拟涂层法评价薄陶瓷基片的弯曲强度及弹性模量

由于尺寸效应和大挠度变形的存在,传统测试宏观尺寸陶瓷材料的力学性能的评价方法和标准不能直接应用于评价1 mm以下的薄陶瓷基片的力学性能。但随着各种陶瓷基片在工业上的广泛应用,薄片陶瓷的力学性能评价成为一个难题。针对该问题,本研究提出了一种陶瓷薄基片的弹性模量和强度的测试方法——拟涂层法,即通过拟涂层处理,使得薄陶瓷基片的应力梯度与标准尺寸陶瓷试样的应力梯度接近,从而避免了应力梯度对强度测试值的影响。采用拟涂层法测量0.2 mm-1 mm的不同厚度的薄陶瓷的弯曲强度和弹性模量,并与常规的测试方法测量宏观尺寸陶瓷的弯曲强度和弹性模量进行对比,结果表明二者测试结果相近,验证了拟涂层法测试结果的准确性和可靠性。     

相变增韧陶瓷压痕开裂的力学分析

在相变增韧陶瓷中，压痕裂纹形成的原因除了因压痕导致塑性区体积变化产生的残余应力外，还与应力诱发相变导致塑性区体积膨胀而产生的附加应力或称相变应力有关。传统的压痕法和压痕－强度法忽略了相变应力对压痕开裂和试样断裂的贡献，所测得相变增韧陶瓷的断裂韧性数据往往偏低。     

新型陶瓷刀具的机械应力分析

计算了梯度功能陶瓷刀具和普通陶瓷刀具内的最大Mises应力，最大剪应力和最大拉应力。在低速切削时梯度功能陶瓷和普通陶瓷刀具内机械应力场基本相同，前刀面的破损形式基本一样。     

MgO-CaO陶瓷抗热震稳定性研究

采用应力设计及热膨胀失配的原理,从微观结构入手,通过调整颗粒配比(粗颗粒的临界粒径、熟料细粉含量及中间颗粒含量)制备MgO-CaO陶瓷试样;探讨了颗粒配比、显气孔率等因素对试样体积密度、抗热冲击性能及热冲击对试样抗折强度的影响.实验结果表明:适当的颗粒级配使得MgO-CaO陶瓷中,颗粒与基质之间存在一定的残余应力,基质与气孔中气体之间存在热膨胀系数差异;当热震损伤产生的裂纹遇到颗粒及气孔时会发生偏转、分岔和钉扎,从而有效地改善MgO-CaO陶瓷的抗热震稳定性能.     

Al2O3陶瓷表面加工残余应力的研究

讨论了四种不同的工艺对Al2O3-TiC复相陶瓷进行表面处理，以改变其表面残余应力分布状态。利用扫描电子显嫩镜(SEM)观察试样的表面形貌；采用非破坏性的X射线衍射sin^2ψ法，对不同工艺条件下的残余应力进行了测试研究。结果表明：在本研究条件下，经平面磨处理后．试样表面赴于拉应力状态；经工具磨处理后，试样表面处于压应力状态；经抛光处理后，残余应力值均有所减小。这对于提高陶瓷材料的强度和耐磨性具有重要的意义。     

Al2O3-TiC复相陶瓷表面残余应力的研究

本论文应用4种不同的工艺对Al2O3-TiC复相陶瓷进行表面处理,以改变其表面残余应力分布状态。利用扫捕电子显微镜(SEM)观察试样的表面形貌;采用非破坏性的X射线衍射法,对不同工艺条件下的残余应力进行测试研究。结果表明：在本研究条件下,经平面磨处理后．试样表面处于拉应力状态;经工具磨处理后,试样表面处于压应力状态;经抛光处理后,残余应力值均有所减小、这对于提高陶瓷材料的强度和耐磨性具有重要的意义。     

梯度功能陶瓷刀具材料的残余应力设计及制备

根据陶瓷刀具切割时刀楔内的应力分布规律及刀具损坏机理的分析,首次提出以陶瓷刀具材料的组成分布进行设计以及梯度的模型,通过对不同组成分布的刀具材料制备过程中的残余应力及刀具切削过程中的热应力,机械应力进行模拟,以残余应力与外加应力部分抵消为目标优化设计了梯度组成分布,按设计结果,采用粉末铺填－热压烧结工艺研制成功Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ系梯度功能陶瓷刀具材料。     

平纹编织C/SiC复合材料的失效判据

通过Arcan夹具拉伸实验,研究了平纹编织C/SiC复合材料的唯象强度特性,根据实验结果提出了一种椭圆形失效判据,可以反映拉压强度的差异,以及压缩和剪切同时作用时裂纹面闭合引起最大容许剪应力的回升.结果表明：椭圆形判据和实验结果在第一象限吻合良好,说明椭圆判据在第一象限内对平纹编织C/SiC是适用的.用线弹性有限元方法分析了Arcan拉伸实验中试样的应力状态和分布,并讨论了夹具刚度的影响.分析表明：试样缺口区域剪切应力分布均匀,大小接近平均剪应力;正应力在边缘有应力集中,中央应力约为平均正应力的77%.由于纤维增强陶瓷基复合材料存在微弱缺口敏感性,Arcan圆盘测出的强度略低于均匀拉伸结果.采用系数对测出的强度进行了修正.     

