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。

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。

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。

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。

纳米结构Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的热压烧结和性能研究

笔者通过溶胶-凝胶燃烧法成功合成了Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)纳米粉体,研究了ZrO_(2)与热压烧结工艺对Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)固溶体透明陶瓷组织与性能的影响。结果表明,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-ZrO_(2)粉体晶粒尺寸随ZrO_(2)掺入量的增加而减小。热压过程中,ZrO_(2)可以有效抑制晶界迁移,提高陶瓷致密度、透过率及强度和韧性。在优化的1300℃,30 min,40 MPa工艺下烧结,Y_(2)O_(3)-Sc_(2)O_(3)-10 mol%ZrO_(2)固溶体透明陶瓷的综合性能最好,其平均晶粒尺寸仅94 nm、致密度98.5%、硬度10.44 GPa,断裂韧性1.42 MPa·m^(1/2)、在3~6μm红外波段最大透过率达到72%。

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。

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。

闪烧致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的微观结构及力学性能

以α-Al_(2)O_(3)和氧化钇稳定氧化锆粉体为原料,无压烧结制备致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷,在临界电场下进行热处理后,对Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的微观结构和力学性能进行研究。结果表明:在900 V/cm的电场下,烧结致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷的闪烧起始炉温为308℃。在炉温为1200℃、电场为700 V/cm的条件下,闪烧致密Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)复相陶瓷原位合成Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶结构。闪烧陶瓷主要分为复相区、过渡区和共晶区3个区域。复相区的微观结构与烧结陶瓷相似,形状不规则的Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)相均匀分布;过渡区晶粒异常长大,粗大的Al_(2)O_(3)和ZrO_(2)相均匀分布;共晶区则呈现典型的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶结构。共晶区的维氏硬度和韧性分别为17.94 GPa和3.51 MPa·m^(1/2),与采用定向凝固技术制备的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶陶瓷的力学性能相当。

Y_(2)O_(3)添加量对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)(Y_(2)O_(3))共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2μm范围内变化。力学测试表明,Y_(2)O_(3)摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO_(2)及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22)GPa;当Y_(2)O_(3)摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y_(2)O_(3)的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y_(2)O_(3)摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^(1/2),这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。

熔铸AZS33材料中Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶体结构研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器研究了熔铸AZS33材料表面到内部的显微结构差异,尤其是Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶体的结晶形态以及共晶体中Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)物相共存关系的变化。结果表明:AZS33材料中Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶体主要呈胞状形态,是熔体凝固时的成分过冷造成的。AZS33材料中的Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶体主要以小平面-非小平面的方式耦合生长,Al_(2)O_(3)结晶的各向异性控制着共晶体的结晶生长过程。在内部结晶区,柱状或胞状Al_(2)O_(3)-ZrO_(2)共晶体边缘的斜锆石形态发生“粒状”向“棒状”的转变是结晶潜热的释放和最小界面能共同作用的结果。

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

钎焊参数对Al_(2)O_(3)陶瓷/304不锈钢接头组织和性能的影响

本工作采用Ag-Cu-Ti钎焊了Al_(2)O_(3)陶瓷和304不锈钢,分别研究了钎焊温度和保温时间对Al_(2)O_(3)陶瓷/304不锈钢接头组织和性能的影响规律。试验结果表明:接头组织为Al_(2)O_(3)/Cu_(3)Ti_(3)O+TiCu/Ag(s,s)+Cu(s,s)+TiCu/Cu_(0.8)Fe_(0.2)Ti/Fe-Cr/304。当钎焊温度较低、保温时间较短时,Cu_(3)Ti_(3)O反应层较薄,Al_(2)O_(3)陶瓷与钎缝的结合较弱;在900℃保温10 min时,Cu_(3)Ti_(3)O反应层厚度为2.5μm,接头最大剪切强度为130.54 MPa;继续提高钎焊温度和延长保温时间,Cu_(3)Ti_(3)O反应层过厚,降低了钎缝的塑性变形能力。Cu_(3)Ti_(3)O反应层厚度是影响连接质量的关键。

Al_(2)O_(3)添加量对Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)陶瓷微波介电性能的影响

采用固相反应法合成Li_(2)ZnTi_(3)O_(8),然后添加Al_(2)O_(3)(添加量为Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)质量的0~7%)制备Al_(2)O_(3)/Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)复合微波介电陶瓷,研究Al_(2)O_(3)添加量对复合陶瓷微观结构与介电性能的影响。结果表明,复合陶瓷主相为立方结构Li_(2)ZnTi_(3)O_(8),随Al_(2)O_(3)添加量增加,逐渐生成ZnAl_(2)O_(4)和TiO2第二相,这2种物质对陶瓷的微波介电性能有很大影响。Al_(2)O_(3)的添加可抑制Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)晶粒的生长。烧结温度为1100℃、Al_(2)O_(3)添加量为1%时,Al_(2)O_(3)/Li_(2)ZnTi_(3)O_(8)复合微波介电陶瓷获得最佳介电性能,介电常数εr≈26.1,Q×f≈87900GHz,谐振频率温度系数τf≈13.3×10^(-6)℃^(-1)。

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。

MnO_(2)-CuO-TiO_(2)共掺Al_(2)O_(3)陶瓷低温烧结和微波介电性能的研究

作为重要微波介质材料之一,Al_(2)O_(3)陶瓷介电性能优良,在微波电路方面得到广泛应用。但Al_(2)O_(3)陶瓷的烧结温度较高,制备工序需消耗大量能源。低成本降低烧结温度对Al_(2)O_(3)陶瓷的进一步发展具有重要意义。本论文通过MnO_(2)-CuO-TiO_(2)掺杂实现了Al_(2)O_(3)陶瓷的低温烧结,并对其烧结行为和微波介电性能进行了研究。结果表明,MnO_(2)、CuO、TiO_(2)的质量分数分别为0.7%、0.5%、0.8%时,复合掺杂可以大幅降低Al_(2)O_(3)陶瓷的烧结温度,所获陶瓷具有良好的微波介电性能。在烧结温度为1250℃时,Al_(2)O_(3)陶瓷的密度可达3.92 g/cm^(3),介电常数εr=10.02,品质因子与谐振频率的乘积Q×f值为51239 GHz。Ti^(4+)、Mn^(4+)、Cu^(2+)固溶导致Al_(2)O_(3)晶格扭曲活化,以及低共熔物形成是促进Al_(2)O_(3)陶瓷低温烧结的原因。