数据驱动的中温隔热陶瓷管件结构优化设计及性能评估

随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄石、莫来石、珍珠岩和磷酸锌等复合物陶瓷为对象,从数据驱动的壁内多孔结构隔热管件优化设计出发,开展陶瓷隔热管件三维打印制造,通过显微结构和力学性能分析,并围绕管件的导热、隔热影响因素评估,系统考察了该类新型隔热管件的理化、力学和隔热性能及影响关系。结果表明,通过对沿管壁环绕的矩形大孔高度调控(400~1 200μm)、管腔内热源区的管壁倍增(1.2 mm×2 mm)以及有机微球造孔剂引入(~9%),同时通过烧结温度控制(700~750℃),可以显著改善热流出口区的温度水平(~20℃),并显著优于不锈钢真空隔热管的出口温度。研究结果表明,增材制造复合陶瓷管件具有优良的综合性能以及较低的原料成本,使得多孔陶瓷隔热管件在中温隔热领域具有广阔的应用前景。

陶瓷管式飞秒FBG高温传感器的设计与有限元分析

为测量乙烯裂解时的炉内温度,设计一种双陶瓷管封装的飞秒光纤布拉格光栅(FBG)高温传感器。在分析飞秒FBG温度传感器测温原理的基础上,推导出用于高温环境下测温用的拟合多项式。根据乙烯裂解炉目前测温状况,设计用于高温环境下的双陶瓷管式飞秒FBG传感器及配套的安装结构。利用Ansys有限元分析软件记录外界温度变化与FBG传感器的温度响应时间。仿真结果表明,双陶瓷管式封装的飞秒FBG温度传感器的温度响应时间能够满足乙烯裂解炉实时测温的需要。

四分压电陶瓷管低频振荡现象的发现和探讨

利用光纤测振干涉仪实现了对近场光学显微镜中四分压电陶瓷管的扫描参数的测量。在测量过程中发现，陶瓷管对驱动阶梯波每个台阶的响应出现了几个周期的准衰减振荡信号，其频率远低于公认的最低谐振频率。压电陶瓷管的这种低频振荡将带动探针一起振动，从而使所得图像的质量降低，并大大限制了图像扫描的速度。研究结果表明，该振动是压电陶瓷管自身所固有的，而在以前的扫描探针技术研究中并没有得到重视。因此减小振荡的影响将是获得高分辨率图像的关键问题之一。

微孔陶瓷管道渗灌土壤水分分布特性研究与关键技术参数优化

渗灌是通过多孔介质将灌溉水持续渗入到作物根区土壤的地下节水灌溉技术。以廉价易得的黏土和炉渣为原料,采用注浆成型法制备出一种材料性能优良且绿色环保的微孔陶瓷渗灌管道,重点研究了陶瓷渗灌管道土壤水分入渗特性,并以最优根水匹配为目标,提出了陶瓷渗灌管道工作水头优化算法。研究结果表明:微孔陶瓷渗灌管道流量在1 h内迅速下降后以稳定出流量持续出流,于48 h后达到稳定出流状态,当工作水头由0.25 m增加至0.75 m时,微孔陶瓷渗灌管道稳定出流量由0.157 L/(h·m)增加至0.270 L/(h·m),稳定出流量与工作水头呈显著的线性正相关关系。湿润体为平行于土壤表面的圆柱体,湿润体剖面上土壤含水量沿湿润锋运移方向逐渐降低,垂直向上、垂直向下和水平方向的湿润锋分别以0.05 cm/h、0.08 cm/h和0.04 cm/h的速率扩散。湿润体内平均土壤含水量随工作水头增加而增大,0.25 m、0.50 m和0.75 m工作水头下湿润体内平均含水量分别为0.243 cm^(3)/cm^(3)、0.348 cm^(3)/cm^(3)和0.406 cm^(3)/cm^(3)。利用所构建的微孔陶瓷渗灌管道工作水头优化算法,对冬小麦、夏玉米和番茄3种典型密植型作物的微孔陶瓷渗灌管道工作水头进行了优化,推荐工作水头分别为0.423 m、0.529 m和0.642 m,研究结果可为微孔陶瓷渗灌管道的推广应用提供一定的科学依据。

磁力研磨法对陶瓷管内表面超精密抛光技术的试验研究

应用磁力研磨法,利用外部磁场控制陶瓷管内部的磁粒刷运动,从而实现对整个陶瓷管内表面的超精密抛光.通过理论分析和试验结果相结合的方法验证了应用磁力研磨法对陶瓷管内表面进行光整加工方法的可行性;为了提高研磨效率,利用ANSYS软件模拟分析并结合试验验证,提出了在陶瓷管内部增加V型磁铁,改变磁回路的磁力线分布,增大了工作区域的磁感应强度,研磨效率成倍增加;通过试验分别对研磨液用量、铁粒子粒径、金刚石粒子粒径等参数对陶瓷管内表面研磨质量和效率的影响进行分析和研究,对工艺参数进行了优化设计.试验结果证明磁力研磨后陶瓷管内表面粗糙度值Ra可以由原始的0.4μm降至0.02μm,达到镜面抛光的效果,为陶瓷管内表面超精密抛光加工提供了一种新方法.