玻璃弯曲强度的厚度效应及超薄玻璃弯曲强度测试技术

基于"均强度准则"理论,研究了应力梯度、表面和体积缺陷对玻璃弯曲强度的影响,建立了玻璃弯曲强度的厚度效应方程,计算了应力梯度对不同厚度玻璃的弯曲强度影响。结果表明:玻璃弯曲强度的厚度效应呈非线性关系,应力梯度只对厚度小于2 mm以下的玻璃弯曲强度产生明显影响,且厚度越薄,弯曲强度的厚度(应力梯度)效应越大。提出了一种通过小挠度低应力梯度弯曲模型下超薄玻璃弯曲强度测试方法—"等效涂层法",推导了超薄玻璃弯曲强度计算公式。通过对不同厚度的玻璃的弯曲强度测试,并与GB/T 6569—2006规定的测试方法得到的结果进行对比,验证了"等效涂层法"测试结果的准确性和可靠性。     

自蔓延高温合成/快速加压法制备(TiB2+Fe)/Fe梯度材料

通过对不同Fe含量的Ti B Fe体系绝热曙度计算了试样温度有限元计算，确定了（TiB2 Fe)/Fe梯度材料各层合理的厚度，并采用SHS／QP技术制备了（TiB2 Fe)/Fe梯度材料。电子探针分析表明（TiB2 Fe)/Fe梯度试样中各层间没有了明显的界面，沿厚度方向由富陶瓷相向富金属相连续转变。背散射电子像分析表明从富陶瓷侧到富金属侧，材料的显微结构也是梯度变化的。SEM分析表明，从富陶瓷层到富金属层，TiB2晶粒减小。     

基体条件对Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。     

环氧树脂／聚氨酯梯度聚合物的弯曲性能研究

考察了不同层数的环氧树脂/聚氨酯(EP/PU)梯度聚合物弯曲性能,采用有限元法分析了材料在弯曲状态下的应力分布,从理论上解释了EP/PU梯度材料弯曲性能的试验结果,并与相同组成的均质材料进行了比较.研究发现:EP/PU梯度材料的弯曲强度和模量随梯度层数的增加而增加,当梯度层数超过5层以后,EP/PU梯度材料的弯曲强度高于相同组成的均质材料.有限元分析结果表明:在EP/PU梯度材料中,应力的分布与各层材料承受的强度相匹配,即应力大的部位材料的强度也越大.梯度层越多,各层之间强度变化越小,应力变化越为缓和,且应力分布与材料强度之间匹配越好,在受外力时,材料断裂强度越高.梯度材料中应力分布方式的理论计算结果很好的解释了实测的各种梯度材料强度变化规律.     

添加剂对超硬材料陶瓷结合剂性能的影响

以金属Al粉与α-Al2O3微粉作为陶瓷结合剂的添加剂,研究其对陶瓷结合剂抗弯强度、矿物组成及气孔分布等性能的影响.结果表明:金属Al粉添加量为4wt％,在620℃下烧结时,试样抗折强度最高为29.97 MPa,较基础陶瓷结合剂试样提高了10.3％;单独添加α-Al2O3微粉能够提高结合剂的黏度,防止试样在烧成过程中产生不均匀变形,提高陶瓷结合剂的网络致密度;在680℃下烧结,试样抗折强度大幅提高,最高强度为65.46 MPa,较基础陶瓷结合剂提高了140％,并且与陶瓷结合剂发生反应生成霞石(NaAlSiO4),霞石的生成有拓宽烧结范围,抑制裂纹延伸的作用;金属Al粉与α-Al2O3微粉共同加入对陶瓷结合剂抗折强度的提高有更好的效果,在680℃下烧结,当金属Al粉添加量为2wt％,α-Al2O3微粉添加量为30wt％时,试样抗折强度最高为80.33 MPa,较基础陶瓷结合剂试样提高了195.5％;金属Al粉的加入不会影响陶瓷结合剂气孔的形成,气孔分布均匀且较多,具备容纳磨屑与携带冷却液的性能.     

