Al2O3/TiCN陶瓷刀具材料的抗热震性能及断裂机理研究

用传统的淬火法对Al2 O3 TiCN陶瓷刀具材料的抗热震性能进行了详细的研究 ,发现该种陶瓷刀具材料的临界热震温差为 32 0℃ ;当温差超过 32 0℃时 ,强度有明显的下降。通过对热震后试样表面的显微观察发现 ,试样表面出现横向裂纹。理论分析表明第一类和第二类热应力的共同作用是材料热震开裂的原因     

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．     

氧化锆纤维增强的氧化铝陶瓷的抗热震性能

在1 650℃下制备氧化锆纤维增强的氧化铝陶瓷复合材料,研究氧化锆纤维添加量对氧化铝陶瓷抗热震性能的影响。结果表明,在温差为1 400℃的循环空冷条件下,加入氧化锆纤维可以明显提高氧化铝陶瓷的热震次数。当添加纤维质量分数为15%时,复合材料热震次数达到最高为30次,比纯氧化铝陶瓷提高20次;复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别比纯氧化铝陶瓷提高62.2%和38.9%,气孔率为6.71%。复合材料力学性能的提高以及适当的气孔率是其抗热震性提高的主要原因。     

层状多孔Al2O3/ZrO2陶瓷热机械行为研究

采取凝胶注模工艺层层沉积制备梯度氧化铝/氧化锆多孔陶瓷,研究了层状多孔氧化铝/氧化锆陶瓷的抗热震行为.研究结果表明,同单层多孔陶瓷相比,层状多孔陶瓷表现出更加优良的抗热震性能.临界抗热震温差由气孔率为32%的单层结构的300℃上升到层状结构的500℃,且层状结构多孔陶瓷在温差高达1100℃淬火后剩余强度为30MPa,而单层陶瓷在温差800℃淬火后仅为20MPa.     

表面活性剂对Al2O3基泡沫陶瓷性能的影响

采用三维网状的聚氨酯有机泡沫体作为载体制备Al₂O₃基泡沫陶瓷。选用了不同质量分数的木质素磺酸钙溶液作为表面活性剂对泡沫进行了表面活化,研究表面活性剂加入量对氧化铝基小孔泡沫陶瓷过滤器性能的影响。研究表明:随着活化剂质量分数的增大,试样的抗压强度和热震稳定性先升后降,当活化剂木质素质量分数为1.0%时,泡沫陶瓷性能最好,此时强度达到1.147 MPa,热震循环次数达到11次。     

添加TiC对纳米Si3N4陶瓷热震行为的影响

采用热压烧结法制备含不同质量分数TiC的纳米Si3N4陶瓷材料,研究TiC的添加对其力学性能与热震行为的影响.研究发现适量TiC颗粒的添加提高了纳米Si3N4陶瓷的力学性能,最佳添加量为10%;强度和韧性的提高以及裂纹偏转的存在使纳米Si3N4陶瓷的热震临界温差和热震循环疲劳性能得到改善.     

450℃～20℃循环温度幅下车轮铸钢热疲劳破坏行为探讨

研究了一种铸钢车轮材料在450℃～20℃热循环下破坏行为．试样在经受热疲劳实验之后，利用光学显微镜和扫描电镜分别对试样表层、次表层和断口进行观察，综合得到试样的热疲劳破坏机理．研究发现，试样表面未出现明显的破坏，仅有一些腐蚀坑和微裂纹；次表层上主要分布着少量细小的氧化腐蚀坑，次表层和表层的失效非常吻合．试样断口上发现了一些二次裂纹和典型的局部脆性断裂特征，这表明尽管试样表面破坏尚不明显，但试样内部已经出现了开裂现象．实验还发现试样内部的一些夹杂物成为一种重要的热疲劳裂纹源，断口二次裂纹优先沿着试样内部的一些缺陷扩展．     

CuO掺杂对10NiO-NiFe2O4陶瓷致密化烧结及其力学性能的影响

采用冷压成型和常压烧结工艺制备CuO掺杂10NiO-NiFe2O4陶瓷,研究CuO掺杂量对10NiO-NiFe2O4陶瓷的致密度、抗折强度及热震稳定性的影响。结果表明,在1 300℃烧结温度下,掺杂CuO能够有效提高10NiO-NiFe2O4陶瓷的致密度,其中添加6%CuO试样的相对密度（95.55%）最大;掺杂CuO可大幅提高10NiO-NiFe2O4陶瓷的抗折强度,其中添加8%CuO试样的抗折强度（139MPa）最高,且在800℃下经过1次和3次热循环后,该试样的抗折强度损失率仅分别为5.7%和8.6%,表现出良好的抗热震性能。     

