自增韧RE-α-sialon陶瓷的微观结构与力学性能

选用不同离子尺寸的稀土氧化物单一或复合掺杂α-sialon陶瓷,系统研究了陶瓷的相组成、晶粒形貌、微观结构以及力学性能与稀土元素的类型的关系.结果表明:小尺寸Yb3 稳定的α-sialon陶瓷完全由等轴α-sialon相构成;当尺寸略大的Y3 部分替代或全部替代Yb3 时,出现长棒状晶粒,在三角晶界处出现少量晶间相,并在晶粒间存在连续的薄非晶膜.在大尺寸稀土离子(Sm3 ,Nd3 )稳定的陶瓷中存在块状晶间相M' (RE2Si3-xAlxO3 xN4-x,RE代表稀土元素),在Nd-α-sialon中,还含有少量(-sialon相,使Nd-α-sialon材料的硬度略有下降,晶粒尺寸存在双峰分布使断裂韧性较高.Yb-和Dy-α-sialon晶粒尺寸为正态分布使韧性较低,Yb和Y复合掺杂可改善Yb-α-sialon的韧性.     

液相烧结SiC陶瓷

采用Al2O3、Y2O3为助烧剂,热压烧结获得了致密的α-SiC和β-SiC陶瓷,研究了起始粉末的性能对烧结体的物相组成和显微结构的影响。实验结果表明,Al2O3、Y2O3原位形成了YAG,材料以液相烧结机制致密化,并通过溶解和再析出机制,促进晶体生长。物相分析表明,β-SiC陶瓷粉末在烧结过程中发生了β→α的相变。显微结构观察显示,β-SiC陶瓷中生成了长柱状晶粒。     

烧结温度对氮化铝陶瓷结构与性能的影响

研究了烧结温度对Al N陶瓷致密度﹑晶粒尺寸及第二相的组成﹑含量及分布及其力学与热学性能的影响。结果表明,添加5 wt%Y2O3助烧剂的Al N陶瓷的第二相由YAG﹑YAM及YAP构成,且随着烧结温度的升高,其Y/Al比值由3/5向2/1变化,即由富铝氧化物向富钇氧化物转化,第二相在Al N陶瓷的三叉晶界处分布,提高Al N陶瓷的热导率及强度。1770℃烧结的Al N陶瓷综合性能最好。     

Y-SiAlON/BaSi_2Al_2O_8复合陶瓷的微观结构与力学性能

以α-Si3N4粉、Al2O3粉、AlN粉、Y2O3粉和BaSi2Al2O8(BAS)粉为原料,采用热压烧结技术制备Y-SiAlON/BAS复合陶瓷,研究了BAS含量对复合陶瓷相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:所制备的材料均接近完全致密(致密度99%),且生成了长棒状SiAlON晶粒,随BAS添加量增加,α-SiAlON含量减少,β-SiAlON含量增加,材料硬度急剧下降,断裂韧性和弹性模量略有降低,添加10%(质量分数)BAS的Y-SiAlON陶瓷具有最高的抗弯强度(775.5MPa)。长棒状SiAlON晶粒的拔出及裂纹偏转是Y-SiAlON/BAS复合陶瓷的主要增韧机制。     

α′和α′-β′sialon的生成机理

近年来,由于α′-sialon的高硬度和良好的抗热震性,使α′和α′-β′复相sialon陶瓷的研究引人注目。对α′-sialon平面相关系的测定已经表明:α′-sialon的单相区起始于纯氮化物一端向氧化铝方向延伸,在α′-simon和β′-sialon之间存有一个α′-β′两相区。这个两相区提供了制备两相陶瓷的可能性。由于α′和β′组成的差别甚微,因此在烧成过程中,当加有适当的添加剂时,α′和β′之间的相变很容易发生。故在制备α′-sialon划α′-β′-sialon陶瓷时,控制相变极为重要,为此有必要了解它们的反应机理。 本文描述了在不同烧成环境下α′和α′-β′-sialon的反应机理,所采用的组成是含Y的α′-sialon,并分别添加和不加La_2O_3作为助烧结剂。本文还着重研究了烧成环境对α′和β′相互转变的影响,以及La_2O_3对致密化和α′-sialon形成的作用。     

Microstructure and Mechanical Properties of Y-SiAlON/BaSi2Al2O8 Composite Ceramics

