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。

Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)粒度对CA_(6)轻质陶瓷材料结构与性能的影响,本文以平均粒径分别为80、61、45和38μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源,以平均粒径为15μm的轻质碳酸钙为氧化钙源,采用发泡法结合原位烧成工艺,经1550℃保温5 h烧成后获得CA_(6)轻质陶瓷材料,研究不同粒度的Al_(2)O_(3)原料对其物相组成、显微结构和物理性能的影响。结果表明:随着α-Al_(2)O_(3)粒度的减小,CA_(6)轻质陶瓷的线收缩率、体积密度和热导率逐渐变小,显气孔率增大,压缩强度呈先增大后减小的趋势。综合考虑,以平均粒径为45μm的α-Al_(2)O_(3)为氧化铝源所制试样的综合性能较佳,更能满足使用需求,其显气孔率、热导率和压缩强度分别为87.8%、0.149 W·m^(-1)·K^(-1)和0.29 MPa。

Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料的有效分离和ICP光谱法研究

金属陶瓷材料应用领域越来越广,为实现对其组分的实验分析,文章通过对性能特性、各相组成和化学特性研究,完成Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料中Al、Cu、Fe等21项元素的测试应用研究。本研究方法测定Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷材料元素含量快速灵敏、正确度高、精密度好,有很好的实用价值。

Al_(2)O_(3)修饰液改性多孔陶瓷的制备及材料性能研究

这是一篇陶瓷及复合材料领域的论文。为了提高粉煤灰基多孔陶瓷材料的性能,利用Al_(2)O_(3)修饰液对样品进行表面处理,并对其开展物理、力学性能、吸附效果和微观实验。结果表明:烧结温度越高,多孔陶瓷的气孔率与吸水率越小,强度和表观密度越大,在1100℃的温度条件下,多孔结构烧结成型的效果较佳;当修饰液的浓度从0增至50 mol/L,多孔陶瓷的饱和吸附率增加了4.5倍左右,同时密实度和强度也显著提高;氧化铝修饰液的表面改性效应对钙长石晶体的形成起到促进作用,使得孔陶瓷的强度与吸附性能显著提升。

Sb-SnO_(2)掺杂量对Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)复合陶瓷涂层抗结垢性能的影响

以Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)(AT13)和纳米掺锑SnO_(2)(Sb-SnO_(2))粉体为原料,采用等离子喷涂工艺在4145H合金钢基体表面制备了掺杂不同质量分数(0~16%)Sb-SnO_(2)的AT13复合陶瓷涂层,研究了复合陶瓷涂层的表面性能、微观形貌、显微硬度、结合强度以及在地层采出水中的抗结垢性能,并与电镀铬层和未处理4145H合金钢进行对比。结果表明:与电镀铬层和未处理4145H合金钢相比,复合陶瓷涂层的水接触角较大,表面能较低,随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,水接触角基本呈先增大后减小的趋势,表面能先减小后增大;复合陶瓷涂层具有大量的孔隙;随着Sb-SnO_(2)掺杂量的增加,硬度整体呈降低趋势,但均高于4145H合金钢和电镀铬层,单位面积结垢质量先减小后增大;掺杂质量分数10%Sb-SnO_(2)的复合陶瓷涂层具有最大的水接触角、最小的表面能、最小的单位面积结垢质量,平均结合强度为25.7 MPa。

Al_(2)O_(3f)/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料的显微组织及时效行为

采用维氏显微硬度计、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等研究了Al_(2)O_(3f)/Mg-6Al-1Nd-1Gd复合材料的显微组织和时效行为。结果表明:复合材料的组织主要由α-Mg、Al_(2)O_(3)、β-Mg_(17)A1_(12)、Mg_(2)Si、MgO、Al_(2)Nd、Al_(2)Gd以及Al_(11)Nd_(3)相组成。Al_(2)O_(3)短纤维的引入加速了基体合金的时效动力学,使基体合金的时效峰值时间由32 h显著缩短至24 h。时效过程中,β-Mg_(17)Al_(12)相主要以连续析出和非连续析出两种形式析出,连续析出和非连续析出的生长呈竞争关系,随着时效时间的增加,非连续析出相逐渐长大并由晶界向晶粒内部推移,过时效阶段晶粒内部出现成片的非连续析出相。

Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)/铁基非晶合金复合涂层的室温摩擦磨损行为

利用等离子喷涂技术制备含质量分数15%Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)陶瓷相的Fe_(45)Cr_(16)Mo_(16)C_(18)B_(5)铁基非晶合金复合涂层并进行销盘式摩擦磨损试验,通过与铁基非晶合金涂层进行对比,研究了复合涂层在不同载荷(20,30,50 N)和销轴转速(300,500,800 r·min^(-1))下的摩擦磨损行为,分析了其磨损机制。结果表明:当销轴转速为300 r·min^(-1)时,不同载荷下复合涂层的磨损率较铁基非晶合金涂层降低近50%,复合涂层的磨损机制随着载荷的增大由磨粒磨损转变为疲劳磨损;当载荷为30 N时,复合涂层的磨痕深度与磨损率随销轴转速的增加先增大后减小,均在转速为500 r·min^(-1)达到最大,在销轴转速为500 r·min^(-1)和800 r·min^(-1)时复合涂层均表现为黏着磨损。

Al_(2)O_(3)基陶瓷纤维的制备及应用研究进展

总结Al_(2)O_(3)基陶瓷纤维的制备方法及应用研究进展,以Al_(2)O_(3)的晶型结构为基础,详细分析了浸渍法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、溶吹纺丝法制备Al_(2)O_(3)基陶瓷纤维的方法,总结了Al_(2)O_(3)基陶瓷纤维在结构增强复合材料、耐火隔热材料、过滤及催化材料等领域的应用进展,并展望了Al_(2)O_(3)基陶瓷纤维的发展趋势和方向。

涂布刮刀表面等离子喷涂纳米Al_2O_3-13%TiO_2涂层的特性

为了深入研究纳米Al_2O_3-13%TiO_2(AT13)涂层的组织、性能与喷涂工艺参数之间的关系,采用正交试验法对等离子喷涂工艺的电流、电压、送粉率和喷涂距离等参数进行了优化,在涂布刮刀表面制备了纳米AT13涂层。采用金相显微镜,SEM,EPMA和XRD等对纳米AT13涂层的组织、磨粒磨损性能和结合强度进行了分析。结果表明:纳米AT13涂层均匀致密,孔隙率低;涂层存在全熔和半熔双态结构特征,相结构明显,以稳定相α-Al_2O_3和Rutile-TiO_2为主,存在亚稳态γ-Al_2O_3相结构转变;涂层与基体以机械结合为主,结合强,耐磨性良好;涂层表面应力以残余压应力为主。

结构防护材料Al_(2)O_(3)/SiC陶瓷的动态拉伸力学性能

设计巴西圆盘试验获得了Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷动态拉伸力学性能参数值,采用扫描电子显微镜分析了微观断裂机理。试验结果表明,材料失效具有脆性典型特征,其动态抗拉强度随应变率的增加而增加。回收圆盘试样发现宏观破碎模式主要呈“川”字型,主裂纹沿加载路径方向。断面微观分析发现,材料除了存在具有锋锐边缘的沿晶断裂区域,还存在许多穿晶断裂区域以及晶粒边界微裂纹。断裂面存在单个晶粒扭曲和劈裂形成的细小碎片,且在平面外剪切应力作用下形成了台阶状和舌状的微观解理断裂区域。

