氧化镁部分稳定氧化锆的相变与抗热震性能研究

应用TEM,XRD和TMA研究氧化镁部分稳定氧化锆(MgO PSZ)的相变、微观组织和结构、热膨胀特性。

微量掺杂对8%Mg-部分稳定氧化锆晶粒尺寸和相组成的影响

以 8 % (摩尔分数 )氧化镁部分稳定的氧化锆 ( 8%Mg -PSZ)为基料 ,向其中掺入Al2 O3,SiO2 等微量杂质 ,在 170 0℃下烧结。对烧结样品进行XRD分析 ,利用衍射峰强度半定量地计算立方相和四方相氧化锆 [(c+t) -ZrO2 ]的体积分数。使用SEM观察样品的表面形貌 ,并计算出平均晶粒尺寸。结果表明 :掺入Al2 O3有细化晶粒和降低 (c +t) -ZrO2 体积含量的作用 ,若和SiO2 按摩尔比 3∶2共同掺入 ,随着掺入量的增加 ,晶粒尺寸和 (c+t) -ZrO2 体积含量先减小后增大。Ca2 + 离子和Y3+

MgO部分稳定氧化锆陶瓷的抗渣侵蚀性研究

分别以3.5%(质量分数,下同)MgO部分稳定或4%CaO部分稳定的ZrO2陶瓷材料为试样,以CaO-Fe2O3-SiO2系的3种不同碱度与Fe2O3含量的渣为侵蚀剂,对试样分别进行静态和动态旋转(试样与渣的相对速率分别为0.06和0.5 m.m in-1)侵蚀试验,研究渣的碱度、流速及Fe2O3含量对材料抗侵蚀性的影响。结果发现,MgO部分稳定ZrO2材料抗渣侵蚀性较好,试样在渣线部位较严重的侵蚀归因于Marangoni效应。试样侵蚀情况与渣的碱度、成分有密切关系,高碱度渣侵蚀的方式主要是形成新的化合物而降低试样强度,中碱度或低碱度高Fe2O3渣则先将稳定剂MgO溶出,使材料遭受侵蚀的同时还发生相变化。

氧化镁部分稳定氧化锆断裂韧性的测试与性能研究

利用硬度压痕法测定了氧化镁部分稳定氧化锆（ＭｇＯ－ＰＳＺ）陶瓷材料的断裂韧性Ｋ＿（１ｃ）。研究了在不同热处理条件下ＭｇＯ－ＰＳＺ断裂韧性的变化，发现在１４００℃和１１００℃下分级热处理后，ＭｇＯ－ＰＳＺ的断裂韧性显著提高。研究分析了ＭｇＯ－ＰＳＺ的韧性与显微组织的关系。

金刚石砂轮与氧化锆磨削接触的声发射监测

目前陶瓷精密磨削中,声发射信号有效值RMS受背景噪声影响大,不能用来准确监测磨削接触。为此提出了利用小波重构声发射信号能量来监测金刚石砂轮与氧化锆陶瓷试件磨削接触的方法;并与磨削接触的背景噪声幅值判断和RMS值判断方法进行对比分析,发现小波重构声发射信号能量法不受机床背景噪声的影响,磨削接触判别更准确。

基于相关性分析与CNN-BiLSTM神经网络的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度智能预测

部分稳定氧化锆(Partially stabilized zirconia,PSZ)陶瓷因其优越的性能在航空航天工业等领域有广泛的应用。表面粗糙度是评价PSZ陶瓷磨削加工水平的关键指标,为了降低磨削表面粗糙度的预测误差,提出了一种基于相关性分析与卷积-双向长短期记忆神经网络(Convolution-bidirectional long short term memory neural network,CNN-BiLSTM)的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度声发射预测模型。通过分析磨削声发射信号特征值与磨削表面粗糙度值之间相关性,筛选出磨削声发射信号与磨削表面粗糙度之间的最相关频段和特征矩阵,作为CNN-BiLSTM神经网络的输入参数以降低磨削表面粗糙度声发射预测的误差。研究结果表明,基于相关性分析与CNN-BiLSTM神经网络的PSZ陶瓷磨削表面粗糙度的平均预测误差低于3.92%。

