SLA打印制备融合TPMS氧化铝陶瓷支架结构优化设计研究

三周期最小表面(TPMS)结构具有优异的力学性能与生物医学性能,设计制造合适的TPMS骨支架结构能为骨修复、骨替代、骨愈合的临床治疗提供可能。本文基于人体骨组织结构参数分别设计了以P、G、D三种类型为主的TPMS支架及其不同融合系数K值影响下的融合TPMS支架,采用紫外立体光刻技术(SLA)打印制备了陶瓷生坯,通过脱脂与烧结后处理获得了成型氧化铝陶瓷支架,并对支架模型与成型陶瓷试样分别进行了有限元仿真与实验测试。结果表明:1)陶瓷支架具有相对光滑的表面与较高的成型精度,其整体形态与设计模型基本一致,侧面比顶面稍显粗糙。2)与单类型结构相比,融合TPMS结构支架表现出较好的抗压强度与应力分布。其中,当融合系数K=4时,P与G结构融合支架支架的力学性能最优,抗压强度为71.72 MPa,最大应力与平均应力分别为141.90和13.214 MPa;3)融合结构的渗透性均弱于单类型结构,且不同融合系数K值的结构支架渗透性也不同,结合数值模拟与实验数据,当融合系数K=1、2时,P与G结构、P与D结构融合支架渗透性表现较好。综上,当融合系数K=1时,P与G结构融合支架同时具备较优的力学性能和渗透性,适合作为人体骨支架结构类型。

氧化铝陶瓷典型缺陷结构对电场分布的影响研究

在高电压环境下,显微缺陷结构的存在会导致绝缘材料内产生电场畸变,是影响氧化铝陶瓷绝缘强度的重要因素之一。为了研究高电压环境下氧化铝陶瓷典型缺陷结构对材料内电场分布的影响,建立了包含缺陷结构的细观陶瓷结构模型,并采用有限元软件分析了晶粒尺寸、玻璃相以及气孔的存在对电场分布的影响规律。结果表明:晶粒尺寸对电场畸变程度的影响较小,而玻璃相的存在对电场畸变程度的影响较大。玻璃相对电场畸变的影响与晶界方向有关,晶界与电场方向夹角越大,玻璃相处的电场畸变程度越大。与晶粒尺寸和玻璃相的影响相比,气孔缺陷的存在对氧化铝陶瓷内部电场畸变的影响最大,其中,晶粒内气孔导致场强最大值提高了46.8%,而晶界处的气孔导致场强最大值提高一倍以上。气孔尺寸对电场畸变的范围影响较大,而对场强最大值的影响较小。

硅烷偶联剂对氧化铝陶瓷浆料流动性能和3D打印性能的影响

基于光固化3D打印技术需要高固相含量、低黏度的陶瓷浆料以防止烧结陶瓷部件产生裂纹、孔洞、翘曲等缺陷,通过测试流变性能与固化性能,本文优化了树脂单体的选用及配比,采用KH550、KH560、KH570三种硅烷偶联剂对Al_(2)O_(3)粉体表面改性,以改善陶瓷浆料的流变性能和稳定性,探讨了硅烷偶联剂降低Al_(2)O_(3)陶瓷浆料体系黏度的机理,获得了固相含量为75%(质量分数)(体积分数为45.5%)、黏度为4540 mPa·s的Al_(2)O_(3)陶瓷浆料,并提出了一种光固化Al_(2)O_(3)陶瓷浆料制备的优化方法,这有望对用于制备复杂陶瓷的高固含量、低黏度的3D打印Al_(2)O_(3)陶瓷浆料提供帮助。

三头挤出成形氧化铝基陶瓷的精度研究

在自主构建的三头分层挤出成形装备的基础上,研究了单头挤出时挤出头直径d、挤出头移动速度v_(s)、挤出层高h对成形的氧化铝基陶瓷表面粗糙度及尺寸精度的影响;然后研究了双头和三头协同挤出时陶瓷坯体试样的配合精度。实验结果表明:单头挤出时,d为0.41 mm,v_(s)为10 mm/s,h/d为0.85条件下,陶瓷侧表面粗糙度较低(为24.423μm),尺寸偏差最小为0.67%;双头协同挤出成形时,双头定位配合误差为1.03%,侧表面尺寸粗糙度为30.671μm;三头协同挤出成形时,三头定位配合误差为1.15%,侧表面尺寸粗糙度为30.671μm。最后,采用双头与三头挤出成形工艺方法制备出氧化铝基陶瓷试样,验证了多头多材料协同挤出的可行性。

