内衬复合陶瓷管道在大型火力发电厂脱硫系统中的应用

本文从大型火力发电厂脱硫系统浆液管道存在的问题入手,分析浆液管道损坏的原因及产生的危害,通过内衬复合陶瓷管道在脱硫系统中的应用及取得的效果分析,说明内衬复合陶瓷管道能大大提高脱硫系统的可靠性,具有一定的推广价值,同时为新建脱硫工程积累了经验。

ZrO_(2)(AlN)/h-BN复合陶瓷性能研究及超重力凝固坩埚研制

凝固是制备材料很基本的成型技术之一,但超重力凝固时,高转速产生的离心力克服合金熔体在坩埚孔隙处产生的表面张力,极易在超重力凝固过程中发生熔体渗漏或坩埚破碎,导致实验失败。本工作采用热压烧结工艺制备ZrO_(2)/h-BN和AlN/h-BN复合陶瓷,测试其物理和力学性能,择优选材加工成坩埚。结果表明,AlN/h-BN的热导率优于ZrO_(2)/h-BN,其高温压缩强度明显高于ZrO_(2)/h-BN。基于超重力凝固时坩埚损伤的力学分析,选用低密度、高热导率、高压缩强度的AlN/h-BN制备坩埚,通过50炉超重力凝固实验,验证其性能满足超重力凝固的需要。

航空发动机陶瓷基复合材料无损表征技术研究进展

随着陶瓷基复合材料在先进航空发动机热端部件中的推广应用,对其在工艺研发、制备加工、试验考核以及使用服役等阶段形成的缺陷/损伤进行高效准确的无损表征尤为重要。由于陶瓷基复合材料复杂的制备成型工艺及多相复合引起的高度非均质和各向异性,导致传统基于整体均质化假设的无损检测技术面临诸多挑战。本文结合陶瓷基复合材料在航空发动机领域的应用情况,分析了其在制备、加工及服役等阶段的典型缺陷/损伤类型及特征,重点回顾了近年来陶瓷基复合材料无损表征技术的研究进展及应用情况,总结了现有无损表征技术面临的主要挑战,并对未来的发展趋势进行了展望。

聚合物基陶瓷化复合材料的研究进展

聚合物基陶瓷化复合材料具有有机高分子材料和无机陶瓷的优异性能,可在高温下变成多孔结构和冲击陶瓷层,陶瓷层可阻碍热量传递,隔离可燃物与氧气的接触,因此具有很好的阻燃和耐火作用,是一种新型耐火和耐高温材料。介绍了聚合物基陶瓷化复合材料的组成及其陶瓷化机理,综述了聚合物基陶瓷化复合材料的分类,包括橡胶类陶瓷化复合材料、乙烯聚合物基陶瓷化复合材料、环氧树脂基陶瓷化复合材料、酚醛树脂基陶瓷化复合材料等。未来的研究重点主要集中在提高陶瓷填料与树脂基体的相容性、制备高效阻燃剂和高效陶瓷化体系的设计上。

利用FBG传感器测试高温合金和陶瓷基复合材料的应变

利用光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器测量了高温合金和陶瓷基复合材料的应变特性,并与电阻应变片的测量结果进行了对比分析.将FBG应变传感器与电阻应变片分别粘贴在高温合金和陶瓷基复合材料试件的正、反面上,利用力学试验机对2种试件施加载荷,分别利用FBG解调仪和应变测试仪对FBG应变传感器和电阻应变片的信号进行实时解调.研究得出:FBG应变传感器与电阻应变片在一定的应变范围内,测量结果符合较好.因此,FBG应变传感器可代替电阻应变片,实现对材料的应变测量.

赛峰集团陶瓷基复合材料国内专利分析与PPH专利技术介绍

本文介绍了陶瓷基复合材料的特点、发展现状以及PPH专利的特点,分析了全球技术领先生产商赛峰集团的相关中国专利申请概况和所有PPH专利申请技术,以期为国内创新主体提供技术研发和专利预警信息。

CAD/CAM全瓷高嵌体与树脂复合陶瓷高嵌体修复对后牙牙体缺损的研究进展

计算机辅助设计与制作(CAD/CAM)系统,因其具有高效率、高精确性等优点,逐渐在后牙牙体缺损修复中得到广泛的应用。通过研究CAD/CAM全瓷高嵌体、树脂复合陶瓷高嵌体在后牙牙体缺损修复中的应用,对两种方法的材料、后牙牙体治疗相关临床应用、应用期间注意要点及应用效果差异进行比较,以期为后牙牙体缺损的治疗提供临床选择依据。本文通过对研究国内外CAD/CAM全瓷高嵌体与树脂复合陶瓷高嵌体修复对后牙牙体缺损的治疗新进展进行归纳与分析。CAD/CAM技术临床应用普及有利于提升医院在口腔医学领域的核心竞争能力,且高质量的牙体修复有益于提升民众的口腔健康,亦可节约社会医疗资源。

