏转,大大增加了材料的断裂韧性。     

B4C／Al2O3／TiC复合陶瓷的力学性能和微观结构

利用热压烧结工艺成功制备了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷.探讨了TiC含量对B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷力学性能和显微结构的影响,并研究了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的增韧机制.结果表明,在烧结过程中B4C与TiC发生原位反应,生成了TiB2.发生原位反应有效的降低了B4C/Al2O3复合陶瓷的致密化烧结温度;B4C/Al2O3复合陶瓷烧结温度为2150℃,B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷的烧结温度为1900℃.而且,原位反应提高了B4C/Al2O3/TiC复合陶瓷相对密度和力学性能.裂纹偏转和裂纹钉扎是B4C/Al2O3/TiC复合材料主要增韧机制.     

热压烧结Al_2O_3/Al-steel Mesh-Al层状复合材料的制备和性能(英文)

在580℃和1.5 MPa的条件下用热压烧结的方法制备出了一系列Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料,该复合材料是由两层铝箔和一层丝网构成的"sandwich"结构,Al-steel mesh-Al为中间夹层。结果显示,Al2O3/Al的界面粘结紧密并且没有反应发生。在Al/steel的界面处出现了金属间化合物,该化合物改善了Al与丝网之间的结合性能。相比于纯Al2O3,Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料强度差别不大,但具有更高的断裂韧性和断裂功。裂纹扩展分析认为层状复合材料断裂韧性和断裂功的提高得益于裂纹钝化和捕获,界面分离,裂纹桥接和Al-steel mesh-Al的塑性变形等机制。落锤冲击结果表明,Al2O3/Al-steel mesh-Al层状复合材料具有较好的抗冲击性能。     

Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复合材料的研究

在Al2O3颗粒补强锆英石陶瓷的研究基础上,探讨了Al2O3与ZrO2共同对锆英石陶瓷的协同补强增韧行为.制备的锆英石基复合材料的室温抗弯强度和断裂韧性分别可达383.31MPa、4.39 MPa·m12.采用XRD分析了复合材料的相组成,采用SEM观察复合材料的断面形貌.结果显示:ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2存在;第二种增强体ZrO2的最佳引入量为20％(质量分数);确定复合材料的强韧化是由Al2O3和ZrO2颗粒引起的裂纹偏转、微裂纹增韧与ZrO2颗粒引起的相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

Ni和Ti的添加对Al2O3-Ti（C,N）复合材料性能的影响

研究了Ni和Ti的添加对真空热压烧结方法制备的Al2O3-Ti(C,N)陶瓷基复合材料的显微组织和力学性能的影响.发现添加Ni和Ti的复合材料主要由Al2O3、Ti(C,N)和Ni组成,没有发现存在金属Ti.Ti由于非常活泼,在热压烧结过程中可能与石墨模具产生的含C气氛反应生成TiC,或与高温下Ti(C,N)的少量分解产生的N2气氛反应生成TiN,这有利于减少复合材料中的气孔.适量添加Ni可通过液相烧结促进复合材料的致密化,提高复合材料的相对密度,并能通过产生裂纹偏转和裂纹桥联提高复合材料的断裂韧性.热压温度为1550℃、等摩尔比的Ni和Ti混合粉末添加量为5vol%时,Al2O3-Ti(C,N)-Ni-Ti复合材料的相对密度为99.6%,硬度为21GPa,抗弯强度为818MPa,断裂韧性为8.1 MPa.m1/2.     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能.结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537.其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0.28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右.研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能.     

超重力下燃烧合成大体积凝固态Al2O3/ZrO2（4Y）研究

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)混合粉末,以超重力下燃烧合成方式,制备出Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷微观结构、生长机理与力学性能.XRD、SEM与EDS结果显示,Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷基体为亚微米t-ZrO2纤维成三角对称分布其上、取向各异的棒状共晶团,而Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷则以分布均匀的微米级t-ZrO2球晶为基体.Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷的强化归因于小尺寸共晶团边界及残余压应力增韧、相变增韧机制引发的高断裂韧性所致;同时,细小t-ZrO2球晶所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所引发的高断裂韧性也使Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷得以强化.     

SHS/PHIP制备TiC-Al2O3/Fe复合材料的性能

对 SHS/ PHIP技术制备出的 Ti C- Al2 O3/ Fe复合材料的性能进行了测试和分析。结果表明 ,Ti C- Al2 O3/Fe复合材料具有良好的综合力学性能。材料具有很高的比刚度。金属 Fe相的加入 ,较大地提高了材料的抗弯强度和断裂韧性。 Ti C- Al2 O3复相陶瓷为典型的脆性断裂 ;随着 Fe含量的增加 ,材料具有明显韧性断裂的特征     

层状Al2O3-TiC复相陶瓷的制备与性能

利用流延到工艺制备了Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ复相陶瓷薄膜，通过叠层，预压，脱粘和热压烧结工工艺，制行了层状结构复相陶瓷，讨论了分散剂，ｐＨ值，固含量对浆粘粘度的影响，用ＴＧＡ分析了陶瓷膜的脱粘过程，用ＳＥＭ和光学显微镜分析了素坯膜的微观形貌和材料在压力作用下裂纹扩展情况，由于裂纹沿弱界面扩散应力松弛，有效地提高了材料的断裂韧性和断裂功，为陶瓷的结构设计提供了一条新思路。     

