TiN晶须对Y-TZP材料力学性能的影响
TiN晶须对Y-TZP材料力学性能的影响
刘维跃;杨正方;谈家琪;李焱
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】1989(8)4
【摘 要】本文研究了TiN晶须加入到Y-TZP陶瓷中对其性能的影响,用SEM观察
并分析了晶须在Y-TZP陶瓷中的分布状况及增韧机制。结果表明在陶瓷中加入适
量的晶须可以起到增加室温和高温韧性、提高硬度的作用。
【总页数】5页(P49-53)
【关键词】氧化锆;力学性能;氮化钛;晶须;陶瓷
【作 者】刘维跃;杨正方;谈家琪;李焱
【作者单位】天津大学材料科学与工程系
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ174.758
【相关文献】
1.SiC晶须对Al2O3／TiN／ZrO2复合材料组织与性能的影响 [J], 尹龙卫;冯维明
2.碳酸钙晶须对混杂纤维增强高延性水泥基复合材料力学性能的影响 [J], 夏超凡;
李志华; 张聪
3.镁盐晶须对磷石膏基胶凝材料力学性能的影响 [J], 刘玉中;高雅楠;何剑波;徐文
4.UPR/苎麻布/碱式硫酸镁晶须复合材料Ⅰ——偶联剂处理晶须对复合材料力学性
能的影响 [J], 雷文;张润之;顾从进;张超
5.SiC晶须/Y-TZP(含Al_2O_3)复合材料力学性能的研究 [J], 张玉峰;郭景坤;黄校
先;李包顺
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
陶瓷烧成工艺培训课程PPT126张课件(1).ppt
热压是指在对置于限定形状的石墨模具中的松散粉末或对 粉末压坯加热的同时对其施加单向压力的烧结过程。
热压的优点： 热压时，由于粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易 于塑性流动和致密化，因此，所需的成型压力仅为冷压法 的1/10，可以成型大尺寸的A12O3、BeO、BN和TiB2等产品。
由于同时加温、加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散、 流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，因而抑 制了晶粒的长大。
1
（二）保温时间对产品性能的影响 保温温度常低于烧成温度，保温时间直接关系到晶体的形成 率和晶花的大小、形状。
（三）烧成气氛对产品性能的影响 气氛会影响陶瓷坯体高温下的物化反应速度，改变其体积变 化、晶粒与气孔、烧结温度甚至相组成等。
2
二、拟定烧成制度的依据
坯料在加热过程中的性状变化，初步得出坯体在各温度或 时间阶段可以允许的升、降温速率等; 坯体形状、厚度和入窑水分； 窑炉结构、燃料性质、装窑密度； 烧成方法。
密的材料。
2.热压烧结的原理 ❖ 热压烧结的概念 ❖ 热压烧结的适用范围
• 热压烧结的概念
烧结是陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的 总称。
随着温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键 联，晶粒长大，空隙(气孔)和晶界渐趋减少，通过 物质的传递，其总体积收缩，密度增加，最后成为 坚硬的只有某种显微结构的多晶烧结体，这种现象 称为烧结。烧结是减少成型体中气孔，增强颗粒之 间结合，提高机械强度的工艺过程。
先进陶瓷中引人注目的Si3N4、SiC等非氧化物， 由于在高温下易被氧化，因而在氮及惰性气体中进行 烧结。对于在常压下易于气化的材料，可使其在稍高 压力下烧结。
2 热等静压法(hot isostatic pressing)
显微组织对金属材料力学性能影响的研究
显微组织对金属材料力学性能影响的研究金属材料是我们日常生活中广泛使用的材料之一，其力学性能的研究对于材料的应用和改进至关重要。
在金属材料的研究中，显微组织是一个非常重要的因素，它对金属材料的力学性能有着直接影响。
1. 显微组织对金属材料硬度的影响硬度是材料的重要力学性能之一，它反映了材料抗压、抗划伤和耐磨损的能力。