Hf-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备工艺及其研究发展现状和应用发展趋势

铪硅(Hf-Si)金属间化合物具有较高的力学性能,优异的耐磨性和抗氧化性。Hf-Si金属间化合物主要有Hf_(2)Si, Hf_3Si_(2),Hf_(5)Si_(4),HfSi和HfSi_(2)。陶瓷具有较高的力学性能,优异的耐磨性和抗氧化性。Hf-Si金属间化合物可与陶瓷结合制备Hf-Si金属间化合物/陶瓷复合材料。笔者阐述了Hf-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的制备工艺、物相组成、显微组织、力学性能、耐磨性和抗氧化性,还阐述了Hf-Si金属间化合物/陶瓷复合材料的研究发展现状和发展趋势,并对其未来的研究发展趋势进行了分析和展望。

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

陶瓷基复合材料编织结构参数对气膜冷却效果影响研究

针对陶瓷基复合材料(CMC材料)在航空发动机高温部件中应用时的冷却需求,考虑到CMC材料内部非均质非均匀结构和热物性特征与均质金属材料的巨大差异,探究了CMC材料编织结构几何参数对气膜综合冷却效果的影响,研究中以三维五向编织CMC材料为例,建立了反映材料内部细观编织结构的平板气膜全尺寸计算模型,从细观纱线尺度引入各组分热物性参数,计算分析了不同编织角度和纤维束截面尺寸等几何特征参数对气膜综合冷效的影响规律。研究结果表明,纤维束由于导热系数相对较高成为平板内部的主要热量传输通道,编织角发生变化时纤维束方向也随之改变,进而影响材料内部热量传输通道及整体各向异性等效导热系数。本文计算工况下,在气膜孔下游0~10D (D为气膜孔直径)区域,编织角度为40°时气膜综合冷效相对较高;在远离气膜孔区域,气膜板的冷却效果随着编织角度的增大而减弱。纤维束截面尺寸的改变对气膜综合冷效的影响较小,但是随着纤维束截面尺寸的增加,平板内部温度更加均匀。

快速热压烧结制备高性能B_(4)C-LaB_(6)复合陶瓷

为了解决碳化硼(B_(4)C)难以烧结致密化和韧性差的问题,以B_(4)C和氧化镧(La_(2)O_(3))为原料,在2000℃和30 MPa下快速热压烧结制备B_(4)C-LaB_(6)复合陶瓷,研究La_(2)O_(3)含量对B_(4)C-LaB_(6)复合陶瓷微观结构和力学性能的影响,分析LaB_(6)的增韧机制。结果表明:w(La_(2)O_(3))=3%的B_(4)C-LaB_(6)复合陶瓷综合力学性能较好,其相对密度、维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为99.51%、36.56 GPa、547.43 MPa和4.18 MPa·m^(1/2)。LaB_(6)可细化B_(4)C-LaB_(6)复合陶瓷晶粒,同时提高其相对密度和断裂韧性。LaB_(6)的增韧机制与裂纹偏转和晶粒裂解有关。

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

He-Hutchinson模型在连续陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料研究中的应用

基于裂纹扩展的能量释放率准则,He-Hutchinson(H-H)模型可以预判连续陶瓷纤维增韧陶瓷基复合材料(CMCs)的基体裂纹在界面处的传播路径,对CMCs的增韧设计有着重要的指导价值,但目前尚未见H-H模型在CMCs研究领域的系统性综述文献。本文首先介绍了H-H模型的力学基础以及应用于CMCs中的必要简化过程,得出基于材料组元断裂能和弹性失配系数的裂纹偏转判据。基于目前形成的材料微观力学参数测量方法,结合CMCs脆性、微观结构复杂的特点,系统总结归纳了适用于CMCs的原位弹性模量、材料断裂能以及界面脱粘能的测量方法及优缺点。基于原位微观力学参数,重点综述与讨论了H-H模型在多孔基体CMCs和含界面相CMCs中的应用进展,最后指出了H-H模型目前存在的主要问题,并对其后续发展提出了建议。

