Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料微细电火花加工试验研究

为研究电火花加工Al_(2)O_(3)-TiC陶瓷材料工艺参数对工艺性能的影响,设计了混合2-3水平正交试验方法。研究加工极性、极间电压、最大放电电流、增益、脉冲频率、脉宽、放电间隙与电极长度损耗、电极轮廓损耗、材料去除率之间的规律。通过极差分析,获得了工艺参数对工艺性能的影响趋势。结合方差分析,表明加工极性对电极损耗有显著影响,极间电压、最大放电电流显著影响材料去除率。综合三项工艺性能,最优的参数组合为负加工极性、130 V极间电压、50 A最大放电电流、45增益、150 Hz脉冲频率、1.0μs脉宽、放电间隙40μm。

改性硅溶胶封孔剂对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷绝缘性能和微观结构的影响

采用甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷对硅溶胶进行改性制得有机硅改性硅溶胶封孔剂,并通过浸渍和加热固化的方法对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片进行封孔处理。研究了固化温度和固化时间对封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片绝缘性能的影响,并对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片封孔前后的微观结构进行了表征。结果表明,较佳封孔条件为固化温度120℃、固化时间60 min,此时封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片的直流和交流击穿电压分别达到最大值10.76 kV和6.01 kV,1000 V绝缘电阻不低于9999 MΩ。封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片表面为改性硅溶胶涂层,呈致密无孔隙状态且与基体结合紧密,涂层厚度约为25μm,表面水接触角提高到86.93°,封孔层深度约为10μm。

大气等离子喷涂Y_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力

探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体系,采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。通过在1100、1300和1500℃对制备态涂层进行热处理,获得了具有不同微观结构的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。利用不同表征手段研究了YAG/Al_(2)O_(3)涂层抵抗1300℃CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现,经不同温度热处理的YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl_(2)Si_(2)O_(8)和Ca_(2)MgSi_(2)O_(7)。腐蚀机制研究发现,1100℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率,二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出,进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al_(2)O_(3)涂层热处理工艺优化提供了借鉴,并为通过微观结构优化调控YAG/Al_(2)O_(3)涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。

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。

掺杂Al_(2)O_(3)对LiNbO_(3)压电陶瓷组织和性能的影响研究

通过真空热压烧结法在900℃、35 MPa下保温120 min制备铌酸锂(LiNbO_(3),简称LN)压电陶瓷,研究掺杂不同含量的Al_(2)O_(3)对其压电性能的影响。通过物相、密度、微观组织、压电性能和介电性能分析发现,在0.5%~3%(摩尔分数)Al_(2)O_(3)掺杂量范围内,所有LN压电陶瓷样品的主体衍射峰位置相同、峰形尖锐,均为类钙钛矿结构;随着Al_(2)O_(3)掺杂量的增加,LN压电陶瓷晶粒尺寸逐渐减小,气孔增大、增多,密度和压电常数d_(33)均呈先增大后减小的趋势,均在Al_(2)O_(3)掺杂量为1%时达到最大,分别为4.65 g/cm^(3)和11.3 pC/N,此压电常数相较于激光烧结法制备的LN压电陶瓷提高了88.3%。在1 MHz测试频率下,LN压电陶瓷的相对介电常数随着Al_(2)O_(3)掺杂量的增加而逐渐增大。

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。

MgAlON-Al_(2)O_(3)复相陶瓷的热压烧结制备及性能

MgAlON与α-Al_(2)O_(3)的光学折射率相近,两种材料构成的复相陶瓷有望在保持较好光学性能的同时获得优化的显微结构及机械和热性能。本研究基于Van-de-Hulst理论对MgAlON-Al_(2)O_(3)复相陶瓷的光学透过行为进行预测,发现其理论直线透过率随α-Al_(2)O_(3)含量降低和晶粒尺寸减小而增大,且在波长为2μm处达86%。在热压烧结制备的复相陶瓷中,α-Al_(2)O_(3)通过晶界钉扎效应有效抑制了MgAlON晶粒的长大。随着烧结温度升高,复相陶瓷中的α-Al_(2)O_(3)含量下降,陶瓷的光学透过率上升,机械性能和热导率降低。1 500~1 650℃烧结的1 mm厚样品在波长为4μm处的最大直线透过率大于72.6%。其中,1 600℃烧结样品的最大直线透过率为76.1%,弹性模量为321.69 GPa,硬度为15.93 GPa,四点抗弯强度为268.09 MPa,断裂韧性为2.41 MPa·m^(1/2),热导率为13.98 W·m^(-1)·K^(-1)。

