Ti/Al2O3梯度材料的结构设计与制备

摘要：选择Ti／Al2O3体系的梯度功能材料，利用有限元软件分析制备过程中产生的残余热应力后，得到最佳组成分布指数P=0．80，按照此设计结果利用热压烧结工艺制备出结构致密、形貌完整的Ti／Al2O3梯度功能材料，并对其进行了显微组织结构分析。     

Ti/TiAl微层板的高温氧化机理研究

对前期采用电子束物理气相沉积法制备的Ti/TiAl微层板进行了高温氧化研究,利用XRD、SEM、EDS对涂层的相结构变化、表面形貌、化学成分进行了实验分析。结果表明,随着温度升高,Al向富Ti区域的扩散越来越快,界面融混现象愈加严重。微层板的高温氧化机制为：Ti原子的不断外扩散使氧化膜中各层的Ti含量都有增加,Al2O3和TiO2分别具有热力学生成优势和动力学生长优势,表面氧化由最初的Al2O3膜逐渐向(TiO2 Al2O3)及TiO2过渡。     

TiO_2包覆Al_2O_3载体的制备及表征

采用钛酸丁酯溶胶凝胶法制备一系列不同Ti/Al摩尔比的Al2O3-Ti O2复合载体,借助TG-DTG、XRD、FT-IR、SEM-EDS、BET等手段对载体进行表征.研究表明,钛酸丁酯的浓度直接影响壳层Ti O2的均匀性以及团聚情况.Ti/Al的合适摩尔比例为0.02~0.04,此时包覆层比较均匀.随着钛酸丁酯浓度的增加,Al2O3-Ti O2比表面积、孔容逐渐下降,可能由于加入低表面积的Ti O2,阻塞了Al2O3孔道.当p H范围为1~2,溶胶稳定透明,载体比表面积较大,约为199 m2·g-1.     

Al_2O_3基陶瓷材料与硬质合金摩擦的应力分析

利用ANSYS有限元分析软件对5种Al2O3基陶瓷材料(纯Al2O3、Al2O3/TiC、Al2O3/(W,Ti)C、Al2O3/Ti(C,N)和Al2O3/SiCw)在MRH-3环块磨损试验机上与硬质合金摩擦进行模拟仿真,得到摩擦磨损过程中的应力及分布,并与室温下的磨损实验结果相比较,同时还探讨了不同添加剂的Al2O3基陶瓷的磨损机理.结果表明:不同成分的Al2O3基陶瓷材料在摩擦磨损过程中最大主应力位于摩擦副接触区中心,最大剪应力位于摩擦副接触区边缘;载荷对主应力和剪应力大小的影响比转速的影响大;在相同的摩擦条件下,受到合应力越大的陶瓷其磨损率越大;合应力越大的陶瓷磨损后陶瓷表面越容易产生微裂纹.5种Al2O3基陶瓷磨损率的大小为:Al2O3Al2O3/(W,Ti)CAl2O3/Ti(C,N)Al2O3/TiCAl2O3/SiCw.     

锐钛矿型氧化钛在高钙体系下的反应行为

对锐钛矿型Ti O2在高钙体系下的反应进行了热力学和动力学分析,确定了理论上能发生的反应,计算了活化能和反应级数并判断出反应控制类型.通过实验研究了锐钛矿型Ti O2在Ti O2-Ca O-Na Al O2体系下的反应行为.结果表明,在Ti O2与Ca O物质量的比为1,反应1 h,铝酸钠溶液中Na2O的质量浓度为220 g/L,Na2O与Al2O3物质量的比为3.1的条件下,随着温度的升高,首先Ti O2与Na OH反应生成Na2Ti O3,Ca(OH)2和Na Al(OH)4反应生成3Ca O·Al2O3·6H2O,反应产物3Ca O·Al2O3·6H2O与Na2Ti O3反应最终可以得到稳定的Ca Ti O3.锐钛矿型Ti O2可在220℃以上完全转型为Ca Ti O3,升高温度能促进钛向最终物相Ca Ti O3的转型.     