冲击加载下Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷的动态力学行为

陶瓷材料动态力学性能与微观断裂机制研究,对冲击加载下材料的损伤机理认识至关重要。针对Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷,采用分离式霍普金森压杆装置完成对试样的一维应力波加载,回收破碎试样颗粒并进行扫描电子显微镜分析。结果表明:一维应力波加载试验实现了对试样的均匀加载,且随着应变率的增加,Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷的强度逐渐增大,具有正相关的应变率敏感性;受材料微观结构控制,Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷的强度与致密化较高的Al_(2)O_(3)陶瓷(AD995、AD999等)强度较接近,强度随应变率变化趋势介于AD95陶瓷和致密化较高陶瓷之间;试样边侧受稀疏波的影响,存在大量沿晶断裂和少量穿晶断裂模式,且在穿晶断裂区域出现了剪应力引起的滑移线;试样内部碎片断裂表面较为光滑,更多的是穿晶断裂区域,只含有少量剪切滑移线,且在断裂核心区域的周围晶粒上并不存在微观解理断裂特征。

面向垃圾焚烧发电的Al_(2)O_(3)-TiO_(2)陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能研究

针对垃圾焚烧炉的水冷壁的高温氯腐蚀问题,采用等离子喷涂在12Cr1MoV基体上制备了Al_(2)O_(3)-TiO_(2)(x=20%、40%、60%)不同TiO_(2)含量的陶瓷涂层。采用熔盐模拟实验其高温耐氯腐蚀性能;并利用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪分析涂层高温氯腐蚀前后结构、微观形貌和元素组成的变化。实验结果表明:三种不同Al_(2)O_(3)-TiO_(2)涂层中,随着TiO_(2)含量的增加涂层高温腐蚀质量变化越小、涂层孔隙和缺陷减少;高温腐蚀后涂层表面均未检测到Cl元素的渗透和残留;综上所述Al2O3-60%TiO_(2)涂层在三种涂层中的结构和高温氯腐蚀性能表现最好。

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al_(2)O_(3)增强ZrO_(2)(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料,研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明:当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时,复合材料的相对密度达到97.53%,与不锈钢基体相当;继续加入ARZ陶瓷,陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大,当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时,复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体,其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍;随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加,复合材料的耐磨性提高,复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。

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。

AgCu28-B_(2)O_(3)钎料空气反应钎焊连接Al_(2)O_(3)陶瓷工艺及机理研究

为了以低成本获得性能良好的Al_(2)O_(3)陶瓷连接接头,开发AgCu28-20B_(2)O_(3)钎料,将其应用于空气反应钎焊连接Al_(2)O_(3)陶瓷。B_(2)O_(3)可以有效改善AgCu28钎料对Al_(2)O_(3)陶瓷表面的润湿性。钎焊过程中Cu粉被氧化成CuO,并进一步与Al_(2)O_(3)、B_(2)O_(3)发生反应,生成Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须,进而获得性能优异的可靠接头。当保温时间为60min,连接温度高于950℃时,可以实现Al_(2)O_(3)陶瓷接头的有效连接,钎缝中心区主要为Ag,靠近界面处为CuO与Cu3B2O6的混合相及棒状Cu_(2)Al_(6)B_(4)O_(17)晶须,接头抗剪强度随温度升高而升高。当连接温度高于1100℃后,晶须在高温下分解成无定型颗粒状产物,接头抗剪强度下降。最佳工艺参数为T=1050℃,t=60min,接头的抗剪强度达到了70.9MPa,断裂发生在焊缝中靠近Al_(2)O_(3)母材处。开发一种用于Al_(2)O_(3)连接的复合钎料,并在接头中合成了新型硼酸铜铝晶须,提高了接头的性能。

微弧氧化电解液中加入Al_2O_3胶体对AZ91D复合陶瓷层性能的影响

在硅酸盐体系中加入Al_2O_3胶体对AZ91D镁合金进行微弧氧化,研究了Al_2O_3胶体的加入时间和加入量对陶瓷层组成、结构以及耐蚀性的影响。结果表明,在微弧氧化后期6 min(约为总氧化时间的3/5)时加入Al_2O_3胶体生成的复合陶瓷层耐蚀性最好;随Al_2O_3胶体用量的增加,陶瓷层的腐蚀速度明显减小,但当用量约超过电解液总容量的20%时,对陶瓷层的耐蚀性能提高不明显。