纳米Al_(2)O_(3)水雾射流下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究

纳米流体因润滑减摩性能优异而得到广泛应用,但纳米粒子水雾射流下摩擦副的摩擦磨损研究较少。本文开展纳米粒子水雾射流润滑下陶瓷和钛合金的摩擦磨损研究,分别制备0.10%,0.25%,0.50%,0.75%四种不同浓度的纳米Al_(2)O_(3)水溶液,进行两种线速度下纳米粒子水雾射流摩擦磨损对比实验,测试比较摩擦系数、磨损面积和磨痕形貌,并探讨摩擦磨损机理。实验结果表明,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流表现出最优的减摩润滑性能。相比于干摩擦,0.50%纳米Al_(2)O_(3)水雾射流在两种不同线速度(10m/min和45m/min)下的摩擦系数分别降低了87.68%和82.81%。在纳米粒子水雾射流下,氧化锆陶瓷与钛合金的主要磨损形式为磨粒磨损,纳米Al_(2)O_(3)发挥的类轴承和保护膜作用是降低摩擦磨损的主要原因。过量的纳米粒子易发生积聚,增大磨粒磨损及微剥落。

Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷力学性能和微观结构影响

以3Y-TZP、α-Al_(2)O_(3)、Sr(NO3)2为基础原料,掺杂了不同含量的Cr(NO_(3))_(3)·9H_(2)O,通过无压预烧和热等静压烧结结合的方式制备了SrO和Cr_(2)O_(3)共掺杂的ZTA复相陶瓷。研究了Cr_(2)O_(3)添加量对SrAl_(12)O_(19)-Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷微观结构和力学性能的影响。XRD衍射谱显示,随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,α-Al_(2)O_(3)和SrAl_(12)O_(19)的衍射峰向左偏移,晶胞参数逐渐增大。结合EDS分析推测,Cr_(2)O_(3)更偏向于进入SrAl_(12)O_(19)的晶格。微观结构显示,Cr_(2)O_(3)的加入促进了晶粒生长。随着Cr_(2)O_(3)添加量的增多,断裂韧性和抗弯强度先上升后下降。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.50 wt.%时力学性能最佳,其显微硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为18.45 GPa、6.9 MPa·m^(1/2)和910 MPa。

Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料研究进展

目前,航空发动机等高温部件对热结构材料性能要求日渐严苛。Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料(Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)CMCs)因具有优异的力学性能和抗氧化性,成为了热结构材料体系的研究热点。本文综述了Al_(2)O_(3)f/Al_(2)O_(3)CMCs的组成体系、主要性能和制备方法,并分析了该材料在相关领域的应用以及未来的发展趋势。

表面疏油Al_(2)O_(3)陶瓷膜的制备及表征

以氨水和无水氯化铝为原料,采用溶胶-凝胶法在SiC基体上制备了Al_(2)O_(3)陶瓷膜,以氟碳表面活性剂Capstone FS-50为改性剂,通过真空浸渍法对所制备的Al_(2)O_(3)膜进行疏油改性。结果表明,制备的膜孔径分布均匀,表面无裂纹和针孔缺陷,Capstone FS-50改性前后膜通量和孔结构几乎不变。Capstone FS-50能均匀附载在Al_(2)O_(3)膜表面,使其展现出良好的疏油性能(表面接触角最大为130°),在温度低于200℃时,改性陶瓷膜仍具有较好的疏油性和良好的耐磨性能。

ρ-Al_(2)O_(3)复合铝酸钙水泥烧结助剂对多孔碳化硅陶瓷性能的影响

为了提高多孔碳化硅陶瓷的性能,以绿碳化硅为主原料,石墨为造孔剂,用铝酸钙水泥(CAC)和水合氧化铝(ρ-Al_(2)O_(3))配制成复合烧结助剂(ρ-Al_(2)O_(3)-CAC),经1450℃保温3 h,制备多孔碳化硅陶瓷。研究了ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量(加入质量分数为2.5%~20%)对多孔碳化硅陶瓷物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:1)ρ-Al_(2)O_(3)-CAC能促进碳化硅的氧化,并与碳化硅氧化生成的SiO_(2)发生原位反应,形成玻璃-莫来石复相结合,同时还在结合相中引入气泡,气泡会随ρ-Al_(2)O_(3)-CAC加入量的增加而长大;2)当ρ-Al_(2)O_(3)-CAC的加入量为12.5%(w)时,制得的多孔碳化硅陶瓷综合性能最佳,其显气孔率为39.1%,室温弯曲强度为39.3 MPa,透气度为26.74 m^(3)·h^(-1)·kPa^(-1)·m^(-2),抗热震性最优。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

莫来石晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能

莫来石晶须(3Al_(2)O_(3)·2SiO_(2))由于结晶完美,具有良好的性能,如低的热膨胀和导热性,较高的热稳定性,高的抗蠕变和腐蚀稳定性,以及合适的强度和断裂韧性,使其成为需要耐高温和耐腐蚀性能应用的合适材料.探讨晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能.通过莫来石晶须的增韧作用,提高了陶瓷涂层的硬度,对陶瓷涂层的结构具有明显的改善.