MgO部分稳定ZrO_2陶瓷制备坩埚的研究

以氧化镁(质量分数)为3.5%的Mg-PSZ粉体为原料,向其中添加(质量分数)10%氧化镁悬浊液及化学添加剂,配得氧化镁(质量分数)分别为4.2%和5.8%的氧化镁部分稳定氧化锆材料。以注浆成型法制备感应炉坩埚,考察所制得样品的理化性能。结果表明,在实验所用烧结温度下,与氧化镁质量分数为5.8%相比,氧化镁质量分数为4.2%更有利于四方相生成;同时,延长研磨时间,提高烧结温度和增大样品烧结前后收缩率均有利于增大样品密度,但显气孔率变小,不利于提高样品抗热震性。

电化学法快速测定铁水中的硅量

采用以ZrO_2(MgO)固体电解质,配以一新辅助电极SiO_2+CaF_2的方法,对Fe+C(sat)+Si体系进行了测量。结果表明:当硅测头插入铁水5s以后电动势值即可达到稳定值;电动势与硅量的关系符合理论公式;T=1694～1749K,电动势随温度的变很小。本研究所开发的硅测头具有响应迅速、准确,可望在现场得到应用推广。

基于小波分析和GA-SVM的金刚石砂轮磨损的声发射监测研究

针对工程陶瓷磨削中金刚石砂轮磨损状态判别准确度不高的问题,在部分稳定氧化锆陶瓷金刚石砂轮精密磨削的声发射智能监测实验中,在深入研究部分稳定氧化锆陶瓷磨削机理的基础上,对磨削声发射信号进行了5层离散小波分解。研究结果表明:金刚石砂轮磨损后,磨削声发射信号小波分解系数的有效值和方差,以及声发射信号小波能谱系数在低频率段都有所增大;利用部分稳定氧化锆磨削声发射信号的小波能谱系数或小波分解系数的有效值和方差值的组合,作为判别金刚石砂轮磨损状态的特征值,采用基于遗传算法支持向量机对金刚石砂轮的磨损状态判别准确度达100%,判别准确度明显优于BP神经网络方法。

氧化锆陶瓷可延长燃料喷嘴的使用寿命

美国Carpenter先进陶瓷公司报道，一种氧化锆陶瓷活塞可用于改进高压内燃机的性能、延长使用寿命、提高可靠性。该陶瓷是一种氧化镁部分稳定氧化锆，品牌名ZrX-GBP。该材料强度高、断裂韧性好、抗磨擦、抗腐蚀，可用作汽车发动机零件或用于要求高性能、长期可靠性的一些场合。该材料在25～400℃温度区间的膨胀系数为10×10^-6／℃。这一数值与金属相当，但高于多数陶瓷的6×10^-6／℃。

热障陶瓷涂层材料对柴油机活塞的影响

目的研究不同陶瓷材料对活塞温度和热应力的影响。方法以氧化镁-部分稳定氧化锆陶瓷(Mg-PSZ)和氧化钇-部分稳定氧化锆陶瓷(Y-PSZ)两种材料为研究对象,在硅铝合金活塞顶部分别喷涂Mg-PSZ和Y-PSZ等离子体,分析讨论了两种不同涂层材料对活塞温度场和热应力场的影响,对比分析了有无陶瓷涂层活塞温度场和热应力场的变化。结果和无涂层活塞相比,Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞的表面温度明显升高,其表面最高温度分别升高了50.49%和34.81%,但是对应的基体最高温度却分别下降了28.49%和17.34%。同时还发现,Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞具有相同的温度和热应力分布,并且其活塞基体和无涂层活塞也具有相同的温度和热应力分布。结论 Mg-PSZ涂层活塞和Y-PSZ涂层活塞都会导致活塞表面温度升高,应力增大,但是Y-PSZ对基体温度影响更大,Mg-PSZ对热应力影响更大。

