冲击载荷下氧化铝陶瓷的动态响应实验研究

为研究冲击载荷氧化铝陶瓷的动态响应特性,采用DISAR测试系统,测得了氧化铝陶瓷试件的自由面粒子速度时程曲线. 实验结果表明,在不同的实验条件下,粒子速度时程曲线的上升前沿出现了不同程度的趋缓现象,这说明陶瓷材料在冲击载荷作用下表现出了 "类塑性"的特征. 同时,实验中陶瓷材料的Hugoniot弹性极限存在着随试件厚度增加而衰减的变化规律,这在一定程度上反映了陶瓷材料的动态响应特性.      

氧化铝陶瓷光固化浆料的制备及脱脂工艺优化研究

本文重点研究了光固化浆料固含量和粘度的关系,通过分散剂调控流变学性能,实现了高固含量浆料(45 vol%)的制备并完成打印.在此基础上我们发现,脱脂烧结工艺是决定氧化铝陶瓷成型的另一关键因素.脱脂不彻底会导致气孔、裂纹等缺陷,直接影响到陶瓷质量.鉴于此,本研究针对所制备的氧化铝陶瓷浆料有机物类型,调整了脱脂曲线,并证实通过先在真空中热解后在空气中除碳的两步脱脂方式可使有机物充分去除,不易产生气孔,最终获得了结构致密的氧化铝陶瓷材料.本文系统总结了分散剂种类、浓度及氧化铝固含量对浆料粘度的影响,优化了脱脂工艺,为复杂结构陶瓷材料的光固化成型及性能的优化提供了实验依据.     

溅射金膜对氧化铝陶瓷纳秒脉冲真空沿面闪络的影响

研究了溅射金膜对氧化铝陶瓷在真空环境中、纳秒脉冲高电压作用下沿面闪络特性的影响规律.通过对氧化铝陶瓷表面粗糙度、电极接触形式的研究,并结合表面态陷阱、界面能带结构、电荷注入过程的分析,探究了影响氧化铝陶瓷溅射金膜后沿面闪络电压的主要原因.在50 ns/1.2μs脉冲下、电极间距10 mm时,测量各试样的闪络电压60次,取后30次平均值作为稳定的闪络电压.研究结果发现,氧化铝陶瓷在溅射金膜电极试样的闪络电压比直接压接电极试样的闪络电压低,这是因为在不同电极接触方式下,氧化铝陶瓷材料的表面态对真空中的电子发射和材料表层的电荷注入的影响不同所致.     

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

3D打印技术在生物医用陶瓷硬组织领域的研究进展

随着生物陶瓷材料在硬组织工程上的广泛研究与应用,3D打印精加工技术也应运而生.综述了常规的几种生物医用陶瓷材料,包括氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、二氧化钛陶瓷、磷酸三钙陶瓷、羟基磷灰石陶瓷、硅酸钙陶瓷,从3D打印的角度阐述了这些支架材料的特性及技术优势,并对该技术在生物医学工程领域上的应用进行了展望.     

飞秒激光诱导Al_2O_3陶瓷表面微纳结构及润湿特性研究

飞秒激光以其极短脉宽和极高的峰值功率几乎可以胜任任何材料的加工.利用飞秒激光微加工平台,通过单点烧蚀和线扫描微加工的方式,在工业级氧化铝陶瓷材料表面诱导出随机分布的纳米结构和条纹结构,条纹结构的周期约为314 nm.文章研究了激光脉冲个数、扫描速度和偏振方向等参数对氧化铝陶瓷表面微纳结构形成的影响.结合激光直写技术,在陶瓷表面诱导出大面积的微纳结构分布,分析了加工前后陶瓷表面润湿特性的变化,实现了陶瓷表面改性.     

工程陶瓷破坏与增韧的声发射研究

针对陶瓷材料在受载破坏过程中会产生大量的声发射信号的问题,应用声发射(AE)研究了95%氧化铝(Al₂O₃)陶瓷和15%氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷压缩加载下的破坏过程. 通过时域抽取快速傅里叶变换(DIT-FFT)技术给出了陶瓷破坏过程的频谱图. 实验分析了两种陶瓷的声发射波形图、频谱图、撞击数和信号幅值,研究结果表明,声发射方法可以更直观地描述增韧效果,颗粒增韧陶瓷断裂时产生的声发射信号具有更高的幅值和更低的频率.     

工程陶瓷高效深磨磨削力和损伤的研究

采用树脂结合剂金刚石砂轮,对氧化铝和氧化锆等2种工程陶瓷进行高效深磨磨削加工.测量了磨削力,并对磨削表面形貌和亚表面损伤进行了观测.揭示了这2种工程陶瓷的高效深磨材料去除机理,氧化铝陶瓷主要为脆性去除,而氧化锆则是局部的横向裂纹和塑性去除.提出了磨粒的平均磨削力公式,讨论了磨粒的平均法向磨削力对陶瓷材料去除机理和磨削损伤的影响.     

