Growth characteristics of directionally solidified Al2O3/YAG/ZrO2 ternary hypereutectic in situ composites under ultra-high temperature gradient

Oxide eutectic ceramic in situ composites have attracted significant interest in the application of high-temperature structural materials because of their excellent high-temperature strength,oxidation and creep resistance,as well as outstanding microstructural stability.The directionally solidified ternary Al2O3/YAG/ZrO2 hypereutectic in situ composite was successfully prepared by a laser zone remelting method,aiming to investigate the growth characteristic under ultra-high temperature gradient.The microstructures and phase composition of the as-solidified hypereutectic were characterized by using scanning electron microscopy(SEM),energy dispersive spectroscopy(EDS),and X-ray diffraction(XRD).The results show that the composite presents a typical hypereutectic lamellar microstructure consisting of fine Al2O3 and YAG phases,and the enriched ZrO2 phases with smaller sizes are randomly distributed at the Al2O3/YAG interface and in Al2O3 phases.Laser power and scanning rate strongly affect the sample quality and microstructure characteristic.Additionally,coarse colony microstructures were also observed,and their formation and the effect of temperature gradient on the microstructure were discussed.     

梯度功能材料在烧蚀条件下温度场的数值模拟

建立了功能梯度材料在烧蚀条件下传热的物理模型和数学模型,利用弹性网格的方法对移动边界的温度场进行了分析。最后对碳／陶瓷梯度功能材料进行了计算。     

金属粘接Al_2O_3-TiC系陶瓷的退火热处理强化研究

针对被用作刀具材料的金属粘接AI2O3－TiC系陶瓷的组成特点，采用近火处理的方法可使其强度得到改善。实验结果表明：经800CX3h大气中退大处理后，金属粘接Al2O3－TiC系陶瓷材料的强度提高了10％，硬度也同时提高。扫描电镜和透射电镜的观察与分析表明：该材料强度和硬度的提高是材料表面微氧化机制、内部缺陷钝化机制以及晶界强化机制共同作用的结果。     

陶瓷材料电加工后变质层厚度的研究

通过对一种典型陶瓷材料──Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ陶瓷的电火花线电极切割加工试验，分析在不同的工作液、不同的电加工参数下，对试件变质层厚度的影响，提出了减小变质层厚度的途径．     

超塑性高温发泡制备闭孔多孔Al2O3基陶瓷

分别以纳米和亚微米Al2O3粉末为原料,MgO为掺杂剂,SiC为高温发泡剂,利用Al2O3基陶瓷具有超塑性变形能力的特点,制备了闭孔多孔Al2O3基陶瓷.研究了不同粒径Al2O3粉末和不同MgO含量对Al2O3基多孔陶瓷开口气孔率、闭口气孔率及微观结构的影响,考察了Al2O3基多孔陶瓷的物相组成,探讨了闭口气孔在Al2O3基多孔陶瓷烧结过程中的形成机理.研究结果表明,以纳米Al2O3粉末制备的Al2O3基多孔陶瓷具有更低的开口气孔率,仅为13%,而闭口气孔率可达132%,且其闭孔孔径尺寸约为1~2μm.坯体中MgO与Al2O3反应完全,多孔陶瓷的物相组成仅为Al2O3和MgAl2O4.     

TiB_2弥散强化Al_2O_3陶瓷刀具的切削性能

研究了Al2O3－TiB2复合陶瓷的力学性能．结果表明，当TiB2含量为20wt％时，能获得较高的综合性能．用此配方制成的陶瓷刀具具有较高的耐磨性能．后刀面磨损量VBmax比YW1低1倍左右．陶瓷刀具的磨损以微区剥离为主要机制．此外，还对比了陶瓷刀具和硬质合金刀具的切削力变化情况．     

Al2O3梯度陶瓷涂层高温抗氧化性能的研究

主要研究了Al2O3耐热梯度陶瓷涂层的抗氧化性能并与相应的ZrO2耐热涂层进行了比较。在800℃和1000℃氧化实验结果表明：Al2O3涂层的抗氧化性能优于相应的ZrO2涂层；涂层的孔隙率，尤其是通孔率是影响涂层抗氧化性能的关键因素，此外，梯度涂层的良好过渡也有利于抗氧化性能的提高。     

功能梯度热压电带拼接功能梯度材料中裂纹对SH波的散射

讨论了功能梯度热压电带拼接功能梯度材料中裂纹对SH波的散射,借助Fourier积分变换,将所研究的问题转化成对偶积分方程,运用Copson方法将对偶积分方程变为第二类Fred-holm积分方程进行求解,最后通过数值计算,讨论了材料梯度参数,温度,波数等因素对标准动应力强度因子的影响.     