显微组织通过晶格结构和晶界分布的形成，对材料的硬度产生直接影响。
一方面，晶粒尺寸是影响金属材料硬度的重要因素之一。
晶粒尺寸越小，其晶体内的晶界面积越大，晶界能对位错的运动产生阻碍，从而增加了材料的硬度。
因此，通过控制材料的热处理或机械加工过程，可以使晶粒尺寸减小，从而提高金属材料的硬度。
另一方面，不同的晶体结构也会对材料的硬度产生影响。
例如，正交晶系的金属材料由于存在较为规则的晶胞结构，其原子排列更加紧密，因此具有较高的硬度。
而体心立方和面心立方结构的金属材料由于晶胞结构的特殊性，会降低其硬度。
通过改变材料的晶体结构，可以调控金属材料的硬度。
2. 显微组织对金属材料韧性的影响韧性是另一个关键的金属材料力学性能指标，它反映了材料在受到外界冲击或加载时的抗拉伸和抗断裂能力。
显微组织可以通过晶界、孔隙和夹杂物等组成部分对金属材料的韧性产生影响。
首先，显微组织中晶界的存在对金属材料的韧性有一定影响。
晶界可以视为晶体之间的边界，其中原子的排列比较无序，容易形成位错、波动和滑移。
晶界能够吸收因外界应力而产生的位错，从而增加材料的塑性变形能力和抗断裂能力，提高材料的韧性。
因此，晶界的存在对金属材料的韧性起到了积极的作用。
此外，显微组织中的孔隙和夹杂物也会对材料的韧性产生影响。
这些缺陷在金属材料中起到了应力集中的作用，使其在受力时容易发生断裂。
控制显微组织中缺陷的分布和形态，可以降低金属材料中的孔隙和夹杂物含量，从而提高材料的韧性。
3. 显微组织对金属材料的强度影响强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
新型陶瓷晶须的制备与性能
而且它具有 白度高 、填充量大的优点， 有望在 日用塑
料等领域大量使用。因其结 晶形式为单晶， 晶体 内部
几乎无缺陷， 所以具有强度高、 高模量、 耐热与隔热性
好等优良特性 ； 另外， 由于它具有特殊的外形， 因而与 塑料复合时与基体树脂的相容性好， 以改善制品的 可 加工性能， 提高力学性能， 赋予制品表面光滑性能和 具有耐磨性 。作为一种新型晶须材料， 文石型碳酸钙
中图 分 类 号 ： Ｑ１ ４７ 文 献 标 识 码 ： Ｔ ７ ＿５ Ａ
的矿物。到 ２ 世纪 ６ 年 代， ０ ０ 已经合成出片状和棱柱
１ 前 言
晶须是具有高强度的须状尺寸 —０
状的硼酸镁 晶体 。后来中、 日合作开发出以海盐化工
收稿 日期 ： ０ — ５ １ ２ ７ ０—６ ０
通 讯联系人 ： 周斌扬 ， 。 — ｉｚｏ — ｉ— ａｇ ６ ． ｒ 男 Ｅ ｍａｌ ｈ ｕ ｂｎ ｙ ｎ ＠１３ｃ ｎ ： ｏ
维普资讯
《 陶瓷 学 报 ） ０ ７年 第 ４期 ２０
３７ １
度结构部件制造等领域 。
新 型 陶 瓷 晶须 的制备 与性 能
周曦亚 周 斌 扬
（ 南Ｒ ． 大学材料 学 院 ，１ ６ ０ 华 ｖ ． － ５０ ４ ）
摘 要
晶须作为一种增强材料 ， 由于其优 良的性能 ， 使得晶须增强复合材料 已成 为复 合材 料领域 中的一个重要分支 。本文介绍了一
些常用 晶须 ， 综述 了氧化锌 、 酸钾 、 钛 硼酸铝等 新型 陶瓷 晶须 的制 备方法 、 显微 结构以及性 能与应用。 关键词 晶须 ， 制备 ， 性能
２ 常用晶须
[讲解]氧化锌
![[讲解]氧化锌](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/c71aef836aec0975f46527d3240c844769eaa03e.webp)
ZrO2粉体合成与表征一前言ZrO2属于新型陶瓷，由于它具有十分优异的物理、化学性能，不仅在科研领域已经成为研究热点，而且在工业生产中也得到了广泛的应用，是耐火材料、高温结构材料和电子材料的重要原料。
在各种金属氧化物陶瓷材料中，ZrO2的高温热稳定性能，热性能最好，最适宜傲陶瓷涂层和高温耐火制品，以ZrO2为主要原料的锆英石基陶瓷颜料，高级釉料的重要成分；ZrO2的热导率在常见的陶瓷材料中最低，而热膨胀系数又与金属材料较为接近，成为重要的结构陶瓷材料；特殊的晶体结构，使之成为重要的电子材料；ZrO2的相变增韧等特性，成为塑性陶瓷材料的宠儿；良好的机械性能和热物理性能，使它能够成为金属基复合材料中性能优异的增强相。