轴承表面 Al_(2)O_(3) 基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测

为了提升轴承表面Al_(2)O_(3)基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测精度,提出基于光谱共焦原理的砂轮表面测量及磨粒特征参数量化方法,以砂轮表面的磨粒特征参数K,砂轮线速度vs,工件进给速度f,切削深度ap及法向磨削力F为输入参数,建立能够直接反映砂轮表面时变状态的工件表面粗糙度BP神经网络预测模型,并通过已知磨削样本及砂轮磨损后的4组未知样本对网络预测模型性能进行验证。结果表明:已知样本的BP网络模型粗糙度预测结果与实际结果的规律及数值较为一致,其网络输出误差均<±0.04μm;4组未知样本的网络预测精度下降,但其相对误差最大值的绝对值不超过20.00%。建立的包含砂轮表面磨粒特征参数的神经网络预测模型,可以适应砂轮磨粒磨损时变状态下的轴承表面Al_(2)O_(3)基陶瓷绝缘涂层的粗糙度预测,且其对未知样本具有一定的泛化能力。

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。

喷砂时间对TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层金属陶瓷刀片表面状态和磨损性能的影响

采用化学气相沉积法在金属陶瓷基体表面沉积了MT-TiCN/α-Al_(2)O_(3)/TiN涂层,再对CVD涂层金属陶瓷刀片进行喷砂处理,分析经不同喷砂时间处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面形貌、力学性能以及耐磨性能。结果表明:喷砂时间对涂层金属陶瓷刀片表面的冲蚀程度影响较大。未经喷砂处理的涂层表面粗糙度较高且存在较大的残余拉应力,而喷砂处理后的涂层金属陶瓷刀片的表面粗糙度与表面残余应力大幅下降,且表面硬度和耐磨性大幅提高。当喷砂时间为10s时,涂层金属陶瓷刀片获得了最低的表面粗糙度,与未喷砂的涂层刀片相比,表面残余拉应力降低了85%。基于不同喷砂时间处理后的涂层表面粗糙度、硬度、残余应力以及后刀面磨损形貌,得到的最佳喷砂时间为10s。

活性金属Ni d电荷密度对Ni_(2)P/Al_(2)O_(3)催化剂菲加氢性能的影响

高温煤焦油中菲含量高,将菲深度加氢饱和得到全氢菲,可提升菲利用率,且全氢菲密度大,热值高,可作为喷气燃料理想组分。然而,在菲加氢反应过程中菲与中间加氢产物的竞争吸附不利于菲在催化剂上吸附活化,且对称八氢菲进一步加氢是菲加氢饱和过程的速控步骤,其吸附活化困难不易解决,催化剂活性难以满足加氢需求。根据稠环芳烃与过渡金属间π络合吸附机理,在反应物吸附活化过程中,稠环芳烃分子和活性金属分别充当电子供体和电子受体,故Ni基催化剂中活性金属Ni处于缺电子状态时利于生成全氢菲,但关于Ni缺电子量及其电子结构如何影响催化剂菲、对称八氢菲加氢性能的原因需进一步探究。此外,基于负载型Ni_(2)P催化剂稳定性高、耐硫、耐氮性强等优势,采用次磷酸盐歧化法通过调变P/Ni物质的量比制备具有不同Ni d电荷密度的Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂,考察Ni d电荷密度对菲、对称八氢菲吸附和反应性能的影响规律。结果表明,在320℃、5 MPa、空速1 309 h-1反应条件下,Ni-2.5P/Al_(2)O_(3)催化剂转换频率fTO最高(44.64×10^(-3)s^(-1))。通过吸附活化熵描述菲、对称八氢菲与催化剂表面间相互作用强度,发现菲、对称八氢菲在不同Ni-xP/Al_(2)O_(3)催化剂表面吸附强度不同。通过定量计算Ni d电荷密度,明确了Ni2P/Al_(2)O_(3)催化剂用于菲加氢反应时适宜Ni d电荷密度约-0.24 e,对称八氢菲加氢反应适宜的Ni d电荷密度约-0.05 e。

Al_(2)O_(3)陶瓷发汗结构抗烧蚀性能研究

笔者应用光固化增材制造技术制备了具有485μm微孔、32.84%孔隙率的Al_(2)O_(3)陶瓷基体,并通过压力浸渗工艺将铝硅耗散剂致密地填充至陶瓷基体的微孔中,形成了Al_(2)O_(3)陶瓷发汗结构。研究结果表明:光固化增材制造成形的Al_(2)O_(3)陶瓷弯曲强度不小于216 MPa,弯曲模量不小于273 GPa,具有良好的力学承载能力;AlSi耗散剂与Al_(2)O_(3)陶瓷基体间存在界面反应,使得耗散剂致密地填充至陶瓷基体的微孔中;烧蚀过程中AlSi耗散剂从基体微孔中溢出并液化、气化,对于基体具有优异的保护作用,可以实现结构件1 800℃以上的烧蚀维形。

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。