氧化铝、莫来石增强白水泥熟料基质复相陶瓷材料性能

研究了氧化铝、莫来石颗粒增强白水泥熟料基质复相陶瓷材料的常温力学性能。采用干混、冷等静压成型、常压烧结等方法，制备复相陶瓷。结果表明：这种材料具有良好的烧结性能，氧化铝、莫来石颗粒可以显著地提高材料的常压力学性能。     

80年代的材料——细陶瓷

陶瓷材料几乎与人类历史同样悠久,现在特别受到人们的重视。在最近的将来,陶瓷材料有可能得到迅速发展。陶瓷是无机非金属材料的总称。它包括陶瓷、玻璃、砖瓦、研磨材料、水泥等。二次大战后,随着电子工业的兴起,铁氧体、钛酸钡、压电锆、钛酸盐、氧化铝等新陶瓷     

增韧Al_2O_3陶瓷的摩擦学性能研究（Ⅰ）──无润滑条件下淬火GCr15钢与陶瓷对磨

本文对三种不同性能的Ａｌ２Ｏ３陶瓷与淬火钢在无润滑条件下的摩擦磨损机理进行实验分析，发现摩擦付的摩擦系数几乎与陶瓷的力学性能无关，但陶瓷的磨损速率与陶瓷力学性能特别是断裂韧性之间存在一定的关系．在于摩擦条件下，由于粘着力作用，金属从对偶件转移到陶瓷表面，转移的金属膜厚度往往超过陶瓷峰元的高度，从而隔开了陶瓷与金属的直接接触，陶瓷的主要磨损机制是摩擦表面的裂纹源在疲劳应力作用下沿薄弱的晶界扩展，最终形成磨拉的脱落，造成陶瓷磨损．     

Si_3N_4／3Cr2W8V钢摩擦副滑动摩擦磨损性能

测定了销－盘式热压Ｓｉ３Ｎ４／３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢摩擦副在室温干摩擦磨损条件下的的摩擦系数及Ｓｉ３Ｎ４销的磨损系数．对陶瓷销的磨损面进行了ＳＥＭ显微形貌观察、Ｘ射线分析；并探讨了陶瓷销的磨损机理．研究结果表明：Ｓｉ３Ｎ４陶瓷的磨损以微区脆性断裂为主要机理．     

陶瓷摩擦副磨损机理的研究

从陶瓷摩擦副的应用实例出发,叙述了Al2O3陶瓷的结构和性能,分析了陶瓷材料的摩擦特性和磨损过程,在此基础上说明陶瓷材料的磨损率是很低的,在工业产品中应用陶瓷摩擦副零件是可行的。     

Ce－TZP陶瓷的摩擦磨损特性

本文利用拴盘式摩擦试验机、扫描电镜ＥＤＸ等技术，研究了Ｃｅ－ＴＺＰ陶瓷及含有少量Ａｌ２Ｏ３的Ｃｅ－ＴＺＰ陶瓷与Ｙ－ＴＺＰ对偶小球的对磨情况。实验表明，对陶瓷材料而言，材料的韧性对耐磨性有重要的影响。韧性高，耐磨性好，控制其摩擦磨损的机理是摩擦表面显著的塑性变形及塑性变形片的脱落，表现为沿晶和穿晶断裂。     

氮化硅陶瓷的摩擦磨损特性

采用无压烧结和反应烧结两种方法制备氮化硅陶瓷，利用拴盘式摩擦实验机考察了氮化硅与ＧＣｒ１５球对磨的摩擦损特性，结果表明，虽然氮化硅具有较高的摩擦系数，但磨损率较低，特别是在水和油等介质存在的条件下，氮化硅具有低摩擦和磨损的特性。     

Al2O3多孔陶瓷制备工艺研究

研究了氧化铝多孔陶瓷的制备工艺，探讨了工艺参数对多孔陶瓷性能的影响，研究结果表明，氧化铝骨料粒度、粘结剂及外加剂含量对多孔陶瓷的孔隙率和强度有较大的影响，烧结工艺是影响高性能多孔陶瓷的重要因素。     

氧化铝陶瓷磨削金刚石砂轮磨损的声发射监测

阐述了声发射监测工程陶瓷磨削的研究进展,发现目前对金刚石砂轮磨损监测研究基本上是选取声发射信号均方根(即有效值)进行分析,且金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率不高.为提高金刚石砂轮磨损状态的声发射监测准确率,设计了氧化铝陶瓷磨削声发射实验,并采用支持向量机建立金刚石砂轮磨损状态的分类模型.分析发现氧化铝陶瓷精密磨削中声发射信号最强频谱能量在30~40kHz频段.金刚石砂轮轻度磨损、严重磨损钝化和修锐之后的磨削声发射信号频谱有明显不同;而且磨削声发射信号小波分解系数的方差值能够很好地反映金刚石砂轮磨损状态.结果表明采用磨削声发射信号的小波分解系数方差作为支持向量机判别金刚石砂轮磨损状态的输入特征,金刚石砂轮磨损状态分类测试的准确率达100%.     

工程陶瓷高速深磨中声发射的实验研究

建立了工程陶瓷高速深磨中声发射的实验系统,自主开发了其中的声发射信号虚拟仪器采集系统.对部分稳定氧化锆(PSZ)和氧化铝进行了高速深磨声发射的实验研究,分析了磨削参数和工程陶瓷材料对声发射信号的影响.研究了砂轮修整前后声发射信号的变化.结果表明,即使在砂轮超高速和大切深下,声发射增加仍较小.选择砂轮超高速、大切深和小的工作台速度对高效低成本磨削工程陶瓷是有利的.运用声发射还可对砂轮磨损状态进行在线监测.     

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.     

溶胶-凝胶法制备超细三氧化铝粉末工艺条件研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)法制备超细高纯A12O3粉末,通过考察pH值、以及煅烧温度对制备超细粉末的粒度和性态的影响,进一步确定了制备氧化铝超细粒子的较佳工艺条件.