陶瓷刀具切削硬质材料的研究

通过采用陶瓷刀具FG-1、LT55、SG-4切削淬硬工具钢T10A和采用LT55陶瓷刀具切削铬基合金的切削试验,研究了FG-1、LT55、SG-4三种陶瓷刀具切削淬硬工具钢T10A的切削性能,并得出陶瓷刀具LT55切削铬基合金时比较理想的切削参数。     

铝热反应制备YAG/Al2O3复相陶瓷的组织和性能

利用铝热反应熔化法制备YAG/Al2O3复相陶瓷材料,研究配料中Y2O3含量对复相陶瓷显微组织和力学性能的影响.结果表明:复相陶瓷的相组成为YAG和Al2O3,合有少量的Fe相.随着Y2O3含量的增大,Al2O3颗粒分布越均匀,复相陶瓷的维氏硬度先减小后增加,而相对密度是增加的,在x=0.90时达到最大值分别10.9 ...     

激光烧结陶瓷粉末成形零件的研究

实验研究了Ａｌ２Ｏ３陶瓷粉末的激光烧结过程,介绍了激光烧结实验装置,分析了烧结参数对烧结过程的影响,得到了激光烧结的Ａｌ２Ｏ３陶瓷零件。所设计的实验装置的结构简单,可满足实验要求。     

金属陶瓷倾斜涂层的热障作用

研究了在大气下用氧—乙炔火焰法实现的Al_2O_3基金属陶瓷倾斜涂层的附着性及其热障作用。结果表明,Cu、Ni/Al金属的加入及梯度成分设计,改善了涂层与基体之间的物理相容性和化学相容性,使热应力、界面应力弛豫,附着性明显提高。同时,该梯度涂层具有良好的抗热震、抗热冲蚀及抗高温铁水烧蚀等性能,热障作用显著。     

Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的制备及其力学性能

以Al和B2O3为原料,采用高频感应加热方法制备出纯的Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉体,然后在N2保护下1600℃热压烧结2h制备出Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷。采用XRD和SEM技术分别表征了Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉的相和形貌以及Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的相和断口形貌。采用三点弯曲法和压痕法分别测试了Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性。研究结果表明：由于室温下Al-B2O3体系的绝热温度大于1800K,因此可以采用高频感应加热方法点燃Al-B2O3体系,并制备出纯的Al2O3/AlB12/Al复合陶瓷粉体;Al2O3相和AlB12相是分别通过液-液反应机制和液-固反应机制生成;Al2O3/AlB12/AlN复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别为549.48MPa和5.96MPa·m1/2,分别比纯Al2O3陶瓷的350MPa和4MPa·m1/2高56.99%和49%,这可能是原位反应生成的细小AlN颗粒增强增韧了Al2O3基陶瓷。     

碳化硅及氧化铝陶瓷反应装甲附带损伤研究

对SiC和Al_2O_3陶瓷反应装甲的附带损伤效应进行了试验。试验结果表明,SiC陶瓷破片平均直径要小于Al_2O_3陶瓷破片的平均直径;Al_2O_3陶瓷破片所造成的冲塞穿孔密度最高可达SiC陶瓷破片穿孔密度的7.6倍。经计算,Al_2O_3飞板破片初速为927.81 m/s,SiC飞板破片初速879.59 m/s,Al_2O_3陶瓷破片的极限杀伤距离为10.06 m,SiC陶瓷破片为5.15 m。等效厚度的SiC反应装甲的附带损伤效应要低于Al_2O_3陶瓷反应装甲的附带损伤效应。     

Fe-Al_2O_(3p)复合材料的热处理

采用硬度、拉伸和磨损等试验手段，检测了Ｆｅ－Ａｌ２Ｏ３ｐ复合材料的强化效果；通过光学显微镜、ＳＥＭ等微观分析技术，分析了淬火处理后Ｆｅ基与Ａｌ２Ｏ３颗粒间的复合状况。结果表明，淬火处理可强化基体，降低Ａｌ２Ｏ３颗粒与基体间的硬度梯度，使两者复合更紧密，提高材料的整体性能。     