目前在各种金属氧化物陶瓷中ZrO2的重要作用仅次于Al2O3由于氧化锆材料具有高硬度，高强度，高韧性，极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等等优良的物化性能，氧化锆已经在陶瓷、耐火材料、机械、电子、光学、航空航天、生物、化学等等各种领域获得广泛的应用。
二结构性质氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，添加显色剂还可显示各种其它颜色。
纯氧化锆的分子量为123.22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。
通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对氧化锆的性能没有明显的影响。
氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。
常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。
由于在单斜相向四方相转变的时候会产生较大的体积变化，冷却的时候又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。
但是添加稳定剂以后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积的突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。
氧化锆（化学式：ZrO2）是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。
一般常含有少量的二氧化铪。
化学性质不活泼，但高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂。
点缺陷对材料性能的影响
点缺陷对材料性能的影响
首先，点缺陷会影响材料的机械性能。
在晶体中存在着各种点缺陷，这些点缺
陷会导致晶体的变形和断裂。
例如，晶体中的空位和间隙原子会导致晶格的畸变，从而影响材料的强度和韧性。
此外，点缺陷还会影响材料的塑性变形能力，从而影响材料的可加工性和成形性能。
其次，点缺陷会影响材料的导电性能和热传导性能。
在晶体中存在着大量的点
缺陷，这些点缺陷会影响电子和热子的传输。
例如，空位和杂质原子会影响电子的迁移和传导，从而影响材料的导电性能。
同时，点缺陷还会影响晶体的热传导性能，导致材料的热稳定性和热导率发生变化。
此外，点缺陷还会影响材料的光学性能。
在晶体中存在着各种点缺陷，这些点
缺陷会影响光子的传播和吸收。
例如，点缺陷会导致晶体的光学吸收和散射，从而影响材料的透明性和光学性能。
同时，点缺陷还会影响材料的发光和荧光性能，导致材料的光学特性发生变化。
总的来说，点缺陷对材料的性能有着重要的影响。
它不仅会影响材料的机械性能，还会影响材料的导电性能、热传导性能和光学性能。
因此，在材料设计和制备过程中，需要充分考虑点缺陷对材料性能的影响，采取相应的措施来改善材料的性能。
希望本文对点缺陷对材料性能的影响有所启发，对相关领域的研究和应用有所帮助。
金属的织构与形变行为对力学性能的影响
金属的织构与形变行为对力学性能的影响在材料科学领域，金属的织构与形变行为对力学性能有着重要的影响。
织构是指金属晶粒的取向分布情况，而形变行为则是指金属在外力作用下的变形方式。
本文将详细探讨金属织构和形变行为对力学性能的影响，并分析其中的机制。
第一部分：金属织构对力学性能的影响金属的晶粒取向分布是由制备工艺和加工方式决定的。
不同取向的晶粒具有不同的力学性能。
首先，织构对金属的力学强度和塑性有着显著影响。
当金属晶粒沿特定取向堆垛排列时，可以形成高密度的晶界，从而增加材料的抗拉强度。
同时，这种特定的晶粒排列方式也可以使材料具有较高的塑性，能够更好地抵抗塑性形变。
其次，金属的织构对金属的断裂韧性和疲劳寿命也有重要的影响。