压电陶瓷管驱动三自由度微操作手的研究与应用

基于机构、驱动、检测一体化的设计思想 ,研制出压电陶瓷管驱动的三自由度微操作手 ,研究了微操作手的建模、驱动与位置检测 ,给出了静力学建模公式 ,研制出双极性压电陶瓷驱动电源、微位移检测电路 ,并构成高精度位置闭环控制系统 ,实现了纳米级微动定位。最后以微操作手为核心构成微操作机器人系统 ,通过微操作手的微动调整 ,成功完成了直径为 0 .2 m m轴孔零件的微装配任务。

冶金烟气微孔陶瓷管膜研制及深度除尘应用的研究

提出了将SiC、Al2O3等原料等静压成型后烧制成多孔陶瓷基体,再通过多次浸浆、干燥达到所需膜厚度后,采用热喷涂制成非对称陶瓷复合膜管的新工艺技术.研发出能够处理高温烟气的微孔陶瓷管复合膜除尘器,应用到冶金高温烟气中进行深度除尘和净化.采用了SEM、EDS等手段对多孔陶瓷基体和微孔复合膜进行表征,结果表明其具有良好的微孔结构和物理性质.自行设计了一套测定过滤效率的冷态试验装置模型,并通过实验确定了合理的参数.

在多孔α-Al_2O_3陶瓷管上合成ZSM-5沸石膜

在无过渡层的、孔径为 3~ 5μm的α -Al2 O3 陶瓷管上 ,引入溶胶 ,两次涂膜合成出了无缺陷的沸石膜 . XRD、SEM及气体渗透性表征表明 ,该膜确为 ZSM-5沸石膜 ,且膜在模板剂的去除过程中 ,并未产生明显的缺陷 .在室温下 ,该膜对 H2 、N2 的渗透速率分别为 8.4 0× 10 - 7和 2 .4 5×10 - 7mol· s- 1· m- 2 · Pa- 1,H2 /n -C4H10 、 n -C4H10 /i -C4H10 的选择因素分别达到 30 2和15.

压电陶瓷管的微位移测量与非线性校正

为了对原子力显微镜(AFM)中压电陶瓷管扫描位移进行非线性校正,提出了一种微位移测量与校正的简易方法。采用涡流位移传感器测量微位移,将其放大100倍以提高检测灵敏度;得到了压电陶瓷管的位移-电压曲线,其最高位移分辨率计算值为0.4 nm。根据AFM中压电陶瓷管的工作特点,确定扫描范围下测量得到的位移-电压关系,通过对等间隔像素点施加对应的非等间隔控制电压序列的方法进行非线性校正,依据像素点精度要求通过插值算法获得控制电压序列。系统采用LabVIEW虚拟仪器技术,校正后压电陶瓷管最大位移滞回偏差从10.1%降为0.4%。实验表明:扫描频率和扫描像素分辨率调节方便,同时校正算法复杂度也有所降低。

粉尘预荷电与荷高压导电多孔陶瓷管耦合的除尘新技术研究

研究了粉尘预荷电与荷高压导电多孔陶瓷管耦合的除尘新技术。该技术首先通过设置直流负电晕(-20kV)的预荷电器对粉尘进行荷电,再使含尘气体穿过荷载高压负电(-5 000V)的导电多孔陶瓷管的管壁而进行过滤除尘。结果表明,该技术降低了导电多孔陶瓷管除尘过程的气体压降。在相同除尘时间(60min)内比较,该技术的粉饼压降(787Pa)仅为无荷电条件下粉饼压降(4 300Pa)的0.183倍;在相同粉饼质量(1 000g)的情况下比较,该技术的粉饼压降仅为无荷电条件下40 min粉饼压降(2 747Pa)的0.286倍。这很可能是因为粉尘荷电导致的颗粒间斥力使粉饼更加疏松,而且导电多孔陶瓷管荷载与粉尘相同的电荷,两者结合松散,减小了过滤过程中的气体压降。该技术有望显著降低工业多孔陶瓷管除尘过程的气体压降,并延长其再生周期。

多孔陶瓷管基膜上合成ZSM-5沸石膜新方法

采用喷涂晶种法在多孔α -Al2 O3基膜上引入一晶种层后 ,再用水热法一次可合成出渗透量大、选择性高的 ZSM-5沸石膜 .XRD、SEM及气体渗透性对所合成膜的结构、形态和分离性能表征表明 :所合成的膜是典型的 ZSM-5沸石膜 ,膜表面晶粒排列有序 ,整齐地连成一致密层 ,未发现有裂缝、针孔等缺陷 .H2 的渗透率很大 ,在常温下可达 2 .70× 1 0 - 6 mol.m- 2 .Pa- 1 .s- 1 ,H2 /C3H8的分离因数达 1

基于ANSYS的新型压电陶瓷管驱动器的性能分析与研究

基于ANSYS有限元分析软件,结合压电铁电物理知识,对压电陶瓷管驱动器的性能进行分析与研究。首先对某进口压电陶瓷管进行ANSYS建模仿真,然后将分析结果与其出厂性能进行复核,最后对该驱动器进行了静态分析、谐响应分析等研究,获得了较为全面的驱动特性。