以 α-Si3N4粉、Al2O3粉、AlN 粉、Y2O3粉和 BaSi2Al2O8（BAS）粉为原料,采用热压烧结技术制备 Y-SiAlON/BAS 复合陶瓷,研究了 BAS 含量对复合陶瓷相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明：所制备的材料均接近完全致密（致密度〉99%）,且生成了长棒状 SiAlON 晶粒,随 BAS添加量增加,α-SiAlON 含量减少,β-SiAlON 含量增加,材料硬度急剧下降,断裂韧性和弹性模量略有降低,添加 10% （质量分数）BAS 的 Y-SiAlON陶瓷具有最高的抗弯强度（775.5MPa）。长棒状 SiAlON 晶粒的拔出及裂纹偏转是 Y-SiAlON/BAS 复合陶瓷的主要增韧机制。     

固相反应法制备透明多晶YAG陶瓷

采用高纯α-Al2O3和Y2O3作为原料并由固相反应法合成了钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet,YAG)透明多晶陶瓷.α-Al2O3和Y2O3的摩尔比为5∶3,并添加0.5%(质量分数)正硅酸乙脂为烧结助剂的混合粉体经球磨后,在1 400℃空气中煅烧,经成形并在1 750℃真空烧结4h制备得到透明YAG陶瓷.1 850℃真空烧结4h的YAG陶瓷晶粒粗大,晶界宽化,晶界处有共晶相YAlO3相和α-Al2O3相存在.     

Effect of Fabrication Process on Whisker Growth in Si3N4 Foam Ceramics

采用直接起泡法,通过氮化硅颗粒稳定泡沫机制制备氮化硅泡沫陶瓷,研究了烧结温度、保温时间、烧结氮气压、烧结助剂（Al2O3＋Y2O3）添加量以及 Al2O3与 Y2O3质量比对氮化硅泡沫陶瓷中晶须生长的影响,分析了泡沫陶瓷的微观结构。结果表明：通过工艺条件的控制可得到由长柱状β-Si3N4晶粒构成的显微结构;当烧结温度为 1750 ℃、保温时间为 4 h、烧结气压为 0.9 MPa、烧结助剂添加量为 6% （质量分数）、Al2O3与 Y2O3质量比为 1：1 时,β-Si3N4晶粒的长径比达到 12 以上     

影响气压烧结Y-α/β-sialon基本因素的研究

研究影响气压烧结α/β-sialon复相材料相组成、显微结构及力学性能的基本因素.采用三阶段气压烧结α/β-sialon工艺,能有效控制气相分解产物生成,消除样品鼓泡现象,而有利于致密化.研究了Si3N4粒度及相组成、AlN粒度对气压烧结α/β-sialon的烧结、相组成、显微结构及力学性能产生的不同程度影响.细Si3N4原料因氧含量增加,使相组成向β相方向偏移;较细的AlN原料有利于烧结致密化和材料性能的提高,但要防止样品鼓泡现象;较粗的AlN原料因为增加瞬时过饱和度而使材料中出现明显晶粒异常长大现象,而使显微结构部分晶粒粗化.埋粉中添加适量AlN可以有效地消除样品鼓泡,但埋粉中AlN添加量过多,样品失重增大,微气孔增加.     

Y_2O_3添加方式对Al_2O_3陶瓷烧结过程中的物相变化影响

采用非均匀沉淀法和机械球磨法2种方法添加Y2O3获得Al2O3陶瓷,通过研究烧结过程中Al2O3陶瓷的物相变化,对比了2种添加方法的优劣。结果表明:对于非均匀沉淀法制备的Al2O3复合粉体来说,烧结过程中开始生成钇铝石榴石(YAG)相的温度约为1 400℃,低于机械球磨法添加Y2O3烧结过程中YAG的生成温度;YAG的生成量大于机械球磨法;加入较少量的Y2O3(0.05%,质量分数)即可检测到Y3+在Al2O3晶格中的固溶态。扫描电子显微镜照片和面扫结果显示烧结过程中生成的YAG位于Al2O3晶界处。     

ZrO2/Al2O3复相陶瓷的制备及性能研究

本文以工业用ZrO2和α-Al2O3微粉为原料,通过干压成型和常压烧结工艺制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷.通过检测复相陶瓷的体积密度、显气孔率、常温抗折强度、烧后线变化率和热震稳定性,研究不同α-Al2O3微粉加入量及添加剂Y2O3对ZrO2/Al2O3复相陶瓷烧结性能、常温强度、热震稳定性及微观结构的影响,并通过SEM方法对烧后试样的微观结构进行表征.结果表明:系统配料中加入Al2O3会降低ZrO2/Al2O3复相陶瓷的致密度,常温强度随着Al2O3加入量增大而呈现先增大后减小趋势,然而热震稳定性有一定程度改善.Y2O3作为一种助烧剂可以促进ZrO2/Al2O3复相陶瓷结构内晶粒长大,加入Y2O3有利于增强复相陶瓷的烧结性.     