当晶粒取向呈现出随机分布时，晶界的能量分散，降低了晶界的应力集中程度，从而提高了材料的断裂韧性。
此外，织构对金属的疲劳性能也有重要影响。
当晶粒排列呈现出一定的取向时，可以有效抑制疲劳裂纹的扩展，从而提高材料的疲劳寿命。
第二部分：金属形变行为对力学性能的影响金属的形变行为是指金属在外力作用下发生的塑性变形。
形变方式取决于加载方式、应力状态和金属的织构。
金属的形变行为对力学性能有着重要的影响。
首先，金属的变形方式会影响其塑性和强度。
例如，在拉伸过程中，金属晶粒沿拉伸方向发生拉伸，会导致材料的抗拉强度增加。
而在压缩过程中，晶粒沿压缩方向发生滑移，使材料具有较好的塑性。
因此，不同的变形方式能够调控金属的力学性能。
其次，金属的变形行为还会影响金属的疲劳性能。
在循环加载下，金属会累积损伤，疲劳裂纹逐渐扩展，导致断裂。
而金属的织构和形变行为会影响疲劳裂纹的扩展速率和路径，从而影响材料的疲劳寿命。
第三部分：金属织构与形变行为影响力学性能的机制金属织构和形变行为对力学性能的影响机制是多方面的。
一方面，织构可以改变晶粒界面的能量，调控晶界迁移和滑动，影响材料的塑性和强度。
另一方面，织构会改变晶粒取向的分布，从而影响晶界的断裂行为和疲劳裂纹扩展。
陶瓷材料的应变率敏感性及其对力学性能的影响
陶瓷材料的应变率敏感性及其对力学性能的影响引言：陶瓷材料作为一种重要的结构材料，在工业和科学领域中扮演着重要的角色。
然而，陶瓷材料的脆性和易碎性限制了其在某些领域的应用。
为了改善陶瓷材料的力学性能，研究人员一直致力于寻找陶瓷材料的增韧机制。
其中，应变率敏感性是一个重要的研究方向，本文将探讨陶瓷材料的应变率敏感性及其对力学性能的影响。
一、应变率敏感性的定义和影响因素应变率敏感性是指材料的应变率对其力学性能的影响程度。
陶瓷材料的应变率敏感性主要受以下几个因素影响。
1. 晶体结构：陶瓷材料的晶体结构决定了其原子的排列方式和结构稳定性。
不同的晶体结构对应变率敏感性有不同的影响。
例如，具有面心立方结构的陶瓷材料通常具有较高的应变率敏感性，而具有体心立方结构的材料则相对较低。
2. 晶界和缺陷：晶界和缺陷对陶瓷材料的力学性能和应变率敏感性起着至关重要的作用。
晶界可以限制位错的运动，从而影响材料的塑性变形能力。
而缺陷如孔洞、裂纹等则会导致应力集中，增加材料的脆性。
3. 温度和应变速率：温度和应变速率也是影响陶瓷材料应变率敏感性的重要因素。
通常情况下，高温和高应变速率会使陶瓷材料的应变率敏感性增加，而低温和低应变速率则相对较低。
二、应变率敏感性对力学性能的影响应变率敏感性对陶瓷材料的力学性能有着重要的影响。
下面将从强度、韧性和断裂行为三个方面进行讨论。
1. 强度：应变率敏感性的增加通常会导致陶瓷材料的强度增加。
这是因为在高应变率下，材料的位错运动受到限制，使得材料更难发生塑性变形，从而增加了其抗拉强度和抗压强度。
2. 韧性：与强度相反，应变率敏感性的增加往往会降低陶瓷材料的韧性。
这是由于高应变率下，材料更容易发生脆性断裂，而难以发生塑性变形。
因此，虽然材料的强度增加，但其韧性却相对较低。
3. 断裂行为：应变率敏感性的变化也会影响陶瓷材料的断裂行为。
在低应变率下，材料通常会发生韧性断裂，即发生大范围的塑性变形和能量吸收。
氮化硅陶瓷增韧调研报告
氮化硅陶瓷增韧调研报告1、前言氮化硅陶瓷是典型的高温高强结构陶瓷，具有良好的室温及高温机械性能，强度高，耐磨蚀，抗热震能力强，抗化学腐蚀，低导热系数，密度相对较小，是结构陶瓷中研究最为广泛深入的材料，亦是陶瓷发动机及其它高温结构件、切削工具、耐磨件等的主要候选材料，近几年来仍是人们争相研究的热点材料之一。
但是，已有的研究对氮化硅陶瓷的脆性缺陷仍未获得彻底改善，从而大大限制了它的实际应用。
如何提高氮化硅韧性仍是人们研究的焦点。
目前从事氮化硅陶瓷研究的学者为了提高其韧性，主要从两大方面着手进行韧性改善。
一是通过进行“显微结构设计”来提高氮化硅陶瓷的韧性。
即降低气孔的含量，控制杂质的含量，提高氮化硅陶瓷的密度、纯度；对氮硅陶瓷的晶型、晶粒尺寸、发育完整程度进行控制；对晶界的大小、材质进行调控；对玻璃相的数量、性质、分布状态等进行控制，以求在烧结后获得最佳韧性的显微组织，从而提高氮化硅陶瓷的韧性【1】。