Al2O3—TiC—Co与Al2O3—TiC陶瓷冲蚀磨损行为的比较研究

通过特殊的化学处理方法，完成了对Ａｌ２Ｏ３及ＴｉＣ陶瓷粉末的钴包覆，将包覆后的两种粉安７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３－Ｃｏ和３０ｗｔ％ＴｉＣ－Ｃｏ的比例混合烧结出硬度和韧性都较理想的Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ（ＡＴＣ）精细陶瓷，通过ＳＥＭ观察研究其冲饥蚀磨损行为，并对ＡＴ３０（７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３－３０ｗｔ％ＴｉＣ）和ＡＴＣ陶瓷的冲蚀行为机制进行了比较研究，与ＡＴ３０陶瓷相比，ＡＴＣ陶瓷良好的综合力学性能和细     

Toughening effects of WC/Co particles and compressive surface stress on (Al2O3–WC/Co)/TiC/Ni graded materials

A graded material of the (Al2O3–WC/Co)/TiC/Ni was prepared by using the self-propagating high-temperature synthesis-aided hot isostatic pressing process. The WC/Co particles were added to the outer Al2O3 layer in order to activate the heterophase toughening effects and control the thermal expansion mismatch between the outer and inner layers. SEM and TEM observations show a clustering structure of the WC/Co cermet in the Al2O3 matrix. The residual stress introduced by the compositionally graded structures was analysed using FEM calculation and X-ray diffraction. Measurements of the indentation toughness and R-curve behaviour indicated that the compressive surface stresses and WC/Co particles can significantly strengthen and toughen the Al2O3 ceramics. The indentation toughness of the (Al2O3–WC/Co)/TiC/Ni at the surface was 13.1 MPa m1/2, while those of the (Al2O3–WC/Co) uniform composite and the monolithic Al2O3 were 7.3 and 4.0 MPa m1/2, respectively. It was found by SEM observation of the crack propagation induced by indentation, thatthe crack deflection, bridging, blunting and arresting occurred at the WC/Co clusters. © 1998 Chapman & Hall     

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。     

机械合金化后注射成形制备Cu/Al2O3复合材料的显微组织与力学性能

采用机械合金化后注射成形制备10%(体积分数,下同)Cu/Al_2O_3复合材料,研究机械合金化时间、烧结温度对复合材料显微组织和性能的影响,并分析复合材料的增韧机理。结果表明:通过机械合金化10h后注射成形、脱脂、1550℃烧结工艺制备的10%Cu/Al_2O_3复合材料具有良好的抗弯强度和断裂韧度,分别为532MPa和4.97MPa·m^1/2;烧结温度低于1550℃导致原子在固态下扩散能力不足,烧结温度高于1550℃则使颗粒边界移动速率大于孔隙逸出速率,二者都造成复合材料孔隙率增加,而导致材料的强度和韧度下降;机械合金化时间延长使复合材料晶粒细化、Cu与Al_2O_3之间的结合强度提高,材料强度和硬度提高,但断裂韧度下降;Cu粉末弥散分布于Al_2O_3基体中,抑制烧结过程中Al_2O_3晶粒粗化,且使裂纹在扩展过程中遇到延性的Cu产生裂纹桥联和偏转,提高材料的韧度。     

TiC与TiC-WC的添加对FeAl/Al2O3复合材料力学性能的影响

在FeAl/Al2O3复合材料基体中分别加入TiC或TiC-WC固溶体可显著提高其抗弯强度。当添加20％TiC和20％TiC-WC固溶体时，复合材料的抗弯强度分别达到1028．46MPa和1328．72MPa，但其断裂韧性分别降低约40％和30％。当TiC-WC固溶体加入量为5％时，可同时提高复合材料的抗弯强度和断裂韧性。     

一种新型陶瓷材料及其耐磨性

对新型Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷的磨粒磨损，冲蚀磨损及其在单颗粒作用下的摩擦磨损行为进行了研究。与ＡＴ３０（７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３－３０ｗｔ％ＴｉＣ）陶瓷相比，Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷具有更为良好的耐磨性，金属钴的存在提高了基体的韧性，细化了晶粒，其综合力学性能得到了显著提高，ＡＴＣ陶瓷样品耐磨性与其强韧化水平和细致的组织结构有关。     

Characterization of the Reaction Products That Develop in the Processing of Al2O3/BaZrO3 Laminated Composites

The absence of a chemical reaction at an interface is conventionally thought to be an important criterion in producing a tough ceramic matrix composite (CMC). As a result of this criterion, interphases in CMCs were chosen on the basis of their chemical reactivity. A weak interface results in crack deflection, crack bridging, and, in fiber-reinforced ceramics, fiber pullout, resulting in an increased fracture toughness. In this paper, we present microstructural observations on alumina (Al₂O₃)–barium zirconate (BaZrO₃) laminated composites wherein the reaction products that develop during processing resulted in sharp interfaces and appear to be weak enough to deflect cracks. These in situ reaction products in Al₂O₃–BaZrO₃ laminated composites were characterized with the use of a scanning electron microscope, an electron microprobe, and a transmission electron microscope. The phases that develop, ZrO₂, BaO·Al₂O₃, and BaO·6 Al₂O₃, produced sharp interfaces and are arranged in a sequence that could be predicted by using information from the phase diagram.