TiB_(2)相含量对SiC-B_(4)C-TiB_(2)三相复合陶瓷微观结构演变和力学性能影响研究

以SiC、B_(4)C、TiO_(2)和C为原料,通过无压固相烧结原位制备SiC-B_(4)C-TiB_(2)三相复合陶瓷,并系统研究了不同TiB_(2)相含量对复合陶瓷微观结构演变和力学性能的影响。结果表明,TiO_(2)可在烧结过程中完全转化为TiB_(2)相,TiB_(2)含量的增加会促进SiC-B_(4)C复合陶瓷的烧结致密化,当TiB_(2)含量为12 vol.%时,复合陶瓷的最大相对密度达到97.82%,体积密度和表观孔隙率分别为3.12 g·cm^(-3)和2.6%。复合陶瓷的力学性能随着密度的增加而提高,抗弯强度、维氏硬度和断裂韧性最高分别达到(491±24)MPa、(30.1±0.8)GPa和(5.17±0.23)MPa·m^(1/2)。SiC-B_(4)C-TiB_(2)三相复合陶瓷增韧机制以残余热应力增韧为主,裂纹偏转和弥散颗粒相的钉扎等机制协同增韧。

织构化多孔Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合陶瓷片-球混合浆料特性及光强分布仿真

陶瓷光固化技术在制备Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合陶瓷方面具有广阔前景,织构化的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合陶瓷在陶瓷光固化增材制备方面亟待研究。本工作研究了添加片状氧化铝、等轴氧化铝、球形二氧化硅的片-球混合陶瓷光固化浆料的特性。针对不同固相配比,研究了浆料的黏度、沉降性、固化特性和固化精度,并针对所研究的片-球混合浆料开发了一种紫外光强分布模拟算法,对浆料在曝光中的光强分布进行了理论模拟分析,最终成功制备了具有片状氧化铝定向特征的织构化多孔Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合陶瓷。研究结果表明,片状氧化铝与球状粉体组合可以使浆料在高固相含量(总固相体积分数40%~45%,片状氧化铝体积分数占50%~60%)下保持低黏度和剪切稀释性。在相同总固相含量下,增大片状氧化铝或球形二氧化硅的含量能够减小浆料的黏度,从而提高浆料的沉降率。片状氧化铝相比于等轴氧化铝可以减少浆料对紫外光的阻挡和散射作用。在相同曝光能量条件下,降低等轴氧化铝、增加球形二氧化硅的含量可以增加的浆料固化厚度;而增加片状氧化铝和球形二氧化硅的含量会扩大尺寸误差。理论模拟结果表明,接近水平分布的片状氧化铝对光的阻挡和偏转作用弱,接近垂直分布的片状氧化铝对紫外光具有引导作用。模型上边界紫外光强平均值的变化与固化厚度测量值的变化接近,所建立的模型可以为浆料固化厚度的实验测试结果提供理论支持。

基于3D打印Al_(2)O_(3)梯度点阵的陶瓷/聚脲复合结构研究

自然界中的硬/软结合多相复合结构为新型承载抗冲击结构设计提供了思路。本文设计了一种具有梯度结构的Al_(2)O_(3)陶瓷点阵,采用光固化3D打印技术实现制备,随后将聚脲浸渗入Al_(2)O_(3)梯度点阵获得陶瓷/聚脲复合结构,最后对Al_(2)O_(3)梯度点阵与陶瓷/聚脲复合结构的力学性能进行了测试与表征。研究发现,FGC-0和FGC-30两种Al_(2)O_(3)陶瓷点阵的抗压强度和能量吸收分别为11.03 MPa、6.7 MPa和0.075 MJ/m^(3)、0.033 8 MJ/m^(3)。与此同时,FGCS-0和FGCS-30两种梯度复合结构的抗压强度和能量吸收分别达到12.123 MPa、17.479 MPa和0.360 68 MJ/m^(3)、0.536 43 MJ/m^(3)。梯度复合结构相较于对应的Al_(2)O_(3)陶瓷点阵,其抗压强度和能量吸收分别提升了160.9%和1 487.1%。研究表明基于光固化3D打印梯度点阵的陶瓷/聚脲复合结构具有更加优异的力学性能,有望在新型承载抗冲击结构中获得创新应用。