多相复合陶瓷刀具材料热压过程的计算机模拟与工艺设计Ⅰ——温度场模拟与工艺设计

建立了陶瓷刀具材料热压过程的传热模型,并以Al2O3／SiC／(W,Ti)C多相复合陶瓷刀具材料为例,通过采用计算机模拟技术对坯体温度场的研究,进行了相应的热压工艺设计．结果表明：升降温速率的大小及烧结前气孔的存在对坯体内温度场影响较大．综合考虑材料性能和制各效率的要求,在本试验条件下,升温速率以0．5～0．75℃／s而降温速率以0．33℃／s为宜．从温度场的角度来看,在陶瓷刀具材料热压成型之前,应先冷压成坯,以提高坯体的初始相对密度,降低热压过程中的温差,改善材料的物理力学性能。     

镁合金表面反应热喷涂陶瓷涂层制备及性能

采用SHS反应火焰喷涂技术,把Al-CuO系铝热剂引入到喷涂材料中,在AZ91D表面成功制备了Al2O3基复相陶瓷涂层.试验结果表明,SHS反应热喷涂层抗热震性明显优于普通热喷涂层,热震次数可达40次左右,若辅以Ni-Al打底,喷后重熔工艺可使涂层热震到50次时仍完好无损;喷涂试样耐蚀性随着致密性的增大而提高,反应热喷涂层耐蚀性比基体提高36倍;Ni-Al打底,喷后重熔后可提高至基体的160倍:清漆封孔后几乎不发生腐蚀,耐蚀性最好.     

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性，降低装置传导和辐射漏热，提高样品的温度均匀性，基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布，对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明：Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.211 5、4.219 4 K,温度基本一致，且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数；当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸，试样表面发射率低至0.01时，试样自身温度最为均匀，两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布；小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响，自身温差始终保持最小。     

黏土加入量对Al_2O_3基泡沫陶瓷过滤器性能的影响

采用有机泡沫浸渍制备Al2O3基泡沫陶瓷,研究黏土加入量对陶瓷性能的影响。研究结果表明:随着黏土含量的增加,试样的热震稳定性先升后降,抗压强度先升后降、又略有上升。黏土质量分数为6%时,泡沫陶瓷性能最好,此时抗压强度为1.70 MPa,热震循环次数为12次。     

SiO2-B2O3-ZrO2陶瓷涂层的制备及性能

采用料浆法以水玻璃为粘结剂在不锈钢基体表面制备了主要组成为SiO₂-B₂O₃-ZrO₂的陶瓷涂层。利用XRD、TG-DTA、SEM分析了陶瓷涂层的相组成及显微组织，并测试了涂层的抗热震性能和显微硬度。结果表明，当陶瓷骨料(g)与水玻璃(mL)的比例为1∶20时,在850℃下保温30min可得到结构致密的陶瓷涂层；在800℃下涂层经热震31次无裂纹，无脱落，表面显微硬度达到456.8MPa；所制备的陶瓷涂层与不锈钢基体之间不仅有机械物理的嵌合，还存在元素扩散，涂层与基体密着性好，结合紧密。     

内燃机排气余热回收温差电单偶的模拟分析

选取Bi2Te3和CoSb3两种温差电材料对温差电单偶建立了数学模型,导出温差电单偶的功率和效率计算公式,分析冷热端陶瓷片表面温度、温差电单偶长度以及表面对流传热系数对温差电单偶性能的影响,并对比两种材料在相同条件下的性能.分析结果表明:提高热面温度、降低冷面温度、缩短温差电单偶的长度和提高热表面对流传热系数均可以提高温差电单偶的最大输出功率,但最大转换效率却不能随之持续增大,缩短温差电单偶的长度甚至会使最大转换效率降低.两种材料的温差电单偶相比较,Bi2Te3材料制成的温差电单偶更适用于对600,K以下的低温热量进行回收,而CoSb3材料制成的温差电单偶则更适用于对内燃机排气等700,K以上的中高温热量进行回收.     

