纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3 Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元，利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3-ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中，纤维状共晶组织体积分数较高，ZrO2纤维直径已达到纳米／微米尺度；在过共晶复相陶瓷中，层片状共晶组织体积分数较高，Al2O3-ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为，本试验所获得的复相：陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下，只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米／微米级尺度上的1—3复合的Al2O3-ZrO2纳米／微米晶内型复相陶瓷。     

纳米/微米Al_2O_3-ZrO_2复相陶瓷SHS制备与显微结构

通过在(CrO3+Al)燃烧体系添加ZrO2(4molY2O3)组元,利用SHS技术可以制备具有亚共晶、共晶和过共晶成分的Al2O3 ZrO2复相陶瓷。复相陶瓷基体组织主要由层片状和纤维状共晶组织所构成。在亚共晶成分复相陶瓷中,纤维状共晶组织体积分数较高,ZrO2纤维直径已达到纳米/微米尺度;在过共晶复相陶瓷中,层片状共晶组织体积分数较高,Al2O3 ZrO2两相层片间距基本在亚微米范围内。基于燃烧合成与凝固理论分析可认为,本试验所获得的复相陶瓷是通过SHS原位结晶及在大过冷条件下、熔体发生共生共晶反应生成的。所以在本试验条件下,只有亚共晶成分的复相陶瓷才易获得ZrO2相纤维直径在纳米/微米级尺度上的1 3复合的Al2O3 ZrO2纳米/微米晶内型复相陶瓷。     

Al2O3/ZrO2纳米/微米结构自生复相陶瓷组织与性能

通过在铝热剂中添加质量分数为25%的ZrO2(4Y)粉末,借助SHS原位合成技术,快速、直接地制备出t-ZrO2纳米/微米纤维为第2相、Al2O3为基体的晶内型结构复相陶瓷,研究其微观结构、合成机理与力学性能.研究得出,该复相陶瓷是高温陶瓷熔体在SHS所造成的大过冷条件下发生共生共晶反应生成的,SEM与XRD分析表明t-ZrO2相所具有的应力诱发相变增韧机制非常微弱,裂纹扩展主要受纳米/微米晶内型结构控制,从而呈现出强烈的裂纹偏转韧化机制.     

SHS制备纳米/微米Al2O3-ZrO2复相陶瓷力学行为研究

Al2O3-ZrO2复相陶瓷相对密度与硬度均随ZrO2体积分数增加而下降,复相陶瓷的硬度和晶粒尺寸的关系符合正Hall-Patch关系.vickers压痕试验发现,该复相陶瓷的压痕裂纹系统属于中位裂纹系统,而引发复相陶瓷中位裂纹扩展的压痕压制载荷临界值为30kg;Vickers压痕SEM形貌观察显示,亚共晶成分复相陶瓷具有较大的断裂韧性和较高的塑性形变行为.裂纹扩展路径的SEM观察,该复相陶瓷中的裂纹扩展主要受晶内型结构共晶组织中ZrO2纳米相所控制;XRD物相定量分析表明在该复相陶瓷的增韧行为中,ZrO2相所具有的传统的应力诱发相变增韧机制和微裂纹增韧机制较微弱,而纳米相增韧机制则发挥着决定性作用,使得该复相陶瓷中的晶界和相界对陶瓷断裂行为有着极大的影响.     

Al2O3基多元纳米复相陶瓷的制备及其超塑性

采用溶胶-凝胶法制备了Al2O3-ZrO2（3Y）-Spinel纳米复合粉体，其颗粒大小为20-30nm，粒度分布均匀，无硬团聚。采用真空热压烧结工艺制备了纳米复相陶瓷，结果表明：由于纳米复合粉体中的第二相阻止了基体Al2O3的致密化，纳米复合粉体的烧结温度较普通微米粉体相比并没有大幅度降低，其合适的烧结温度为1450～1500℃。烧结体的超塑性压缩试验表明：在1500℃材料表现出良好的超塑变形能力，变形抗力小于30MPa。在整个压缩变形过程中，材料没有出现明显的应变软化，显示出与超塑性拉伸变形截然不同的特性。     

Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷的超塑性变形行为

以Al2O3-ZrO2(3Y)(含摩尔分数3%Y2O3稳定的ZrO2)纳米复相陶瓷为研究对象,研究了其超塑性变形行为以及纳米相复合带来的新变化.超塑性挤压成形试验表明,在1 650℃～1 700℃,材料表现出类似金属材料的良好成形性能,单位挤压力小于25 MPa.当变形温度达到1 750℃,材料呈现出类似金属的"过烧"现象.首次在陶瓷材料变形后的组织中观察到类似于金属材料变形后出现的"锻造流线",并分析了造成这种特殊现象的原因.     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

原位生长纳微米纤维自增韧复相陶瓷显微结构与不同尺度多级增韧

通过将ZrO2微米粉末引入铝热剂中,借助铝热燃烧、陶瓷/金属液相分离及共晶反应中的晶体原位生长,制备出原位生长纳微米纤维自增韧Al2O3/ZrO2陶瓷复合材料.研究表明,陶瓷基体主要由以单晶t-ZrO2纳微米纤维为第二相、单晶α-Al2O3为基体且长径比为8.0～16的棒晶构成,并且在棒晶边界上还分布着α-Al2O3片晶、ZrO2微米粒子及Cr金属颗粒.力学性能测试得出,陶瓷的弯曲强度、弹性模量及断裂韧性分别达到1168MPa、410GPa与12.6 MPa·m0.5;裂纹扩展路径观察发现,陶瓷增韧是通过裂纹偏转增韧、纳微米纤维增韧、α-Al2O3片晶的裂纹桥接增韧、延性相增韧及应力诱发相变增韧不同尺度四级增韧机制的协同作用予以实现.     

机械振动对燃烧合成Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷的影响

基于燃烧合成制备Al2O3／ZrO2（3Y）自增韧复合陶瓷，研究了机械振动工艺对陶瓷显微结构与力学性能的影响。经研究发现，施以机械振动并相应提高振频，可通过引入惯性力，提高陶瓷熔体实际温度，促进陶瓷致密；并且，施以机械振动并相应提高振频，不仅因增大陶瓷熔体过冷度与凝固速率、细化棒晶组织并降低棒晶内纳微米纤维尺寸，使陶瓷得以强化，而且又可通过细化棒晶组织并增大其长径比，增强棒晶裂纹桥接与拔出效应，使材料韧性又得以提升。     

Al2O3/ZrO2快速凝固复合陶瓷显微结构与力学行为

通过在铝热剂中引入适量的ZrO2粉末,基于铝热氧化-还原反应、重力下陶瓷/金属液相分离,以大过冷条件下熔体共晶生长方式,制备出以ZrO2正方相纳微米纤维镶嵌于其上且长径比为8.0～12.0的蓝宝石棒晶及少量α- Al2O3片晶为基体的Al2O3/ZrO2自生复合陶瓷.通过材料力学性能测试与裂纹扩展路径观察,研究复合陶瓷显微结构与其力学行为之间的关系.结果表明,复合陶瓷的弯曲强度与断裂韧度分别达到1 256 MPa与13.2 MPa·m1/2;分布于蓝宝石棒晶上大量的面间距为纳微米尺度的Al2O3/ZrO2两相低能界面及残余压应力,使蓝宝石棒晶与陶瓷基体得以强化,迫使裂纹沿蓝宝石棒晶边界偏转;同时,因处于裂纹尖端尾部的蓝宝石棒晶桥接与拔出、α- Al2O3片晶桥接与摩擦互锁等效应,又使裂纹扩展呈现出强烈的稳定化倾向.     

自蔓延高温合成TiB2／Al2O3复合材料的力学性能

以普通商用TiO2为原料，与铝粉、碳化硼进行自蔓延（SHS）高温合成TiB2／Al2O3复合材料，通过差热和X射线衍射分析，确定了TiO2、Al及B4C的反应机制，得到了生成TiB2／Al2O3复合粉体的最佳工艺条件。测定了TiB2／Al2O3复合粉体相关的力学性能，得到材料的抗压强度为87．2MPa，抗弯曲强度为104．3MPa。SEM观察发现生成相中存在大量的气相或气孔，生成物微观区域不太均匀，材料的断裂形式主要为脆性断裂，生成物的颗粒尺寸为亚微米级。     