添加Al2O3--ZrO2复合粉改性氧化锆质定径水口及其损毁机理

通过添加溶胶-凝胶法制备的Al2O3-ZrO2复合粉,对陶瓷型和颗粒型氧化锆质定径水口进行改性.对比研究了陶瓷型和颗粒型定径水口改性前后物理性能,矿物相组成和显微结构的变化,并通过现场连铸实验对四种定径水口损毁机理进行了探讨.结果表明:相较于颗粒型定径水口,陶瓷型定径水口的显气孔率较低,体积密度和耐压强度较高,热震稳定性较差,抗侵蚀和冲刷性能较好.通过添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后的定径水口显气孔率降低,体积密度增加,耐压强度提高,颗粒型定径水口的热震稳定性有了较大的提升,热震次数约为改性前的1.5倍以上.通过对连铸现场实际使用35 h后的残样分析发现,陶瓷型水口损毁主要是由于热震稳定性差导致使用时发生炸裂,炸裂产生的裂纹引起一定程度的剥落和扩径.未改性颗粒型定径水口由于强度低和显气孔率高,剥落和扩径更为严重,添加Al2O3-ZrO2复合粉改性后生成的镁铝尖晶石增强相大幅度提高了颗粒水口的热震稳定性和抗冲刷侵蚀性能,连铸现场使用后几乎未扩径.     

Al_2O_3基陶瓷材料与硬质合金摩擦的应力分析

利用ANSYS有限元分析软件对5种Al2O3基陶瓷材料(纯Al2O3、Al2O3/TiC、Al2O3/(W,Ti)C、Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/SiCw)在MRH-3环块磨损试验机上与硬质合金摩擦进行模拟仿真,得到摩擦磨损过程中的应力及分布,并与室温下的磨损实验结果相比较,同时还探讨了不同添加剂的Al2O3基陶瓷的磨损机理.结果表明:不同成分的Al2O3基陶瓷材料在摩擦磨损过程中最大主应力位于摩擦副接触区中心,最大剪应力位于摩擦副接触区边缘;载荷对主应力和剪应力大小的影响比转速的影响大;在相同的摩擦条件下,受到合应力越大的陶瓷其磨损率越大;合应力越大的陶瓷磨损后陶瓷表面越容易产生微裂纹.5种Al2O3基陶瓷磨损率的大小为:Al2O3Al2O3/(W,Ti)CAl2O3/Ti(C,N)Al2O3/TiCAl2O3/SiCw.     

多层陶瓷涂层厚度配比应力场有限元分析

钢基铝层经等离子体电解氧化技术陶瓷化后,可在钢表面形成多层体系结构的陶瓷涂层.采用有限元方法,对不同厚度配比的复合涂层在均布接触载荷作用下的应力分布进行了研究.结果表明:铝层的存在可明显缓解界面处的剪应力.同时,铝层厚度增加,也使表面拉应力增大;Al2O3层决定着涂层内最大剪应力距离表面的距离,增强了涂层表面支撑能力,可减缓表面拉应力值.特别,当Al2O3层与Al层的厚度相等时,Al2O3/Al界面处的剪应力最小;FeAl层对表面应力和界面应力影响较小.因此,当选择较厚陶瓷层和较薄铝层时,涂层内将具有较优的表面和界面应力分布状态,从而可提高涂层力学性能.     

常温常压铝水反应制备氢能源新材料的研究

为降低碱性水溶液体系下铝水反应的制氢成本,减少设备腐蚀及解决氢气的贮存和运输等问题,利用原位自生技术成功制备出纳米陶瓷颗粒为第二相的铝复合材料粉末,研究其与水在常温常压下的反应制氢过程.显微组织结果表明,复合材料粉末中纳米陶瓷颗粒的直径约为10~50nm,且在铝基体上呈均匀分布.物相分析结果显示,铝水反应产物由Al(OH)3、TiB2和Al2O3组成,表明该复合材料粉末可与水持续、充分地发生反应,反应产率可达100%.分析认为,氢气的产生原因在于陶瓷颗粒与铝电极电位的较大差异,使陶瓷颗粒作为电化学腐蚀的阴极,从而产生了大量析氢反应所致.     

Al2O3／TiC陶瓷材料的改性研究

研究了固体润滑剂CaF2和BN对Al2O3／TiC陶瓷材料的力学性能和显微结构的影响，实验表明，Al2O3／TiC／CaF2陶瓷材料的力学性能比Al2O3／TiC/BN陶瓷材料的力学性能好，XRD衍射结果和微观结构显示，Al2O3／TiC／BN材料中的BN与Al2O3反应生成AIN，产生大量裂纹，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；材料晶粒大小均匀，基体组织呈网状结构，有利于提高材料的强度和硬度。