云母玻璃可加工陶瓷技术的发展现状及应用

陶瓷材料基于其优异的性能得到了广泛的应用,但其本身的脆性导致难以加工,大大限制了它的使用范围。可加工陶瓷又称为微晶玻璃陶瓷和云母陶瓷,可加工陶瓷不仅能用于传统工具加工,并且几乎与氧化铝及其他陶瓷一样坚硬。可加工性加上其高强度细晶粒结构,让这些材料成为精密加工应用的理想选择。本文简介了几种常见的可加工陶瓷材料,着重介绍了云母玻璃可加工陶瓷的发展现状,包括不同制备方法的优缺点,为提高性能所用到的增韧方法以及应用领域。

CePO_4/Ce-ZrO_2可加工陶瓷加工机理的研究

以Ce -ZrO2 为基体 ,通过复合不同加入量的第二相CePO4 颗粒 ,并借助扫描电子显微镜对材料压痕、磨削及切削表面进行分析 ,研究了CePO4 /Ce-ZrO2 陶瓷材料的可加工机理。单相CePO4 材料的弯曲断口显示出层片状断裂机制 ;而复相CePO4 /Ce -ZrO2 陶瓷由于两相之间弱结合界面的存在 ,压痕裂纹扩展形式发生明显变化 ,由连续扩展机制过渡为不连续扩展。基于上述两种重要机制形成的大量微裂纹是赋予材料可加工性的主要原因 ,材料加工去除是以微裂纹的连接来实现的。同时 ,大量微裂纹起到耗散主裂纹扩展能量的作用 ,有效阻止了较大裂纹的形成 ,使材料加工损伤大大降低。最后 ,给出了CePO4 /Ce -ZrO2

表面处理对可加工陶瓷真空沿面闪络特性的影响

长期以来真空沿面闪络现象严重制约着电真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展,而绝缘材料的表面状况对其沿面耐电特性有极大影响。本文针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,通过使用不同的砂纸对可加工陶瓷试品的表面进行打磨处理,使用超深度表面形态测定激光显微镜测定不同处理方式下试品表面形貌的变化,并对不同处理情况下的试品的真空沿面闪络特性进行测定。结果发现:使用砂纸打磨的方法能够有效改变试品的表面粗糙度,粗糙度变化规律明显,而随着试品表面粗糙度的增大,试品的真空沿面闪络电压提高。

纳秒脉冲下圆台形可加工陶瓷真空沿面耐电特性测试与仿真分析

真空中绝缘子表面的沿面闪络现象极大地限制了电真空设备的发展进程。为此,将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中经常采用圆台形绝缘结构,将其加工成不同角度的圆台形绝缘子,在ns脉冲电压下对试品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了锥角对阴极三结合点处电场、表面电荷分布和初始电子运动轨迹的影响。结果发现:正锥角的闪络电压明显高于负锥角,而45°绝缘子的闪络电压最高。分析认为,锥角对绝缘子阴极三结合点处的电场和表面电荷分布影响很大,正锥角时阴极三结合点处的电场和表面电荷密度较小,而负锥角时两者较大,同时负锥角时电子的自由程变短,减小了电子与绝缘子碰撞时的能量。

放电等离子(SPS)快速烧结可加工陶瓷Ti_3AlC_2

利用放电等离子烧结技术研究了SHS的Ti3AlC2粉体的烧结过程.烧结温度1 450℃,压力20 MPa,真空烧结,保温5 min,可获得相对密度达98.4%的致密烧结体,HV可达3.8 GPa;烧结温度为1 500℃,则可获得完全致密的烧结体,HV可达4.2 GPa;烧结体的维氏硬度随烧结温度(1300℃～1500℃)的升高而增大;SEM分析表明,SPS技术烧结制备的Ti3AlC2陶瓷,片层大小随烧结温度的升高而增大.