高致密度氧化铝陶瓷的制备及影响因素研究

以易烧结α-Al_(2)O_(3)粉及高活性复合添加剂(铝灰基高活性铝镁料)为主要原料制备高致密度氧化铝陶瓷。研究了料浆性能、黏结剂、成型参数、烧结工艺等因素对陶瓷材料的影响。对制备的陶瓷材料的体积密度、抗弯强度进行了显微结构观察。以铝灰基高活性铝镁料作为添加剂,加入合适的分散剂、调整黏结剂加入量、优化成型工艺、经1 650℃高温烧结,成功制备了高致密氧化铝陶瓷材料。该材料体积密度3.87 kg/L,收缩率18.32%~18.41%,抗弯强度397 MPa,具有优良的性能。

氧化镧添加对氧化铝微晶陶瓷结构与性能的影响

以La_(2)O_(3)为烧结助剂,常压烧结制备了系列的Al_(2)O_(3)微晶陶瓷,重点研究La_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)陶瓷结构和力学性能的影响。样品晶粒平均粒径均在3~4μm之间,且样品的致密度、抗弯强度及断裂韧性均有较为明显的提升;其中烧结温度1700℃、La_(2)O_(3)添加质量分数为1.8%时韧性最高。La_(2)O_(3)在陶瓷基体中分布均匀,样品物相以Al_(2)O_(3)为主,当La_(2)O_(3)添加质量分数高于0.9%时,样品中存在少量的La_(1.4)Al_(22.6)O_(36)物相。

氧化铝陶瓷基板钴活化法化学镀铜及其电磁屏蔽性能

为降低化学镀前处理工艺中贵金属离子的使用,提出了一种钴活化法化学镀铜前处理工艺。以硫酸钴为钴源,硼氢化钾为还原剂,在氧化铝陶瓷基板表面制备具有催化活性的钴微粒,最后进行化学镀铜。利用正交试验优化了钴活化工艺,通过扫描电镜观察了镀层表面形貌,利用能谱仪和X射线衍射仪分析了镀层的物相组成和晶粒状态,采用胶带法、浸锡法和矢量网络分析仪分别测试了镀层的结合力、可焊性和电磁屏蔽性能。结果表明:当硫酸钴浓度为35 g/L、硼氢化钾浓度为3.6 g/L、预活化温度为30℃、活化时间5 min时,所得镀层形貌均匀,具有良好的可焊性和结合力,平均电磁屏蔽效能可达到86.6 dB。该工艺在保证镀层性能的同时,具有良好的环境友好性。

真空灭弧室用95氧化铝陶瓷生产缺陷原因及改进措施探讨

真空灭弧室是高压电器领域的关键部件,而95氧化铝陶瓷作为其核心材料,其质量直接关系到灭弧室的性能。在生产过程中,由于多种因素的影响,95氧化铝陶瓷常常会出现气孔、开裂、变色等问题,不仅影响了陶瓷的外观,更严重的是会降低其绝缘性能。因此,笔者对95氧化铝陶瓷生产过程中出现的缺陷进行深入分析,并探讨相应的改进措施,这对提高真空灭弧室的整体性能具有重要意义。

基于数控精雕机的氧化铝陶瓷板钻孔的工艺分析

本文旨在研究基于数控精雕机的氧化铝陶瓷板钻孔工艺,通过深入分析氧化铝陶瓷板的特性和数控精雕机的应用,提出了一套适用于氧化铝陶瓷板钻孔的工艺流程,涵盖材料准备、加工路径设计、工艺参数设定、钻孔加工、检验与调整以及数据分析与优化等关键步骤。合理的工艺流程能够保证氧化铝陶瓷板的钻孔加工质量和效率,为其在高科技领域的应用提供了坚实的技术支持。