烧成温度对多孔SiC陶瓷管性能的影响

以SiC为骨料,添加低共熔混合物烧结促进剂,煤粉作为造孔剂,在不同的温度下烧成制备多孔陶瓷管。考察了烧成温度对多孔SiC陶瓷管的孔隙率、气体渗透通量、孔径分布以及抗弯强度等性能的影响,并通过SEM对其结构形貌进行了表征。结果表明:随着烧成温度的提高,孔隙率、气体通量及抗弯强度下降,孔径分布变宽。

超高真空陶瓷管内壁镀膜的方块电阻测量

使用一种新的感应线圈方法对超高真空陶瓷管内壁导电膜的方块电阻进行了测量 ,其优点在于 :不用直接接触膜层就能测量到管内深处不易放置探针的地方的方块电阻 ;可进行在线测量而不破坏管内真空。解决了应用中的难题 。

微孔陶瓷管孔隙率的测定及表面润湿性研究

采用压汞法对由热压成型法自行制备的微孔陶瓷管孔隙结构进行研究，得到陶瓷管膜的孔隙分布。采用自行研制的三相界面测定仪测量了常见的低温金属锡与刚玉陶瓷管膜在240~640℃内的表观润湿现象，在该温度范围内锡与陶瓷管膜的接触角均大于150°，两者润湿性很差。依据图像处理技术和理论计算，提出一种测量多孔表面液滴渗透速度的方法，推导出液滴向陶瓷管微孔内渗透的速度方程。并以油滴进行实验，实验发现渗透过程中液滴首先会进行铺展，并且一段时间内维持其铺展半径直至最终完全渗入。

CuO烧结助剂对陶瓷管支撑体性能的影响

研究了在不同烧结温度下,CuO烧结助剂对陶瓷管支撑体性能的影响,通过DSC、XRD、SEM、三点弯曲法研究了样品的物相组成、微观形貌、抗折强度以及自制装置对孔隙率进行了表征,并进行了抗酸碱性测试.研究结果表明:当烧结温度为1 100℃时,支撑体内生成CuAl2O4尖晶石相,可提高氧化铝陶瓷的机械强度(55.82MPa).在体积分数为10%HCl溶液和1mol/L NaOH溶液中质量损失分别为1.82%和0.68%.

径向极化压电陶瓷管建模与仿真

基于平面应变假设,推导了径向极化压电陶瓷管在外电场作用下形变的计算公式。作为挤压式喷嘴的执行器,径向极化压电陶瓷管在与极化方向一致的外电场的作用下主要发生径向变形。利用有限元分析软件ANSYS14.0,对模型进行有限元仿真。利用这两种方法计算不同结构尺寸的压电陶瓷管在100 V电压作用下的内壁径向位移,两种方法计算结果之差小于5%,结果的一致性,验证了理论公式的正确性。该理论分析模型可预测挤压式压电喷嘴在外电场作用下的响应,指导喷嘴结构设计,降低喷嘴设计成本,提高喷嘴结构设计可靠性和设计效率。

陶瓷管负压控温栽培系统在番茄日光温室冬季生产中的应用效果

设施蔬菜冬季生产中,土壤温度低是蔬菜生长的一个限制因子。该文在番茄冬季生产中应用微多孔陶瓷管负压加温栽培系统,试验表明通过循环温水利用同一根陶瓷管边灌水边加温是完全可行的;加温处理白天、夜间平均温度分别比不加温处理的高出2.7℃,1.2℃。加温处理的植株长势、果实中可溶性糖、滴定酸度的含量和糖酸比、产量、特别是前期产量显著高于不加温处理。在温室冬季生产中仅仅对土壤进行加温就可显著促进植株生长,提高果实的产量和品质。

高孔隙率YSZ多孔陶瓷管的湿法制备及性能表征

以钇稳定化氧化锆 (YSZ)为骨料 ,优选出玉米粉为成孔剂 ,阿拉伯树胶为分散剂和粘结剂 ,采用注浆法制备出孔隙率为 49.0 %～ 6 4.1%的 YSZ多孔陶瓷管 .结果表明 ,以玉米粉为成孔剂 ,可制备出孔隙率较高、孔径分布均匀的 YSZ多孔陶瓷管 .升温速度对 YSZ多孔陶瓷管的性能有着重要影响 .在 2 2 0～ 440℃的温度范围内 ,阿拉伯树胶和玉米粉明显分解 ,并分别在 5 2 0℃后被完全烧尽 ,因此在此温度范围内升温速度不宜过快 .

利用原位水热合成在二氧化硅陶瓷管上制备高性能的Silicalite-1分子筛膜(英文)

利用原位水热合成法在二氧化硅陶瓷管上成功制备出高性能的silicalite-1分子筛膜,并利用扫描电子显微镜进行了表征.结果表明,在二氧化硅陶瓷管上合成的分子筛膜比在氧化铝陶瓷管上合成的分子筛膜具有更高的分离性能和热稳定性,说明二氧化硅载体更适合制备高性能的silicalite-1分子筛膜.