一种新型可加工陶瓷材料:Ce-ZrO_2/CePO_4

对可加工CeZrO2 /CePO4陶瓷材料的设计制备和性能进行了研究。结果表明 :在载荷作用下弱界面处易形成微裂纹 ,并发生裂纹联接 ,使材料在加工过程中以晶粒去除形式为主 ,实现了该材料的金属刀具加工 ,且加工损伤变小。弱界面处微裂纹的形成、偏转和桥联等形式 ,耗散了主裂纹扩展的能量 ,增加了材料的断裂功 ,可在一定程度上改善材料的强度等力学性能。随着CePO4加入量的增加 ,弱界面增多 ,CeZrO2 /CePO4陶瓷材料的可加工性变好但力学性能却变差。烧成温度等工艺因素对CeZrO2 /2 5 %CePO4(质量分数 )陶瓷的强度等力学性能影响较大 ,在 15 5 0℃下加热 2h ,颗粒尺寸与发生裂纹桥联等形式相适应 。

可加工陶瓷材料ZrO_2/CePO_4钻削刀具的磨损

通过ZrO2/CePO4陶瓷的钻削实验,研究刀具磨损特性,分析各因素对刀具磨损的影响.分别应用硬质合金和高速钢钻头对制备的可加工陶瓷ZrO2/CePO4进行钻削加工.通过主后刀面的磨损测试和电镜观察,考察ZrO2/CePO4钻削中的刀具磨损形态、过程以及刀具材料、刀具角度、冷却条件对刀具磨损的影响.结果表明,高速钢刀具因磨损严重,不适于ZrO2/CePO4陶瓷的钻削.可加工陶瓷ZrO2/CePO4钻削过程中,硬质合金钻头的磨损主要包括3种形态:主后刀面磨损、第一副后刀面磨损和横刃磨损.与低碳钢比较,钻削ZrO2/CePO4陶瓷时硬质合金刀具的磨损速度增长较快,冷却条件对刀具磨损的影响显著.刀具材料和冷却条件是影响ZrO2/CePO4陶瓷钻削刀具磨损的主要因素.

可加工陶瓷研究进展

介绍了国内外可加工玻璃陶瓷、石墨系复相陶瓷、h-BN系纳米复相陶瓷、可加工层状复相陶瓷、可加工多孔陶瓷、稀土磷酸盐系复相陶瓷和Mn+1AXn化合物等7种可加工陶瓷的制备机理的研究现状,并对该领域今后的发展方向进行了进一步探讨。

可加工陶瓷Ti_3SiC_2的合成和性能

可加工的Ti3 SiC2 陶瓷属于六方晶体结构 ,空间群为P6 3 /mmc。它有许多独特的优良性能 ,如很好的导电、导热能力 ,高温延展性、抗热震 ,高强度 ,抗氧化 ,耐腐蚀 ,超低摩擦性 ,良好的自润滑性等。制备该化合物的方法主要有CVD ,SHS ,HP/HIP等方法。作者以元素粉为原料 ,用等离子放电烧结 (SPS)方法成功地制备了高纯的Ti3 SiC2 陶瓷。

ZrO_2/CePO_4可加工陶瓷材料钻削加工的试验研究

分别用高速钢刀具和硬质合金刀具对ZrO_2/CePO_4可加工陶瓷材料进行钻削加工试验。通过比较ZrO_2/Ce-PO_4陶瓷和低碳钢材料的加工过程,分析了ZrO_2/CePO_4陶瓷的加工特性、材料钻削规律及其影响因素。实验结果表明:刀具的磨损是ZrO_2/CePO_4钻削加工的主要特征之一。钻削ZrO_2/CePO_4陶瓷材料的去除过程可分为高效率和高磨损2个阶段,刀具材料影响ZrO_2/CepO_4可加工陶瓷材料的加工效率。可加工陶瓷的加工过程中,应选择合理的刀具参数和加工工艺参数,以获得良好的加工质量。