前驱粉粒径对(Pb_(0.945)Bi_(0.027)La_(0.01))(Nb_(0.95)Ti_(0.0625))_2O_6压电陶瓷结构和电学性能的影响

在固相法制备陶瓷试样的过程中分别采用高能振动球磨法(I类试样)和普通行星式球磨法(II类试样)制备得到具有不同平均粒径的前驱粉体,研究了前驱粉体粒度对该陶瓷的预烧性能、烧结性能、相结构、显微结构、介电和压电性能的影响。高能振动球磨法获得的前驱粉体在725℃预烧即可得到纯三方相,而采用普通行星式球磨法获得的前驱粉体在900℃预烧才能得到纯三方相。Ⅰ类试样获得纯正交铁电相的烧结温度为1 170~1 185℃,而Ⅱ类试样获得纯正交铁电相的烧结温度为1 180~1 190℃。Ⅰ类试样的晶粒各向异性显著降低。两类陶瓷的介电性能差异并不显著,在室温至400℃温度范围内陶瓷的介电常数均没有明显改变。在1 180℃烧结的Ⅱ类陶瓷试样具有较大的压电常数(d33=87pC/N),而Ⅰ类陶瓷试样的压电常数略低。     

镍基热喷涂层对列车车轮铸钢抗制动热疲劳损伤作用机制探讨

这里主要研究了镍基热喷涂层对车轮铸钢材料抗热疲劳的作用机制,分别对有涂层试样和未涂层试样进行了450～20℃温度幅下热疲劳试验.研究发现,镍基涂层试样在涂层表面出现一些腐蚀坑和微裂纹,但具有层状结构的韧性镍基涂层未出现剥落现象,涂层层状结构阻碍了涂层裂纹向基体的传播,镍基涂层很好地避免了基体材料的热疲劳损伤.而在同等条件下,未涂层试样不论是表面还是断口处都已经遭受到了较为严重的破坏.     

镁质复合滑板材料的研究与开发

以优质电熔镁砂、烧结镁铝尖晶石为主要原料，采用纸浆废液作为结合剂研究镁质复合滑板材料。为了提高材料的热震稳定性，在基质中加入一定量电熔镁砂、镁铝尖晶石和α—Al2O3细粉。原料经过混炼、成型、干燥后在1760℃的高温隧道窑中烧成。通过对试样进行性能检测与分析得出结论：对于镁质复合材料，尖晶石以预合成形式或以再生形式加入在基质中，随着加入量增加，材料的热震稳定性都提高，常温耐压强度先降低后增大。     

碳陶瓷复合材料抗氧化性能研究

将ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ等碳化物陶瓷粉末与碳粉混合，采用热压烧结工艺制备碳陶瓷复合材料。对碳质量分数ｗＣ分别为０．１，０．２，０．３，０．４，０．５的５种碳陶瓷复合材料，在８００℃、１０００℃和１３００℃高温空气中的氧化性能进行了研究。结果表明，碳陶瓷复合材料在ｗＣ＜０．２时，抗氧化性很好；在ｗＣ＞０．３时，氧化速率加快。氧化后试样表面的ＸＲＤ谱和ＳＥＭ下的微观结构研究表明，氧化过程中碳陶瓷复合材料晶粒表面形成了ＳｉＯ２和Ｂ２Ｏ３固溶体薄膜，阻止了材料的进一步氧化。     

氮化物颗粒补强石英基复合材料的制备和性能研究

热压制备了氮化物颗粒补强石英基复合材料,研究了氮化物颗粒的引入对石英基复合材料力学性能、介电性能和热学性能的影响．结果说明,氮化物颗粒的引入对石英基复合材料的力学性能有显的补强增韧作用;介电损耗在指标值以内,且随测试温度变化不大;以AlN为第二相的石英基复合材料其临界热震温差在600℃左右,复合引入AlN Si3N4时复合材料的热学性能无明显改善,而复合引入AlN BN使复合材料的临界热震温差提高到1000℃．复合引入AlN BN的石英基复合材料因为有着较好的力学性能、介电性能和热学性能等综合性能而有望用作天线窗材料。     

QT500表面化学镀镍磷层对8YSZ热障涂层抗热震性能的影响

在金属基体表面制备陶瓷涂层作为高温保护热障涂层(TBCs)可获得很好的效果,但会出现因基体金属的过度氧化而造成涂层失效的现象.在QT500基体上采用化学镀方法制备Ni-P合金镀层,并在有镀层与无镀层基体上依次采用超音速火焰喷涂(HVOF)制备Ni Co Cr Al Y黏结层和等离子喷涂(APS)制备Zr O_2-8%Y_2O_3(8YSZ)陶瓷层.采用热循环方法评定不同结构热障涂层的抗热震性能,并探讨其热震失效机理.结果表明:镍磷(Ni-P)镀层可显著提高热障涂层的抗热震性能;无Ni-P镀层试样热震失效形式为大面积整体剥落,含Ni-P镀层高温涂层热震失效形式为边角局部剥落;Ni-P镀层抑制了基体金属与黏结层之间元素的互扩散行为.