对称型叠层陶瓷喷嘴的结构设计及其冲蚀磨损行为研究员

为提高陶瓷喷砂嘴抗冲蚀磨损能力,缓解喷嘴入口、出口的高应力状态,采用热压烧结工艺制备了Al2O3+(W,Ti)C/Al2O3+TiC三层对称型叠层陶瓷材料及叠层陶瓷喷嘴.研究结果表明:叠层陶瓷材料表层较之相应单一材料而言,具有更高的硬度和断裂韧性;在相同的冲蚀磨损条件下,叠层陶瓷喷嘴的抗冲蚀磨损性能较非叠层陶瓷喷嘴有显著的提高;试验分析叠层陶瓷喷嘴的最佳层厚比为2.此外,采用有限元法对叠层陶瓷喷嘴在制备过程中的残余应力进行了理论计算,给出了叠层陶瓷喷嘴中残余应力与层厚比的关系.研究表明,残余压应力的存在,细化了晶粒,提高了叠层材料表层的硬度和断裂韧性,是叠层陶瓷喷嘴其抗冲蚀磨损能力提高的原因.理论分析最佳层厚比也为2,理论分析与试验结果相互印证.     

梯度陶瓷喷嘴残余应力的有限元分析

为了提高喷嘴的抗冲蚀磨损能力,将梯度功能材料理论运用于喷嘴材料的设计中,改传统的均质喷嘴材料为非均质喷嘴材料,提出在梯度陶瓷喷嘴制备中将残余压应力引入喷嘴入口的设计目标.在组成分布指数一定的条件下,针对主要设计参数对梯度陶瓷喷嘴残余应力的影响进行有限元分析,探讨了梯度层厚度、临界梯度层材料组分差对SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴残余热应力的影响规律,在组成分布指数取0.5时,优化SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴梯度层厚和临界梯度层材料组分差.结果表明,残余应力随梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差的不同产生很大差异,合理设计梯度层厚h及临界梯度层SiC体积组分差可在喷嘴入口形成有效残余压应力,最佳梯度层厚为5mm,临界梯度层SiC组分差小于5%(体积分数).     

Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料摩擦磨损性能

将Al2O3-TiC陶瓷材料与具有固体润滑特性的Al2O3-TiC-CaF2陶瓷材料进行叠层,通过真空热压烧结制备Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料.在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究该材料在不同载荷、转速条件下的摩擦系数和磨损率,分别用SEM及EDS观察材料磨损前后的微观形貌和分析其成分组成,研究其磨损机制.结果表明:在相同载荷条件下,Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的摩擦系数和磨损率随着转速的升高而下降,在相同转速条件下,其摩擦系数和磨损率随着载荷的增加而下降;Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2复合叠层陶瓷材料的磨损机制主要是磨粒磨损和黏着磨损.     

液相包覆制备Ce-TZP陶瓷的力学性能与稳定行为

采用XRD、SEM、TEM等分析手段对由液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷的微结构进行了研究，并和共沉淀粉体制备的Ce—TZP陶瓷进行了对比分析．力学性能表明，同共沉淀粉体制备的Ce—TZP陶瓷相比，由液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷虽硬度下降，但断裂韧性改善；液相添加少量Al2O3硬度随之增加、断裂韧性显著提高．电镜分析表明，液相包覆工艺制备的Ce—TZP陶瓷晶粒尺寸分布宽化，一部分晶粒尺寸较大但CeO2含量低、易发生马氏体相转变晶粒的存在是断裂韧性改善的主要原因．陶瓷体中单斜相大晶粒与四方相之间的残余应力、添加少量Al2O3在晶界上易形成薄的非晶包裹层，是增加可相变四方相数量，提高断裂韧性的其它机制。     

Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能.结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537.其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0.28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右.研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能.     

氩弧熔覆含Al_2O_3-TiB_2增强颗粒的自熔性镍基合金复合层的冲蚀磨损性能

为了提高Al2O3-Ti B2复相陶瓷涂层的冲蚀磨损性能并降低熔覆成本,以Ni60A自熔性合金粉末、Al2O3粉末以及Al-Ti O2-B2O3体系为原料,在Q235钢表面氩弧熔覆原位合成了Al2O3-Ti B2增强颗粒复合层。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪及冲蚀磨损试验对熔覆层的显微组织、物相结构、显微硬度和耐冲蚀磨损性能进行分析。结果表明:熔覆层与基体之间的结合方式为冶金结合,界面无气孔、裂纹;熔覆层中有Al2O3,Ti B2,Fe2B和Fe19Ni3相生成;熔覆层的显微硬度最高可达771.9 HV,较基体提高了3.82倍;熔覆层的冲蚀磨损性能相对基体提高了2.49~4.70倍。     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