二是在上述基础上开展的“晶界工程”研究。
氮化硅陶瓷常以多晶陶瓷的形式出现，而对多晶材料而言，当晶体较小为微米或纳米级时，晶界状态是决定其电性能、热性能和力学性能等的一个极其重要的因素。
对于氮化硅陶瓷来说，晶界强度，尤其是晶界高温强度是决定其能否作为高温工程材料运用的关键。
氮化硅是强共价键化合物，其自扩散系数很小，致密化所必须的体积扩散及晶界扩散速度很小，同时它的晶界能V gb与粉末表面能V sv的比值(V gb/ V sv) 比离子化合物和金属要大得多，使得烧结驱动力Δv 较小，决定了纯氮化硅无法靠常规的固相烧结达到致密化，必须加入少量氧化物烧结助剂，在高温烧结过程中它们与氮化硅表面SiO2反应形成液相，通过液相烧结成致密体，冷却后该液相呈玻璃态存在于晶界。
而此玻璃相的性能在很大程度上决定了氮化硅陶瓷材料的性能。
为了提高氮化硅陶瓷的高温性能，人们对玻璃晶界结晶化进行了大量的研究工作，称之为“晶界工程”【2】。
TiB2-TiN复合陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能研究
（ ｏ ｕ ｒ ｃｉ ｎ ． Ｍ ｉｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｆｔ ｅｃ ｍｐ ｓｔｓｗｅ ｅｉ ｖ ｓｉａ ｅ ｙ ＸＲＤ ，Ｓ ｖ ｌｍｅ ｆａ ｔ ） ｏ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ ｓｏ ｈ ｏ ｏ ｉｅ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ｂ ＥＭ ｎ ａ ｄＥＤＡ Ｘ ａ ｎ ｌｓｓ Ｉ ｓ ｏ ｈ ｔａｎ ｗ ｒ ｓａｌ ｅｐ ａ ｅｏ ｏ ｐ ｅ ｒ ｆｅ ｉ ｔｒｎ ． Ａｎ ｈ ｒ ｃｕ ｅｐ ｔ ａｙ ｉ． ｔ ｈ ｗｓｔ ａ ｅ ｃ ｙ ｔ ｌ ｎ ｈ ｓ ｆＭ Ｎｉａ ｐ ａ ｓａｔ ｒｓｎ ｅ ｉｇ ｉ ｄ ｔ ｅｆａ ｔ ｒ ａ—
ｃ ｎｅ ｔ．Ｂ ｔ ｃ ｅ’ ａｄ ｅｓｏ ｅｃｍｐ ｓｔｓｄ ｔｒ ｒｔｓｗｈ ｎｔ ｅｃ ｎｅ ｔ ｆ Ｎ ｒａ ｈ ｓ ０ ｏ ｔｎ ｓ ｕ ｋ ｒ Ｓ ｒ ｎ ｓ ｆ ｈ ｏ ｏ ｉ ｅｅｉ ａｅ ｅ ｈ ｏ ｔｎ ｅｃ ｅ ％ Ｖｉ ｈ ｔ ｅ ｏ ｏ Ｔｉ ４
陶瓷材料的显微结构
相同蠕变条件下：1300℃，250MPa，100h YL-a(晶界宽度1nm)； YL-b(晶界宽度2.5nm) YL-b的蠕变量为YL-a的2.4倍
(3)重烧结Si3N4
反应烧结+更高温度烧结
低温氮化后，经1atmN2 压 力，1850℃，2h，室温抗 折强度550MPa
Si3N4烧结温度高，接近其挥发分解温度(1890℃)； 常压下，提高烧成温度增加致密度比较困难； 发展了一种新工艺———气氛加压烧结工艺； 提高了烧成温度，抑制了烧成过程中的挥发与分解，制备出性能 优良的陶瓷材料
温度↑，陶瓷的强度↓ 高温破坏：广泛分布的显微结构 损伤的积累过程；
室温破坏：已经存在的裂纹的突 然破坏所致。
高温下损伤的形成与材料承受蠕变或蠕 变破坏的能力有关。 与高温强度有关的重要因素— 晶界相
I. 烧结助剂如ＭgO等与Ｓi3N4中的SiO2 杂质 反应形成硅酸盐液相； II. 冷却过程中，这些促进烧结致密的液相形 成玻璃相驻留在晶界上，形成一层薄的非 晶态层(约1nm)； III.材料在高温下(高于晶界玻璃相的转变温 度)受力时，由于蠕变裂纹的生长而破坏； IV.晶界玻璃相成为物质的快速传递区，导致 蠕变孔穴的迅速形成； V. 网状裂纹扩展并最终相互连接，导致材料 完全破坏。
他形晶：较迟结晶的晶体，在受抑制情况下生长发育，形成晶 形很不完整的晶体。
97瓷中刚玉半自形晶结构 莫来石陶瓷中莫来石 1、自形晶；2、半自形晶；3、他形晶 日用陶瓷中石英晶体受到熔 陶瓷自形晶的结构 蚀后呈他形晶结构
多晶体的晶形
§4.1 陶瓷显微结构类型
瓷 坯 中 晶 质 和 非 晶 质 的 含 量 全晶质 主 晶 相 的 晶 粒 尺 度
低温氮化后，经15atmN2 压 力，1950℃，2h，室温强度 750MPa，硬度HRA91~92