钛合金化过程对钢液洁净度的影响

重点考察了 Ti 合金化过程中影响 Ti 收得率的主要因素，并对比分析了 Ti 合金化前后夹杂物的物相变化及夹杂物的去除效果.控制氧活度 a[O]<350×10?6，Al、Ti 合金加入时间间隔大于3 min，可以保证 Ti 收得率>85%；当a[O]>350×10?6时，需控制 Al、Ti 合金加入时间间隔为5 min 以上.相同 a[O]和[Al]s 情况下，延长 Al、Ti 加入时间间隔可以有效提高 Ti 收得率. RH 处理过程中，钢包内当量直径>200μm 的 Al2O3夹杂物在5 min 内基本可以上浮去除，但相同尺寸的 A-Ti-O 复合夹杂的去除时间要比 Al2O3长1～2 min. Ti 合金加入后，Al2O3夹杂物周围会形成Al-Ti-O 的复合夹杂，这些夹杂物的形成降低 Ti 的收得率.     

助剂对负载型金催化剂催化氧化甲醛的影响

采用等体积浸渍法制备了3种不同助剂的Au/Fe Ox/Al2O3、Au/Ce O2/Al2O3、Au/Ti O2/Al2O3纳米金复合催化剂,其中Au负载量为1%(质量分数).利用XRD、BET和透射电镜(TEM)技术对催化剂进行表征,并通过室温催化氧化甲醛进行活性评价.结果表明:在3种不同助剂的复合催化剂中,Au/Fe Ox/Al2O3、Au/Ce O2/Al2O3表现出较好的甲醛催化氧化活性.其中,1%Fe Ox为助剂的复合催化剂的甲醛完全转化率最高.     

Al2O3／W层状复合材料性能及微观结构研究

本文利用离心注浆成型法成膜，热压烧结制备了Al2O3/W层状复合材料，研究了Al2O3层、金属W层厚度对材料性能的影响，利用XRD、SEM对金属W层的组成及材料微观结构进行了分析和观察，探讨了层状复合材料的微观结构和金属层的组成变化对材料性能的影响。     

TiO2电解制取Al-Ti合金

采用工业铝电解质体系,在Na3AlF6 Al2O3中加入TiO2,在熔融状态下电解,直接得到Al Ti合金·利用扫描电镜对产物的形貌和化学成分做了分析,结果表明实验可行,合金中Ti的质量分数可达到9%以上,超过已往文献报道·而且Ti与Al以化合物的形式存在·此类产品可作为母合金使用·对熔盐电解法制备Al Ti合金的机理作了初步探讨,认为与Al Si合金的形成具有相似的机理:Al还原了TiO2中的金属Ti,与预先放置的铝(阴极)构成Al Ti合金;Ti与Al同时在阴极析出,形成Al Ti合金·保持一定的条件,电解能够始终进行·     

超塑性高温发泡制备闭孔多孔Al2O3基陶瓷

分别以纳米和亚微米Al2O3粉末为原料,MgO为掺杂剂,SiC为高温发泡剂,利用Al2O3基陶瓷具有超塑性变形能力的特点,制备了闭孔多孔Al2O3基陶瓷.研究了不同粒径Al2O3粉末和不同MgO含量对Al2O3基多孔陶瓷开口气孔率、闭口气孔率及微观结构的影响,考察了Al2O3基多孔陶瓷的物相组成,探讨了闭口气孔在Al2O3基多孔陶瓷烧结过程中的形成机理.研究结果表明,以纳米Al2O3粉末制备的Al2O3基多孔陶瓷具有更低的开口气孔率,仅为13%,而闭口气孔率可达132%,且其闭孔孔径尺寸约为1~2μm.坯体中MgO与Al2O3反应完全,多孔陶瓷的物相组成仅为Al2O3和MgAl2O4.     