陶瓷基复合材料涡轮动叶榫头元件静强度实验及缺陷影响

陶瓷基复合材料(ceramic matrix composites,CMC)涡轮动叶榫头是动叶装配与承受离心载荷的关键。为了研究熔渗工艺制备CMC榫头在叶片旋转径向拉伸载荷下的力学行为,验证榫头内部质量对其静拉伸强度与破坏模式的影响,设计并制备燕尾形CMC高压涡轮动叶榫头元件试件,对其进行单轴静态拉伸实验,采用X射线CT无损检测对实验前试件内部质量进行扫描,采用DIC与声发射方法对实验过程进行监测。结果表明:燕尾形CMC榫头在单轴静态拉伸下保持完好接触,其静态拉伸强度与破坏模式对其内部质量(尤其是分层缺陷)非常敏感。试件不含分层缺陷时,损伤起始于榫头颈部,并迅速扩展,损伤起始载荷与最大破坏载荷接近,断口呈横向锯齿状;试件内部含分层缺陷时,损伤起始于缺陷,分层逐渐扩展并导致试件断裂,损伤起始载荷下降99.05%,最大破坏载荷下降14.29%,断口位置与分层缺陷一致。

飞行器陶瓷基复合材料轻量化结构设计研究进展

高马赫数飞行带来的极端服役环境对新一代高速飞行器的材料、结构设计提出了更加严苛的要求,本文从“选、用、评”三方面对陶瓷基复合材料在飞行器结构设计中的应用进行综述,进而提出未来发展方向,为飞行器陶瓷基复合材料结构设计提供参考。全面综述了陶瓷基复合材料在不同应用场景下的选取准则及相应制备方法,系统介绍了陶瓷基复合材料在飞行器结构中的典型应用,分析了近服役工况下材料的评价准则及地面实验方法。为满足未来飞行器需求,提出需要结合计算机辅助优化技术和创新制备方法,提高陶瓷基复合材料的耐温和抗疲劳性能;发展高可靠、长寿命的连接技术和一体成型设计方案,充分发挥材料优势;开发多物理场耦合作用下的原位表征技术,以获得陶瓷基复合材料在实际使用中的性能演化行为,为飞行器轻量化结构设计提供可靠依据。

定向凝固结构功能一体化氧化铝基共晶复合陶瓷研究进展

航空航天、电子信息、生物医学等高新技术的飞速发展对先进陶瓷材料的性能提出了更高的要求。具有单一特性的结构或功能材料已无法满足当前的需求,因此发展结构功能一体化高性能复合陶瓷已成为世界各国竞相竞争的目标。定向凝固氧化物共晶复合陶瓷是近年来发展的一类用于超高温氧化环境中长期服役的结构功能一体化复合材料。该类材料具有高熔点,低密度,优异的高温强度、高温蠕变性能等特性,同时兼具光学、电磁学、生物学等功能特性。本文综述了以Al_(2)O_(3)基材料体系为代表的定向凝固结构功能一体化共晶陶瓷的发展现状,总结出定向凝固共晶陶瓷的制备方法、技术原理和生长特点。重点阐述系列Al_(2)O_(3)基共晶陶瓷的凝固微观组织与结构特征,分析复合陶瓷的力学、光学、磁学和生物特性等性能及影响因素,并介绍其特点优势和应用范围。最后,总结定向凝固结构功能一体化共晶复合陶瓷在工程应用方面所面临的挑战和关键瓶颈,提出了共晶复合陶瓷材料在成形技术创新、综合性能提升、新体系开发等方面发展的主要方向。

碳化硅复合陶瓷密封材料的烧结性能、显微结构与力学性能

以纳米TiN、SiC晶须为增强相,采用液相烧结法制备了碳化硅复合陶瓷密封材料,研究了不同烧结温度(1800,1850,1900,1950℃),不同增强相添加质量分数(0,2.5%,5.0%,10.0%,纳米TiN与SiC晶须质量比为1∶1)下复合陶瓷的烧结性能、显微组织和力学性能。结果表明:随烧结温度升高,陶瓷硬度和抗弯强度均先增大后减小,断裂韧度先减小后增大,当烧结温度为1900℃时,碳化硅复合陶瓷烧结完全,相对密度较高,晶粒平均尺寸较小;在1900℃下烧结,与未添加增强相相比,添加增强相碳化硅复合陶瓷的晶粒尺寸减小,晶粒结构排列紧密;随着增强相添加量增加,陶瓷硬度下降,抗弯强度先增大后减小,断裂韧度明显增大;当烧结温度为1900℃,增强相质量分数为5.0%时,碳化硅复合陶瓷具有最佳综合性能,相对密度为94.68%,抗弯强度为429.51 MPa,硬度为17.14 GPa,断裂韧度为4.32 MPa·m^(1/2)。