自增韧α-sialon陶瓷的研究进展

Sialon陶瓷因其具有优异的高温机械性能而成为最重要的结构陶瓷材料之一。与Si3N4相似，sialon陶瓷也具有α，β两种晶体结构，β—sialon具有较高的断裂韧性，而α—sialon具有更高的硬度。文中综合介绍了α—sialon陶瓷的结构和性质，以及目前国内外自增韧α—sialon陶瓷的研究情况，具体阐述了两种制备自增韧α—sialon陶瓷的方法：(1)通过控制形核过程的热力学特点，在烧结体内原位生长柱状。α-sialon晶粒以得到自增韧α-sialon陶瓷；(2)采用燃烧合成工艺，剖备单相柱状α-sialon粉体，将此粉体按照适当比例添加到原料中制备自增韧α-sialon陶瓷。     

制备工艺对氮化硅泡沫陶瓷中晶须生长的影响

采用直接起泡法,通过氮化硅颗粒稳定泡沫机制制备氮化硅泡沫陶瓷,研究了烧结温度、保温时间、烧结氮气压、烧结助剂(Al2O3+Y2O3)添加量以及Al2O3与Y2O3质量比对氮化硅泡沫陶瓷中晶须生长的影响,分析了泡沫陶瓷的微观结构。结果表明:通过工艺条件的控制可得到由长柱状β-Si3N4晶粒构成的显微结构;当烧结温度为1750℃、保温时间为4 h、烧结气压为0.9 MPa、烧结助剂添加量为6%(质量分数)、Al2O3与Y2O3质量比为1:1时,β-Si3N4晶粒的长径比达到12以上。     

超重力辅助燃烧合成熔铸制备共晶陶瓷Al2O3/YAG/YSZ

研究以超霞力辅助燃烧合成熔融铸造方法快速制备超高温氧化物共晶陶瓷,即,以Al/NiO/Y2O3/ZrO2为反应剂,通过诱发各组元间的燃烧合成反应,首先获得陶瓷和金属的混合熔体,随后利用2种熔体的密度差异,在超重力场中实现陶瓷熔体和金属熔体的彻底分离和凝固,成功制备了Al2O3、钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet,YAG)、Y稳定ZrO2(yttria-stabilized ziroconia,YSZ)共晶陶瓷块体材料Al2O3/YAG/YSZ.X射线衍射分析和微观组织观察表明所制备的共晶陶瓷由YAG,YSZ和α-Al2O3组成,其中α-Al2O3和YAG都为连续相且相互缠绕形成网络结构,而YSZ相尺寸为0.5 μm,且以棒状或纤维状均匀分散在μ-Al2O3和YAG相之间,该陶瓷块体材料的相对密度为97.50%,硬度为17.80 GPa,断裂韧性为(5.50±0.90)MPa·m1/2.     

激光近净成形Al_2O_3–YAG复合陶瓷薄壁件微观组织与力学性能分析

采用同轴输送Al2O3–Y2O3粉末激光近净成形方法进行复合陶瓷薄壁件成形实验,使用扫描电子显微镜,X射线衍射及电子探针显微分析仪对成形薄壁样件微观组织、物相组成及元素含量进行检测,通过压痕法测量样件显微硬度与断裂韧性。结果表明:同轴输送Al2O3–Y2O3粉末激光近净成形可得到Al2O3–YAG复合陶瓷件,主要由α-Al2O3和YAG两相组成,但同时存少量亚稳态YAP或YAM相;薄壁样件内部主要由粗大的富YAG初生相和Al2O3/YAG交错生长的网状共晶组织组成,成形过程中Al2O3较易挥发,不同高度位置重熔次数影响Al相对挥发量,导致两相比例不同,由顶部到底部,富YAG初生相尺寸和比例增大,成形过程中,高温促使亚稳相向YAG转化加剧这一现象;压痕法测量样件显微硬度为16 GPa,断裂韧性为2.89 MPa·m1/2,说明该方法可得到性能较好的陶瓷件。     