金属表面Ni/Al-13wt%TiO2/Al2O3梯度复合陶瓷涂层的腐蚀行为

为了解决陶瓷涂层中的通孔问题，把复合材料与梯度材料的主应用到陶瓷涂层，采用等离子喷涂技术在Q235钢表面形成Ni/Al-13wt％TiO2/Al2O3梯度复合陶瓷涂层，对其在沸腾的5％HCl溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明，Ni/Al-13wt%TiO2/Al2O3梯度复合陶瓷涂层中的通孔率较单一层Al2O3陶瓷涂层显著降低，带有该梯度复合陶瓷涂层试样的耐蚀性明显提高，该涂层腐蚀14天仍未出现鼓泡削落现象。     

表面处理对氮化硅陶瓷力学性能的影响

采用X射线衍射应力分析的sin2ψ法计算了Si3N4陶瓷试样的残余应力，并分别测量了表面处理前后Si3N4试样的力学性能。结果表明，经平面磨削后的Si3N4试样表面残余应力为拉应力，而抛光处理可适当降低残余应力。两种方法都使试样抗弯强度降低。     

氧化铝基网状多孔陶瓷的制备及性能

将质量分数分别为56. 25%的活性氧化铝、15%的高岭土、3. 75%的氧化锆、25%的去离子水,外加0. 2%的FS和0. 4%的CMC制备了涂覆料浆,研究了活性氧化铝粒径(d50=5. 043、2. 934和1. 629μm)对浆料流变性和触变性的影响,发现选用d50=1. 629μm的双峰活性α-Al_2O_3(AMA-10)较合适。然后以AMA-10、高岭土和氧化锆为主要原料制备二次浸渍料浆,采用有机泡沫浸渍法结合二次真空浸渍技术制备了氧化铝网状多孔陶瓷试样,研究了AMA-10含量对其性能的影响,并对试样的残余应力进行了有限元模拟分析。结果表明:活性氧化铝粒径越小且为多峰分布时,有助于提升涂覆浆料的触变性。采用二次真空浸渍技术可以显著提高氧化铝网状多孔陶瓷的力学性能、抗热震性和残余强度,且随着二次浸渍浆料中氧化铝含量的降低,陶瓷筋体外层残余应力由张应力逐渐变为压应力,有效抑制孔筋表面裂纹的扩展,使网状多孔陶瓷的耐压强度保持率显著提高。     

热处理温度对Al2 O3 -SiC-Al复合材料性能和结构的影响

利用金属Al在高温下转化成Al和Al2O3的三维骨架来结合Al2O3-SiC复合材料,并借助XRD、EPMA等方法对Al2O3-SiC-Al复合材料性能和显微结构进行了研究。结果表明:(1)试样在空气中进行热处理,试样的强度随着热处理温度的升高逐渐增强,Al的含量逐渐降低,但1600℃热处理后试样仍有少量Al存在。(2)试样的结合方式随着热处理温度的升高而发生改变,当温度低于500℃时,为结合剂的物理结合;试样中金属Al熔化但未发生大规模氧化时,其结合主要为金属结合和少量的陶瓷结合;随着热处理温度的升高,陶瓷结合比例逐渐增大,试样的强度迅速增大,并在1100℃几乎完全转化为Al2O3陶瓷结合,试样的强度达到最大;但热处理温度为1600℃,界面反应强烈,试样的强度下降。     

真空烧结对高压厚膜型ZnO压敏陶瓷的影响

采用真空烧结的方法制备出高电位梯度的厚膜型ZnO压敏陶瓷,并研究了多次真空烧结对高压厚膜型ZnO压敏陶瓷的影响。实验结果表明,多次真空烧结使试样的电学性能产生先劣化后优化的变化趋势。真空烧结5次后,试样的电位梯度为2890.9V/mm,漏电流为87.9μA,非线性系数为9.0,晶粒尺寸在2μm左右。晶粒中氧原子百分含量的降低表明真空烧结5次后,晶粒、晶界间发生了氧原子的转移,使试样宏观电学性能得到改善。     

储能钠硫电池β"-Al2O3陶瓷管静水压爆破试验分析

为了确定钠硫电池关键部件β"-Al2 O3陶瓷管的极限强度,利用直尺、游标卡尺及壁厚仪测量了陶瓷管外形尺寸,通过静水压爆破试验得到了爆破极限压力,采用薄壁容器受压后应力近似公式和第一强度理论设计准则计算出陶瓷管的极限应力,并分析了影响极限应力的主要因素,这对陶瓷管的强度校核和优化设计具有很强的指导意义.     

梯度结构三元乙丙橡胶发泡材料的制备及性能

采用叠层法制备了发泡密度沿厚度方向呈梯度变化的三元乙丙橡胶(EPDM)发泡材料,研究了梯度结构对EPDM发泡材料的泡孔微观形态、力学性能、压缩应力-应变性能、能量吸收特性及动态力学性能的影响。结果表明,在叠层厚度不变的情况下,随着中间层发泡剂用量的减少,试样的邵尔C硬度、拉伸强度和扯断伸长率逐渐增大,100%和300%定伸应力在最内层发泡剂用量达到7份(质量)后不再增加,转而呈下降趋势。在较高的应力下,梯度EPDM发泡材料比传统均质橡胶发泡材料具有更强的吸能效果,而玻璃化转变温度和阻尼因子基本不变。