热等静压原位生成Al_2O_3颗粒强化Ti_4AlN_3复合材料

利用Al_3Ti/Ti N纳米复合粉体在1280℃/150 MPa/1 h热等静压条件下,制备出Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料。利用XRD、SEM和TEM研究复合材料的形貌及成分。研究表明,复合材料主要由片层结构的Ti_4Al N_3基体和Al_2O_3颗粒增强相组成。Ti_4Al N_3基体的平均晶粒尺寸为7μm;Al_2O_3颗粒的弥散分布,形状不规则,粒度在1~3μm,体积分数约为27%。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料的强化机制为细晶强化和第二相粒子强化。Al_2O_3/Ti_4Al N_3复合材料与单相的Ti_4Al N_3材料相比,显微硬度从2.5GPa提高到6.7 GPa,室温下最大抗压缩强度从450 MPa提高到1 800 MPa,最大压缩应变由4%提高到6.2%。

Cr活化挤压铸造Al_(2)O_(3p)/65钢表层复合材料的组织和性能

通过在Al_(2)O_(3)颗粒预制体中添加活化元素Cr,利用挤压铸造制备出Cr-Al_(2)O_(3p)/65钢基表层复合材料,研究Cr元素对复合材料组织和性能的影响。结果表明,Cr粉的加入,使得复合材料硬度(HRC)达到了50.7,抗弯强度达到669.5 MPa,相比未添加Cr的分别提高了95.6%、13.7%。界面润湿角相比于未添加Cr粉的复合材料,从125°降到109°。组织分析表明,加入的Cr粉与Al2O3颗粒附近的钢水形成Fe-Cr相,表明了成分的互相扩散,界面结合方式仍为机械结合方式。断口扫描分析表明,复合材料的断裂形式主要表现为脆性断裂,但颗粒和基体界面结合良好。所以,在挤压铸造Al_(2)O_(3p)/65钢复合材料中加入Cr粉可以改善和提高复合材料的力学性能及界面结合强度。

激光熔覆Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的组织性能研究

为了进一步研究激光熔覆Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的硬度及耐磨性,应用YLS-2000光纤激光器在45钢基体上分别制备Ni-Al涂层及Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、X射线衍射等系统地研究涂层的组织形貌、物相组成及元素分布。采用HXD-1000TB维氏硬度仪测定涂层截面显微硬度分布,利用M-2000磨损试验机进行磨损试验。结果表明,Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层的宏观成形质量较好,无裂纹,其涂层的截面最高硬度约为Ni-Al涂层的2倍,约为基体的4倍;其磨损体积约是45钢基体的1/8,相较于Ni-Al涂层的磨损体积降低了30%。Ni-Al/Al_(2)O_(3)-13%TiO_(2)金属陶瓷涂层组织更加均匀致密,其硬度及耐磨性能相较于Ni-Al涂层及基体材料显著提升,该研究对于金属陶瓷材料的整体性能分析具有一定的参考意义。

AZ91D镁合金喷涂WC/Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷涂层及其摩擦磨损性能

采用超音速等离子喷涂技术在AZ91D镁合金上喷涂WC/Al_(2)O_(3)复合金属陶瓷涂层,利用XRD衍射仪、SEM扫描电镜、涂层测厚仪、涂层粘结强度测试仪等设备测试涂层的表面结构、涂层厚度以及涂层与基体之间的结合强度,并通过涂层磨损测试仪测定了涂层的摩擦磨损性能。结果表明:涂层厚度控制在0.8~1.0 mm,结合强度约为35 MPa时最适宜;XRD的测试表明涂层主晶相为WC相和Al_(2)O_(3)相;SEM的分析表明涂层有稳定的层状结构,孔隙率较低;喷涂温度控制为400℃,涂层可获得较优异的耐磨损性能(磨损率13.9×10^(-3)mm^(3)/(N·m));当摩擦磨损实验机的实验载荷为5 N,实验时间为2 h时,涂层的摩擦因数稳定在0.272,磨损量为0.0035 g,磨损机理为磨粒磨损。