氧化镁、碳酸钙矿化剂对多孔氧化铝陶瓷性能的影响

选用TiO_(2)、MgO、CaCO_(3)作为矿化剂,在空气气氛下采用常压烧结工艺制备多孔氧化铝陶瓷。研究MgO、CaCO_(3)含量以及保温时间对氧化铝陶瓷室温抗弯强度、烧结收缩率、显气孔率、密度和溶解效率的影响。结果表明:添加MgO、CaCO_(3)矿化剂均能降低陶瓷的收缩率、室温抗弯强度和密度,提高显气孔率和溶解效率。含有MgO的样品在1320℃/3 h烧结后的收缩率从1.75%降至0.21%,显气孔率由33.49%升至36.86%;在1320℃/6 h烧结后的收缩率从1.88%降至0.38%,显气孔率从32.94%升至35.46%。含有CaCO_(3)的样品在1320℃/3 h烧结后的收缩率从0.55%降至−0.50%,显气孔率由35.47%升至41.26%;在1320℃/6 h烧结后的收缩率从1.16%降至−0.21%,显气孔率从35.96%升至42.44%。终烧保温时间由3 h延长至6 h,含有MgO、CaCO_(3)矿化剂的样品收缩率提高,室温抗弯强度变化不明显,含有MgO的样品显气孔率降低,含有CaCO_(3)的样品显气孔率提高。MgO、CaCO_(3)能明显提高陶瓷样品的溶解效率,仅含有TiO_(2)矿化剂的样品碱煮(加助溶剂LiF)72 h后质量几乎未变;含有MgO矿化剂的样品碱煮(未加助溶剂)24 h均能完全溶解;含有CaCO_(3)矿化剂的样品碱煮(加助溶剂)72 h后完全溶解。

氧化铝陶瓷旋转超声铣磨加工磨削力研究

以氧化铝陶瓷为加工对象,采用小直径电镀砂轮进行了旋转超声铣磨和普通铣磨加工试验,分析了铣磨氧化铝陶瓷时的磨削力随超声功率、砂轮线速度、进给速度、铣磨深度的变化规律。结果表明,在其他铣磨参数不变时,超声功率由0 W增大至90 W,磨削力呈下降趋势,表面形貌得到显著改善。随着砂轮线速度增大、进给速度和铣磨深度减小,旋转超声铣磨和普通铣磨时的磨削力均呈下降趋势。在试验加工参数范围内,旋转超声铣磨的磨削力均低于普通铣磨时,且旋转超声铣磨时最大可降低法向磨削力24.17%、切向磨削力23.30%。

铬锰掺杂对氧化铝陶瓷沿面闪络特性的影响

针对绝缘材料在高电压绝缘系统中易发生沿面闪络现象的问题,设计了一种通过体掺杂来提高氧化铝陶瓷闪络电压的方案。以95%Al_(2)O_(3)陶瓷为基料,掺杂不同含量的Cr_(2)O_(3)-MnCO3,在1510~1590℃的烧结温度下制备铬锰掺杂的氧化铝陶瓷,并研究了铬锰掺杂对该绝缘陶瓷烧结性能和真空绝缘性能的影响。结果表明,Cr_(2)O_(3)-MnCO3的掺入促进了氧化铝陶瓷的烧结,新生成的MnAl2O4能降低陶瓷整体的电阻率,同时Cr+的掺入降低了陶瓷整体的二次电子发射系数。在保持95%氧化铝陶瓷绝缘性能的前提下,Cr_(2)O_(3)-MnCO3的掺入能有效提高陶瓷的沿面闪络电压,其中老练电压可达109 kV。

氧化铝陶瓷基板化学镀铜雾化淬火活化新工艺

为减少氧化铝陶瓷基板化学镀铜过程中强腐蚀性药品和贵金属的使用,对氧化铝陶瓷基材进行除油处理,通过雾化淬火活化工艺使基材表面附着上一层镍层,再进行预镀,最后进行化学镀铜。采用正交实验对基材热处理温度、热处理时间、预镀液温度和预镀时间工艺参数进行了优化,通过扫描电镜能谱分析、超声波和热震实验对镍活化层和镍镀层的形貌及性能进行了表征。结果表明:基材热处理时间4 min、基材热处理温度450℃,NiSO_(4)与NaH_(2)PO_(2)预镀液温度55℃、预镀时间5 min时镀层完全覆盖,基体活化后表面生成一层均匀的平均直径70 nm的胞状镍微粒,预镀后基材表面形成一层结合力较强的蜂窝状镍层。施镀后,镀层表面微观结构紧凑,结合性较好。