SiC/Ti(C,N)/Al2O3陶瓷复合材料的抗热震性能设计及其切削应用

抗热震性能是结构陶瓷材料的重要性能之一．以抗热震断裂参数表征材料的抗热震性能，采用理论与实验相结合的方法，建立了基于抗热震性能的陶瓷复合材料的组分设计模型，并采用计算机辅助优化设计技术求得材料的最优组分．结果表明：当Ti（C，N）和SiC的体积含量分别为10．4％和27．1％时，该材料具有最高的抗热震性能，比纯氧化铝陶瓷提高约55％．在此基础上，利用热压技术制得一种SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷材料．将该材料制成切削刀具，并在切削实验中通过设计切削条件使得刀具主要承受热载荷和热应力的作用，从而发生热）中击破损．实验发现，SiC／Ti（C，N）／Al2O3复合陶瓷刀具切削淬火钢时的抗热）中击破损性能较纯Al2O3陶瓷提高约62-68％，与抗热震性能设计的理论预测基本吻合．这表明，该设计方法是可行的．     

铝基复合材料的活性液相扩散焊新工艺

为优化中间层合金系的设计,对液相扩散焊过程中陶瓷颗粒/金属(P/M)界面的弱化、强化及断裂模式进行了研究,发现在采用纯Cu箔的Al_2O_3p/Al复合材料液相扩散焊件的剪切断口上,Al_2O_3颗粒未破裂,断口上所有Al_2O_3颗粒及部分金属表面光滑,无粘结物生成,表明P/M界面结合弱而呈"界面脱粘"断裂方式.为此,提出了一种旨在改善P/M弱界面润湿性的新工艺--活性液相扩散焊,要求所用中间层内必须同时含有降熔元素及可与陶瓷增强相反应的活性元素(Ti).当Ti含量较低时,Al_2O_3颗粒增强相表面上出现细微、凹凸不平且不连续的界面粘结物(反应物);当Ti含量较高时,P/M界面可形成强力结合,剪切测试中足以使一些陶瓷颗粒本身破裂.     

纳米SiO2-Al2O3聚酰亚胺杂化薄膜的制备及表征

采用溶胶凝胶法制备了二氧化硅及三氧化二铝溶胶,将其掺入聚酰胺酸基体中,得到SiO2-Al2O3聚酰亚胺杂化薄膜,对膜的结构性能进行了研究和表征.结果表明,薄膜材料中SiO2和Al2O3粒子分散均匀,与有机相存在键合,材料热分解温度有所提高.     

纳米Al2O3/PVAc复合材料的制备与表征

用硝酸铝和碳酸铵为原料,以聚乙二醇为分散剂,采用溶胶-凝胶法制备了纳米Al2O3溶胶.用液-液混合分散法将制得的纳米Al2O3溶胶分散于聚醋酸乙烯酯(PVAc)的丙酮溶液中,得到无色透明的纳米Al2O3/PVAc复合溶胶,将溶胶刮涂制膜,得无色透明的Al2O3/PVAc复合膜.用透射电子显微镜和拉曼光谱对复合材料进行了表征.激光粒度分析仪分析表明,Al2O3在PVAc粒径在30～35 nm范围内,平均密度31.2 nm、体积平均27.5 nm、数均25.3 nm .Zeta电位值为-42.5 mV.并对Al2O3/PVAc复合溶胶进行紫外吸收测试,结果显示,与纯PVAc溶液相比,最大吸收峰蓝移10.4 nm,且吸光度增加2.3倍.     

MOCVD法制备金属-陶瓷功能梯度材料的研究

利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法，以Mo（CO）6，Si（OC2H5）4为物源，在Al2O3陶瓷基片上制备了金属一陶瓷功能梯度材料，并用XPS，XRD，SEM等技术对其成分分布，物相组成和表面形貌进行测试和表征，结果表明：材料的组成沿厚度方向呈连续梯度变化，符合功能梯度材料的变化规律。     