CePO_4/Ce-ZrO_2可加工陶瓷性能与断裂机制研究

以Ce ZrO2为基体,通过复合不同加入量的第二相CePO4颗粒,研究了陶瓷材料力学性能的变化,并借助加载能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)对材料弯曲断口及压痕裂纹扩展方式进行分析。当CePO4加入量为25%时,虽然材料力学性能有一定下降,但已经能用WC刀具进行加工。材料的弯曲断口显示,CePO4在两相体系中的断裂呈层片状形式;加入CePO4后,由于两相之间弱结合界面的存在,压痕裂纹扩展形式发生明显变化,由连续扩展机制过渡为不连续扩展。由这两种机制形成的材料断裂过程是阶段性的,在实际中可以用作材料最终破坏前的预报。

不同掺杂对可加工陶瓷二次电子发射及沿面闪络特性的影响

固体绝缘材料的表面特性极大地影响着其真空沿面闪络特性,长期以来这一现象极大地制约着真空绝缘系统的整体性能,限制了高压电真空设备的发展进程。本文针对一种具有良好加工性能及表面耐电特性的低熔点可加工微晶玻璃陶瓷引入真空绝缘的背景,在不明显降低可加工性能的前提下,通过在可加工陶瓷原材料内掺杂不同的低二次电子发射系数金属氧化物Cu2O以及Cr2O3,研究掺杂之后材料的二次电子发射系数的变化,对不同掺杂工艺下试品的沿面闪络电压进行研究。结果发现:掺杂低二次电子发射系数金属氧化物能够相应降低可加工陶瓷材料的二次电子发射系数,通过研究不同加工工艺条件下材料的闪络电压,发现试样的闪络电压随其二次电子发射系数的降低而提高。

可加工陶瓷材料机械加工技术的研究进展

随着可加工陶瓷材料的研发与应用,可加工陶瓷材料的机械加工技术逐渐成为当今的研究热点之一。本文综述了可加工陶瓷在机械加工过程中的材料去除特性、刀具磨损、加工工艺及可加工性评价,内容涉及加工表面质量、去除机理、加工损伤、材料去除率、刀具参数、切削参数、表面粗糙度、冷却和可加工性综合评价,并提出了今后的研究发展方向和趋势。

用数据包络分析法评价可加工陶瓷材料的可加工性

为了客观评价陶瓷材料的可加工性,建立了可加工陶瓷材料可加工性评价的数据包络分析模型.选取被评价的可加工陶瓷材料为决策单元,将材料的性能参数经过数据处理后作为决策单元的输入指标,将材料的加工过程参数经过数据处理后作为决策单元的输出指标,分别生成决策单元的输入指标数据序列和输出指标数据序列,并构造数学规划模型,根据优化理论求出可加工陶瓷材料决策单元的最优解,通过比较最优解评价材料的可加工性.以5种复合陶瓷Ce-ZrO2/CePO4作为评价实例,综合考虑可加工陶瓷材料性能参数和加工过程参数之间的关系,获得材料的可加工性排序.评价结果表明,数据包络分析法能够客观评价可加工陶瓷材料的可加工性.

表面离子交换对可加工陶瓷真空沿面耐电特性的影响

真空中沿固体绝缘材料表面的闪络电压通常远低于绝缘材料自身及相同长度真空间隙的击穿电压,长期以来这一现象极大地限制了高压电真空设备的发展进程。鉴于此,将一种具有优良的可加工性能及表面耐电特性的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,进而通过离子交换的方式改变可加工陶瓷的表面元素分布,以降低其表面的二次电子发射系数。并采用Cu+置换可加工陶瓷表面的Na+,考察了经不同离子交换时间后试品的表面形貌、介电特性及沿面耐电特性。结果发现:Cu+离子交换Na+能够提高可加工陶瓷的沿面闪络电压,随离子交换时间延长试品的沿面闪络电压有提高的趋势,并且出现闪络电压最高点,当离子交换时间过长时,闪络电压会有所降低。这为通过表面改性无机材料提高其表面耐电强度提供了一种新的方法。