Ti-6Al-4V表面超声滚压制备Al_2O_3膜层的微观组织及性能研究

运用超声滚压处理(USRP)的方法,在Ti-6Al-4V合金表面制得一层Al2O3薄膜。利用SEM、XRD、光学干涉仪及显微硬度计分析了超声滚压处理后试样表面层的微观组织和性能。结果表明:加入Al2O3粉末进行USRP后可以在基体金属表面形成厚度约为7μm的Al2O3膜层,且结合处基体金属存在残余压应力和塑性变形。相对于母材,处理后试样表面粗糙度降低50%,表面硬度提高98%。同时,处理后试样表面层存在残余压应力场,最大压应力值为-687MPa,位于最表层,残余压应力深度为420μm。加入Al2O3粉末的USRP后的试样,既利用表面Al2O3的加入进一步提高其表面硬度,同时保留了USRP的优势。     

超重力下燃烧合成Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷组织性能演化

采用超重力下燃烧合成工艺进行Al2O3-ZrO2 (4Y)共品陶瓷的制备,研究了Al2O3-ZrO2(4Y)共晶陶瓷的凝固行为、组织演化与力学性能的关系.XRD、SEM与EDS分析显示陶瓷基体组织是由表层的微纳米晶组织和心部的ZrO2四方相微米球品组织组成.陶瓷表层微纳米品组织的形成是因Al2O3高熵相率先形核和Al2O3各向异性生长,诱发Al2O3-ZrO2(4Y)小平面-小平面共晶生长所致;处于陶瓷心部的ZrO2四方相微米球晶组织则是因ZrO2高温立方相快速生长,导致Al2O3和ZrO2独立长大所致.力学性能测试结果表明因陶瓷凝固行为引起的显微组织演化,使其表层具有最大的维氏硬度(20.2GPa),而其心部则具有最高的断裂韧性(18.5±1.6MPa·m1/2),陶瓷弯曲强度达至1268±112MPa.     

不同Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2配比等离子喷涂层的耐磨粒磨损性能

为了探讨等离子喷涂制备Al2O3-TiO2-Cr2O3-SiO2层的可行性及其喷涂层的耐磨性,采用等离子喷涂在Q235钢表面分别制备了54%Al2O3-36%TiO2-10%Cr2O3-0.5%SiO2,42%Al2O3-28%TiO2-28.5%Cr2O3-1.5%SiO2和30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO23种陶瓷层,分析了陶瓷涂层的金相显微形貌、显微硬度及耐磨粒磨损性能,并分析了其耐磨粒磨损的机理。结果表明:3种涂层的显微硬度分布均具有梯度分布特性,Al2O3+Cr2O3硬质相含量越高,涂层硬度越大;30%Al2O3-20%TiO2-47.5%Cr2O3-2.5%SiO2喷涂粉制成的涂层的硬度最大,耐磨粒磨损性能最佳。     

气压烧结Al2O3/TiCN复合材料的研究

运用气压烧结工艺克服了热压工艺的局限性,制备了Al2O3/TiCN复合材料,考察了材料在不同温度烧结时的致密化行为及其力学性能,结果表明气压烧结制备的Al2O3-30wt%TiCN陶瓷复合材料,相对密度达到99.5%,抗折强度为772MPa,硬度为19.6GPa,断裂韧性高达5.82MPa/m2.     

Ti_2AlNb合金等离子渗碳及其抗冲蚀性能的研究

通过双辉等离子渗金属技术对Ti2Al Nb合金进行等离子渗碳,采用扫描电镜、X射线分析和线扫描等手段来分析渗碳层的微观形貌、元素分布和表面相组成,并且利用冲蚀磨损试验来对比两者的抗冲蚀磨损性能。结果表明,等离子渗碳可以在基体表面形成一个大约30μm的渗碳层;基体显微硬度为393 HV0.1,渗碳层的硬度则达到979 HV0.1;Ti2Al Nb合金抗冲蚀磨损能力在渗碳后有了明显提升。     

口腔托槽用ZTA陶瓷材料凝胶注模成型工艺的研究

为提高ZTA陶瓷在口腔临床应用中的性能,本实验以高分子聚合物作为粘结剂,羧甲基纤维素为骨架制备口腔托槽用ZTA陶瓷材料.通过探究粉体固含量、羧甲基纤维素(CMC)用量、丙烯酸(AA)用量、过硫酸铵(APS)用量四个因素对ZTA陶瓷材料的抗弯强度、断裂韧性的影响规律,制备最优工艺水平下的ZTA陶瓷并进行性能测试.结果表明:CMC加入量为0.85 g、APS加入量为0.8 g、AA加入量为7.5 mL、Al2 O3加入量为110 g、ZrO2加入量为33 g时,ZTA陶瓷材料的抗弯强度为222.3 MPa,断裂韧性为8.67 MPa·m1/2,相对致密度为0.977,抗剪切强度在6.06～6.93 MPa之间,满足临床需求.     