SHS离心法制备陶瓷复合球铁管的组织性能

采用自蔓延高温合成离心技术,制备了陶瓷内衬复合球墨铸铁管,研究了自蔓延高温合成对球墨铸铁组织、性能的影响。结果表明：复合管由陶瓷层／珠江体过度层／铸铁层组成,铸铁层又由白口层／扩散层／原始球墨铸铁基体组成;自蔓延高温合成显著提高球墨铸铁管的布景磨损、耐腐蚀性能;煅烧合成过程对球墨铸铁管的外层组织基本上没有影响,可以仍然保留球墨铸铁管材优良的韧性和耐腐蚀性。     

爆炸固结加自蔓延高温合成Ti／Al2O3梯度功能材料

采用爆炸固结加自蔓延高温合成（ＳＨＳ）法制备了Ｔｉ／Ａｌ２Ｏ３梯度功能材料（ＦＧＭ），并对所制备的ＦＧＭ的成分、组织和性能进行了研究。实验结果表明，采用该法可制备成分、组织和性能呈梯度分布、且符合设计要求的致密ＦＧＭ。此外还研究了Ｔｉ／Ａｌ２Ｏ３ＦＧＭ合成过程中的反应模式     

SHS/PHIP法制备Ti3AlC2可加工陶瓷的塑性特征

研究了用SHS/PHIP技术制备出的Ti3AlC2可加工陶瓷的塑性变形特征。应变速率为1×10^-3/s,从室温到1300℃的压缩实验结果表明,室温到800℃的压缩断裂方式为脆性断裂,但存在显微塑性。主裂纹的偏转与分岔、晶粒的分层与扭折是主要变形机制;1000℃到1300℃,位错运动带来了塑性流变的结果。800℃到1000℃被称为韧脆转变温度区间,在此温度区间以上的应力与应变曲线存在着“硬化区域”,并且随着温度的升高,“塑性区”要大于“硬化区”。     

高性能陶瓷内衬复合煤粉喷枪的研制

采用燃烧合成方法制备了Al2O3陶瓷内衬复合煤粉喷枪,但单一的Al2O3陶瓷内衬层韧性差,抗热震性能低,造成喷枪的寿命短.通过在(CrO3+AD燃烧体系中添加ZrO2组元,采用SHS重力分离技术,制备出了高强度、高韧性的陶瓷内衬复合弯管煤粉喷枪,陶瓷内衬层为具有共晶结构的Al2O3=ZrO2复相陶瓷.在共晶结构中,ZrO2纤维直径可达到纳米/微米尺度,从而使陶瓷基体得以强化;同时棒状共晶结构的生长取向分布,又使陶瓷因棒晶桥接与拔出得以韧化,改善了喷枪陶瓷内衬的高温强度和耐磨性,有效地提高了煤粉喷枪的使用寿命.     

Fe含量对自蔓延高温合成TiCAl_2O_3Fe复合材料的影响

采用ＳＨＳ／ＰＨＩＰ 工艺制备了致密的ＴｉＣＡｌ２Ｏ３Ｆｅ 复合材料。研究了Ｆｅ 含量对燃烧温度、燃烧波速度、合成产物密实度及力学性能的影响。结果表明, 燃烧波速度在一定Ｆｅ 含量范围内出现一近似平台; 密实度随Ｆｅ 含量变化而变化, 在Ｆｅ 含量为１０ ％ 时, 产物的密实度最高, 为９９ ．４ ％ ; 随着Ｆｅ 含量的增加产物的抗弯强度不断提高, Ｆｅ 含量为１０ ％ 和３０ ％ 时, 抗弯强度分别为７４０ ＭＰａ 和９７０ＭＰａ 。     

SHS离心机改进设计

介绍了 SHS离心机的工作原理、结构及性能 ,简述了在设计制造中的几个主要问题。介绍的 SHS离心机可方便地制备外径为 50～ 150 mm,长度为 10 0～ 2 0 0 0 mm的中小型内衬陶瓷复合钢管     

纳米掺杂Al2O3/ZrO2等离子喷涂涂层的组织及性能

利用自行研制的纳米掺杂AZ-20热喷涂粉末，采用大气等离子喷涂技术，在35号钢基体上制备A12O3／ZrO2复合材料热障涂层，对涂层的组织结构及性能进行分析。结果表明：制备的涂层是由四方结构的t＇=ZrO2与六方结构的α-A12O3构成的，具有纳米晶与微米晶混晶组织；涂层孔隙率为11．2％，孔隙尺度较均匀：涂层硬度HV100为702，抗磨损能力较常规AZ-20涂层高约25％：涂层具有良好的隔热性能。