(Al_2O_3,CaO)掺杂对x(MgO)=8%-ZrO_2纳米粉相组成和晶粒大小的影响

用尿素水解法制备了x(MgO)=8%-ZrO2及(Al2O3,CaO)掺杂的x(MgO)=8%-ZrO2纳米粉。经XRD、TEM等分析表明:掺入Al2O3有降低(c+t)-ZrO2体积分数和细化晶粒的作用;CaO的掺入可显著提高(c+t)-ZrO2含量,当掺入x(CaO)=3%时,可得到全稳定立方相氧化锆。

添加剂Y_2O_3对Mg-PSZ显微结构及力学性能的影响

研究了添加Ｙ２Ｏ３对ＭｇＰＳＺ显微结构及力学性能的影响。结果表明，ＭｇＰＳＺ中引入Ｙ２Ｏ３有利于降低烧结温度，促进立方化完全，但烧结体的力学性能有所降低。在１４００℃下热处理，（Ｍｇ，Ｙ）ＰＳＺ材料与ＭｇＰＳＺ一样发生ｃＺｒＯ２→ｔＺｒＯ２的析出过程，析出纺锤状四方ＺｒＯ２晶体。１４００℃热处理１０ｈ获得最大抗弯强度达６４８ＭＰａ，断裂韧性Ｋ１ｃ为８．３ＭＰａ·ｍ１／２。Ｙ２Ｏ３的加入使获得优异力学性能的热处理范围变宽，因而工艺上容易控制。但Ｙ２Ｏ３加入过多使析出困难。最佳加入量为１．０％（摩尔百分数）。Ｙ２Ｏ３的加入还使材料的Ｗｅｉｂｕｌ模数增高至１８．４６，表明（Ｍｇ，Ｙ）ＰＳＺ经热处理后能消除内部缺陷，使材料可靠性提高。

Pr2O3掺杂对Mg-PSZ抗热震性能的影响

本文研究了Pr_2O_3元素掺杂对氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)抗热震性能的影响,并从抗热震参数/抗热震损伤参数与相组成两方面解释了不同掺杂量对其抗热震性能的影响机理,结果表明:掺入Pr_2O_3导致Mg-PSZ的抗热震参数与抗热震损伤参数变化且增加了单斜相的含量,细化晶粒使得Mg-PSZ的热震性能得到改善。

Study on the Toughening and Microstructure of MgO—PSZ Ceramics

The fracture toughness of MgO partially stabilized zirconia(MgO-PSZ) has been mea-sured by the hardness indentation method.The influences of heat treatment on the fracture toughness K1c of MgO-PSZ were studied,It was found that the fracture toughness of MgO-PSZ can be greatly changed by different heat treatment profile.The fracture toughness was improved by the heat treatment at 1100℃ after aging at 1400℃ ,There was the greatest K1c value(11.30 MPa.m^1/2) of the samples aged at 1400℃ for 2 h followed by a subse-quent anneal at 1100℃ for 10 h.The changes in the microstructure of MgO-PSZ ceramics aged with different thermal treatment were studiedd by use of transmission electron microscopy.

温度周期变化对熔融Mg-PSZ耐材机械性能的影响

用于真空感应熔炼(VIM)坩锅的氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)耐材,是由熔融氧化锆为骨料和基质相组成的部分增强合成物。对3种不同的商业耐材进行了8个温度循环周期测试,以便观察热机械性能演变情况。研究显示,仅在8个周期内热机械性能演变情况就有很大不同,基质相的不同使得骨料稳定性有很大不同,而且相变应变错位和韧性下降也导致了耐材连接性受损。二次相变化减少了骨料相,从而使得耐材的强度和韧性也相应降低。