SiC/β-Sialon装甲陶瓷的制备及性能

采用无压烧结工艺制备高比强度SiC/β-sialon复相陶瓷。研究了原料组成和第一阶段反应温度对合成β-sialon相的影响,分析了氧化物添加剂和第二阶段烧结温度对材料烧结性能和力学性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及万能试验机表征样品的物相组成、微观结构和力学性能。结果表明：用10%（质量分数,下同）的苏州土部分替代Al2O3和SiO2能有效促进β-sialon相的生成,在1500℃保温2h合成出无杂相的β-sialon相;复合添加5%ZrO2和5%Y2O3可促进样品的烧结致密化。当温度为1650℃时,样品的体积密度为2.90g/cm3,抗弯强度和断裂韧性分别达到375MPa和3.24（MPa·m1/2）,弯曲比强度为1.29×105（N·m）/kg,比Al2O3提高了40%以上。     

Sm_2O_3烧结助剂反应烧结制备β-SiAlON陶瓷

由于良好的高温强度、抗氧化性、抗腐蚀性能和耐磨性能,β-SiAlOH陶瓷具有高温结构材料的潜在用途,传统的β-SiAlON的制备主要以昂贵的Si3N4为原料,高成本限制了其在工业中的广泛应用。本研究使用廉价的Si粉和Al2O3粉作为原料,通过反应烧结法和后续的高温烧结结合,制备β-SiAlON陶瓷,Sm2O3作为烧结助剂。经过1600℃高温烧结后即可获得了致密的β-SiAlON基体。β-SiAlON的晶粒形貌受烧结剂种类的影响很大,尽管没有添加烧结助剂的试样依然可以获得β-SiAlON相,但是,晶粒形貌为等轴状,且基体多孔。经过Y2O3和Sm2O3分别作为烧结助剂烧结过的β-SiAlON基体致密,晶粒形貌均为高长径比的柱状晶,使用了Sm2O3烧结助剂的β-SiAlON陶瓷,晶粒的长径比高于Y2O3烧结助剂的长径比,这种晶粒形貌有利于陶瓷力学性能的提升。     

气化炉渣合成Ca-α-Sialon-SiC复相陶瓷

利用X射线荧光分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等研究了Texaco气化炉炉渣的化学组成、物相组成和显微结构。以气化炉渣为原料,分别在1 350,1 400,1 450℃和1 500℃4种氮化温度下碳热还原氮化,利用物相确定和显微结构分析等研究了氮化温度对反应的影响。以1 450℃氮化产物为原料,热压制备了Ca-α-sialon–SiC复相陶瓷,并对此材料的力学性能进行了检测。结果表明:(1)Texaco气化炉炉渣主要化学成分为SiO2,Al2O3,CaO和残余碳,其中大多为玻璃相和无定形物质;(2)低温氮化产物主晶相为β-sialon和Ca-α-sialon,高温氮化产物主晶相为Ca-α-sialon和SiC,提高氮化温度更有利于CaO固溶于sialon形成Ca-α-sialon,在1 450℃碳热还原氮化可合成主要成分为Ca-α-sialon和SiC的复相粉体;(3)随着热压温度的升高,Ca-α-sialon-SiC复相陶瓷致密化程度增加,硬度和断裂韧性均有提高,添加剂对材料的力学性能影响较大,添加3%(质量分数,下同)Y2O3+2%MgO,1 650℃热压制备的复相陶瓷的Vickers硬度可达18 G...     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

本文对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％，采用物相分析，烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部，形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂，又能引起裂纹偏转，从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移，韧性有所下降。     

无压烧结Al2O3/Si3N4纳米复合陶瓷的力学性能

对Al2O3／Si3N4体系进行无压烧结。获得试样相对密度大于98％，物相分析烧结体中并没有Si3N4颗粒存在而是形成SIALON相。Si3N4和Al2O3反应生成的β-SIALON相颗粒不仅分布在Al2O3晶粒晶界处也存在于Al2O3晶粒内部，形成独特的“内晶型”结构。当受到外力时既能诱发穿晶断裂，又能引起裂纹偏转，从而起到增强的作用。由于产生晶界滑移，韧性有所下降。