等离子喷涂纳米结构与传统结构热障涂层的残余应力对比研究

热障涂层的残余应力是影响其服役寿研究不多.在45钢基体上,用超音速火焰喷涂NiCocrAlY打底层,再用大气等离子喷涂ZrO2-8%(质量分数)Y2O3(8YSZ)工作层,制备了纳米结构与传统结构2种类型的热障涂层(TBC).采用SEM、XRD对这2种涂层的粉末及涂层进行了组织结构分析,用纳米压痕仪测得了2种涂层的弹性模量.用X射线衍射应力测试仪测得了2种涂层的表层残余应力.结果表明:喷涂工艺参数相同条件下,对于打底层及工作层的厚度均相同的2种涂层,纳米结构热障涂层的表层残余应力比传统结构热障涂层约低24.7%;相同打底层的纳米结构热障涂层表层残余应力随着陶瓷层厚度增加而增加,陶瓷层厚度在240 um以下时,表层为残余压应力;厚度超过300 um时,表层为残余拉应力.最后提出了相应的物理力学模型.     

Al_2O_3/TiC-Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷的机械和摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用真空热压烧结制备了Al_2O_3/TiC Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料,其平均维氏硬度为20.7GPa,断裂韧性为4.5 MPa·m^(1/2),在垂直于叠层方向和平行于叠层方向上的抗弯强度差别不大,分别为323 MPa和353 MPa。在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究了该材料在干摩擦条件下与淬火45#钢配副时的摩擦磨损规律。用扫描电镜(SEM)及能量弥散X射线谱(EDS)观察了材料磨损前后的微观形貌并分析其成分组成及其磨损机理。结果表明:Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料磨擦系数和磨损率均随着转速和载荷的升高而下降;具有自润滑特性;Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2复合叠层陶瓷材料的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损。     

超重力下燃烧合成大体积凝固态Al2O3/ZrO2（4Y）研究

通过在铝热剂中引入ZrO2(4Y)混合粉末,以超重力下燃烧合成方式,制备出Al2O3/ZrO2(4Y)自生复合陶瓷板材,并研究了复合陶瓷微观结构、生长机理与力学性能.XRD、SEM与EDS结果显示,Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷基体为亚微米t-ZrO2纤维成三角对称分布其上、取向各异的棒状共晶团,而Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷则以分布均匀的微米级t-ZrO2球晶为基体.Al2O3/32%ZrO2(4Y)复合陶瓷的强化归因于小尺寸共晶团边界及残余压应力增韧、相变增韧机制引发的高断裂韧性所致;同时,细小t-ZrO2球晶所具有的小尺寸缺陷及相变增韧与微裂纹增韧机制所引发的高断裂韧性也使Al2O3/37%ZrO2(4Y)复合陶瓷得以强化.     

Al2O3/Steel-epoxy层状复合材料的制备和性能

采用环氧树脂胶黏剂作为粘结剂,通过一种简单的模压方法,在5 MPa压力下常温固化,制备了一系列Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料。结果显示,Al2O3/epoxy界面和steel/epoxy界面结合紧密。相比于氧化铝薄片,Al2O3/steel-epoxy层状复合陶瓷材料强度差别不大,但具有更高的断裂韧性、冲击韧性和断裂吸收能。裂纹扩展分析认为层状复合材料断裂韧性和能量吸收的提高主要得益于裂纹尖端钝化和捕获、裂纹桥连、层间脱粘和steel-epoxy层的塑性变形等机制。     

添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷材料力学性能和显微结构

采用热压工艺制备了添加固体润滑剂MoS2、BN、CaF2的Al2O3/TiC陶瓷材料,测量了其力学性能和分析了其显微结构.结果表明,添加固体润滑剂的Al2O3/TiC陶瓷比未添加时的力学性能有大幅下降,其中Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的力学性能最好,当CaF2含量为10%时,Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537;而添加BN的Al2O3/TiC陶瓷材料的力学性能最差.XRD衍射结果和微观结构显示,添加MoS2的Al2O3/TiC材料中的MoS2发生分解,基体中存在较多的气孔;添加BN的Al2O3/TiC材料中的BN与Al2O,反应生成AlN,造成大量裂纹的产生,致使材料的强度和硬度都大幅下降;Al2O3/TiC/CaF2陶瓷材料中的CaF2在烧结过程中没发生化学反应,复合材料晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.     

含碳添加剂Al2O3基陶瓷复合材料的增韧机理

以碳为添加剂,利用热压工艺制得的Al2O3/TiC新型陶瓷复合材料,其断裂韧性比相应不含碳的AlO3/TiC陶瓷材料提高约20％。理论与实验分析表明：弱界面是获得高韧性陶瓷复合材料的一个有效途径,以石墨形态存在的碳在材料中不但能导致自发微裂纹的产生,而且还能形成弱界面,并在强弱界面的共同作用下以裂纹桥联、裂纹分支与裂纹转等多种增韧机制及其协同作用共同提高Al2O3/TiC陶瓷材料的断裂韧性。     

常规和纳米陶瓷等离子喷涂层抗冲蚀性能的对比

纳米陶瓷具有高韧性和超塑性等独特的性能,用于制备涂层可极大地提高其耐冲蚀性能.以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备了2种陶瓷涂层.比较了2种涂层的微观结构、结合强度和抗冲蚀性能,探讨了涂层的冲蚀破坏机理.结果表明:常规涂层呈典型的层状堆积特征,...