光固化成形氧化铝陶瓷表面选择性金属化工艺研究

提出了一种在光固化成形的复杂陶瓷结构表面进行选择性金属化的完整工艺流程。利用光固化成形在制造复杂陶瓷结构领域内的优势,配合金属刻划在陶瓷表面留下活性金属层,最后结合化学镀铜工艺,在常温下实现三维结构以及陶瓷内表面以及复杂陶瓷表面可控定向金属化。结果表明,所得到的铜镀层具有精确度高,粗糙度小的特点,并且与基体具有优秀的结合力以及良好的可焊性。四探针电阻仪测得铜层的电阻率约为1.03 mΩ·cm。以该工艺路线制备了以Al2O3陶瓷为基体的天线结构等应用实例。实例表明,本文提出的光固化成形Al2O3以及表面金属化方法可实现复杂陶瓷微波器件的快速制造,为满足航空航天等特殊应用场景的微波器件提供了新设计制造思路。

短切碳纤维增强氧化铝复相陶瓷力学性能及抗冲击性能研究

本文利用传统的氧化铝陶瓷制作工艺制作了碳纤维/氧化铝复相陶瓷。为防止碳纤维在高温环境下被过度氧化,分别在碳纤维表面制作一层碳粉防护层和碳化硅防护层。探究碳纤维添加含量对C_(sf)/Al_(2)O_(3)复相陶瓷以及C_(sf)/SiC/Al_(2)O_(3)复相陶瓷的力学性能及抗冲击性能的影响规律。搭建了落锤冲击试验平台,并对C_(sf)/SiC/Al_(2)O_(3)复相陶瓷进行冲击试验。结果表明:C_(sf)/Al_(2)O_(3)复相陶瓷和C_(sf)/SiC/Al_(2)O_(3)复相陶瓷的最大抗弯强度和断裂韧性相差不大,抗弯强度和断裂韧性分别在碳纤维含量为0.3%和0.1%时最大,为321.78 MPa和6.98 MPa·m^(1/2),相较于纯氧化铝陶瓷分别提高了35%和45.2%。在落锤冲击过程中,C_(sf)/SiC/Al_(2)O_(3)复相陶瓷的抗冲击性能提高了4.15%,载荷峰值提高了10.05%。

氧化锆增韧氧化铝陶瓷的研究进展

氧化铝陶瓷为当前应用最广泛的一类陶瓷材料,但是其具有脆性较大、断裂韧性较差的特点,所以适用范围受到限制。为了提升氧化铝陶瓷的力学性能,从而增强其应用效果,可以在其中应用相变增韧的方式,氧化锆增韧氧化铝陶瓷的方式也就受到了越来越多的关注。本文中,主要针对氧化锆增韧氧化铝陶瓷的概念和基本增韧机理进行阐述,明确ZTA增韧的作用,之后提出合理的ZTA陶瓷粉体制备方法,以供参考。

二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究

冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动,分析磨削力的影响机制,在相同的磨削参数条件下,对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究,分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明:二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削,磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小,随着磨削深度的增大而增大;普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小。

Y_(2)O_(3)对高纯氧化铝陶瓷性能的影响研究

笔者采用凝胶注模法制备高纯Al_(2)O_(3)陶瓷,讨论了Y_(2)O_(3)对高纯Al_(2)O_(3)陶瓷的烧结性能、力学性能、耐磨性能的影响。研究表明:添加Y_(2)O_(3)能够有效降低Al^(3+)的迁移速率,抑制Al_(2)O_(3)陶瓷晶粒的生长速度,加速陶瓷致密化进程,有利于得到尺寸均一的陶瓷晶粒,当Y_(2)O_(3)添加量为1%时,Al_(2)O_(3)陶瓷的性能最佳。

干法制粉用氧化铝陶瓷研磨体性能测试评价体系的研究及应用

氧化铝陶瓷研磨体在干法制粉行业得到广泛应用,但由于缺乏系统的检测方法和评价验收依据,其质量参差不齐。本文采用外观质量、尺寸偏差、化学成分、晶粒尺寸、体积密度、吸水率、抗压强度、维氏硬度、断裂韧性、磨耗、抗冲击疲劳寿命、破碎率、堆积密度等技术指标,分析评价适用于干法制粉用的耐磨氧化铝陶瓷研磨体的产品质量,为干法制粉行业验收和使用氧化铝陶瓷研磨体提供依据。