多层均压结构可加工陶瓷真空沿面耐电特性的实验与仿真研究

真空中沿固体绝缘材料表面的闪络电压通常远低于绝缘材料自身及相同长度真空间隙的击穿电压,这一现象极大地限制了高压真空设备的发展。将一种具有优良可加工性能和良好耐电性能的可加工陶瓷引入真空绝缘领域,结合工程实际中的绝缘堆结构,加工制作了多层均压结构;在纳秒脉冲电压下对不同多层均压结构的样品进行了真空沿面耐电性能的测试,并分析了不同均压结构对样品沿面电场和电子运动轨迹的影响。结果表明:多层均压结构样品的耐压强度要高于圆柱形样品,且其闪络场强随着绝缘层与金属层比例的增大有增大的趋势,径向电场随该比例的增大而减小;使用圆台形绝缘子组成多层均压绝缘结构时,电子难以与样品表面发生碰撞,闪络的稳定性得到了一定程度的提高。

机加工对陶瓷性能的影响机理及可加工陶瓷材料

由于陶瓷属于脆性材料,在机加工过程中易引入微裂纹等非本征缺陷和残余应力等机加工缺陷,从而造成材料损伤。通过改善陶瓷材料的显微结构,可设计和研制出有可加工性的陶瓷材料。对玻璃陶瓷、Ti_3SiC_2、Si_3N_4、SiC及氧化物陶瓷等多种可加工陶瓷材料进行了简单介绍。

可加工陶瓷的弱界面结构与性能优化研究进展

综合介绍了国内外云母玻璃陶瓷、多孔陶瓷、复相陶瓷和M_(n+1)AX_n化合物等可加工陶瓷的研究现状。重点分析了弱界面结构对可加工陶瓷在加工过程中裂纹的产生和扩展的影响,从而解释了其加工机理。探讨了弱界面结构在基体中的大小、分布与数量对可加工陶瓷性能的影响,提出了利用弱界面的显微结构设计进行性能优化的思路。展望了可加工陶瓷的重点研究方向,包括:加工机理的深入分析、表面硬化与强化技术的研究以及可加工性能的表征与评价等。

表面粗糙处理对可加工陶瓷冲击闪络特性研究

长期以来,复合绝缘系统的耐电性能受制于其绝缘材料表面的沿面闪络,尤以真空闪络最为严重,大大限制了电真空器件的整体性能。以一种具有良好耐电性能的低熔点可加工陶瓷引入真空绝缘,通过不同砂纸打磨研究不同表面粗糙度对其闪络性能的影响。结果发现,在冲击电压作用下,随着材料表面粗糙程度的增加其闪络电压有上升的趋势,打磨方向垂直于电极连线方向的效果要优于打磨方向平行于电极连线方向。

氢氟酸腐蚀对可加工陶瓷表面耐电的影响

为了解决真空中的沿面闪络现象制约真空绝缘系统的整体性能的问题,提出将一种具有优良的可加工性能及表面耐电性能的微晶玻璃(又称可加工陶瓷)引入真空绝缘领域,研究了氢氟酸的体积分数φ(HF)不同时处理可加工陶瓷样品前后其电学特性的变化。利用X射线衍射(XRD)技术,定性分析了φ(HF)不同时处理样品后表面的玻璃相的体积分数φ(GP);采用光电结合的方法,测量了φ(HF)不同时处理样品在真空高压脉冲下的沿面闪络特性。φ(HF)不同时处理可加工陶瓷后,其表面φ(GP)和真空表面耐电性能均改变;φ(HF)越高,则样品表面的φ(GP)越低,真空耐电特性越好。通过氢氟酸处理可以腐蚀掉样品表面的玻璃相,从而改变了脱陷电子的"爬电高度",进而影响了可加工陶瓷的真空表面耐电性能。