金属－金属相互作用对Rh＿2Co＿2／Al＿2O＿3催化剂吸附性能的影响

用ＣＯ和ＮＯ双分子探针－ＩＲ技术研究了双金属Ｒｈ－Ｃｏ／Ａｌ＿２Ｏ＿３催化剂的Ｒｈ－Ｃｏ相互作用对其吸附性能的影响。结果表明，由Ｒｈ＿２ＣＯ＿２（ＣＯ）＿（１２）簇合物制得的Ｒｈ＿２ＣＯ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３中的Ｒｈ－Ｃｏ相互作用强，使其在６７３ＫＨ＿２还原后产生一种新的线式ＣＯ吸附的Ｃｏ中心。此Ｃｏ中心对ＣＯ和ＮＯ的吸附性能不同于Ｃｏ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３（由Ｃｏ＿２（ＣＯ）＿８制得）上的Ｃｏ中心。由金属盐共浸制得的（Ｒｈ＋Ｃｏ）／Ａｌ＿２Ｏ＿３中的Ｒｈ－Ｃｏ相互作用弱，Ｃｏ中心对ＣＯ和ＮＯ的吸附性能与单金属Ｃｏ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３相同。Ｒｎ＿４／Ａｌ＿２Ｏ＿３（由Ｒｈ＿４（ＣＯ）＿（１２）制得）上３种ＣＯ吸附的Ｒｈ中心对ＣＯ和ＮＯ的吸附能力也存在明显差异：在孪生ＣＯ吸附的Ｒｈ中心上，ＣＯ强于ＮＯ；在线式ＣＯ吸附的Ｒｈ中心上，ＣＯ与ＮＯ相近；在桥式ＣＯ吸附的Ｒｈ中心上，ＣＯ弱于ＮＯ。ＣＯ在Ｃｏ＿２／Ａｌ＿２Ｏ＿３上不产生分子吸附态。     

Microstructure and properties of mullite-based porous ceramics produced from coal fly ash with added Al_2O_3

Using coal fly ash slurry samples supplemented with different amounts of Al_2O_3,we fabricated mullite-based porous ceramics via a dipping-polymer-replica approach,which is a popular method suitable for industrial application.The microstructure,phase composition,and compressive strength of the sintered samples were investigated.Mullite was identified in all of the prepared materials by X-ray diffraction analysis.The microstructure and compressive strength were strongly influenced by the content of Al_2O_3.As the Al/Si mole ratio in the starting materials was increased from 0.84 to 2.40,the amount of amorphous phases in the sintered microstructure decreased and the compressive strength of the sintered samples increased.A further increase in the Al_2O_3 content resulted in a decrease in the compressive strength of the sintered samples.The mullite-based porous ceramic with an Al/Si molar ratio of 2.40 exhibited the highest compressive strength and the greatest shrinkage among the investigated samples prepared using coal fly ash as the main starting material.     

陶瓷刀具硬态车削铁基烧结合金的磨损性能

通过对Al2O3／(W，Ti)C陶瓷刀具硬态车削铁基烧结合全的试验研究，分析了刀具的磨损特性及机理，探讨了切削参数、材料特性对刀具磨损的影响．结果表明：Al2O3基陶瓷刀具是硬态车削铁基烧结合金的一种较理想的刀具材料，其主要磨损机制为伴随有微崩刃和剥落的磨粒磨损和粘附磨损；当切削速度过高时，刀具的破损为主要失效形式．     

Al-Mg合金直接氧化Al2O3形成模型

根据对Al-Mg合金直接氧化合成Al/ Al2O3存在Mg的挥发及线性生长动力学特点的分析,在把表面MgO形成过程看成是Al2O3向MgO中的溶解过程并认为MgO部分为n型氧化物时,氧化过程有利于Al2O3的形成:Al-Mg合金直接氧化过程中,Mg的挥发满足Al2O3形成的两个条件,Mg挥发促进表层P型MgO的生长和内层n型MgO中Al2O3的形成,促进MgO向MgAl2O4的转变过程;MgAl2O4在Al2O3的形成中起重要作用,MgO向MgAl2O4转变过程中,生长应力导致MgAl2O4中形成间隙,Al熔体通过此间隙向氧化前沿进行渗流输运;Al2O3的生长动力学取决于MgO向MgAl2O4转变的速度,MgO向MgAl2O4转变速度加快是Al/Al2O3生长动力学呈线性关系的根本原因.