热压烧结氧化锆陶瓷的微磨料磨损机制研究

采用真空热压烧结工艺,在1 600 ℃下制备了含5%Y2O3稳定剂的氧化锆陶瓷.运用SEM、XRD等手段研究了氧化锆陶瓷的组织结构、性能,并研究了微磨料磨损条件下氧化锆陶瓷的摩擦磨损性能.结果表明:氧化锆具有良好的耐磨料磨损性能,微磨料磨损条件下,其磨损机制主要以微犁削和塑性变形为主.     

含不同稳定剂氧化锆陶瓷的抗水热老化性能及其机理

将复合稳定剂稳定(C-TZP)、Y_2O_3稳定(Y-TZP)和CeO2稳定(Ce-TZP)四方相氧化锆多晶陶瓷在200℃水热处理0~45h,研究了水热处理前后陶瓷的微观形貌、物相组成,以及不同水热时间下的力学性能,分析了其水热老化机理。结果表明:随着水热时间的延长,3种氧化锆陶瓷的硬度、抗弯强度及断裂韧性均有不同程度下降,其中Y-TZP陶瓷的下降幅度最大,C-TZP陶瓷的次之;与水热处理前的相比,Y-TZP陶瓷水热处理30h后其单斜相体积分数增加了58%,Ce-TZP陶瓷和C-TZP陶瓷水热处理45h后单斜相含量增加较少,Y-TZP陶瓷的抗水热老化性能最差;Y_2O_3是引起水热老化的直接原因,减少Y_2O_3增加CeO_2含量有利于抑制水热老化,其水热老化过程符合氧化锆陶瓷水热老化的化学腐蚀模型。     

陶瓷氧化锆

随着手表外观件花色品种的增多,表壳、表带所采用的材料也以日新月异的速度更新,壳、带已不只局限于用不锈钢、铜、锌铝合金等材料制作,近几年来,陶瓷氧化锆表壳、表带在高档表上的使用越来越多,钟表行业将这种材料称为永不磨损材料。 陶瓷氧化锆的大致制造方法是将氧化锆(ZrO_2)粉末与稳定剂和几块金属锆混合,放入盔埚内,盔埚外部有高频电管和水冷系统,     

基于小波分析和GA-SVM的金刚石 砂轮磨损的声发射监测研究

针对工程陶瓷磨削中金刚石砂轮磨损状态判别准确度不高的问题,在部分稳定氧化锆陶瓷金刚石砂轮精密磨削的声发射智能监测实验中,在深入研究部分稳定氧化锆陶瓷磨削机理的基础上,对磨削声发射信号进行了5层离散小波分解。研究结果表明:金刚石砂轮磨损后,磨削声发射信号小波分解系数的有效值和方差,以及声发射信号小波能谱系数在低频率段都有所增大;利用部分稳定氧化锆磨削声发射信号的小波能谱系数或小波分解系数的有效值和方差值的组合,作为判别金刚石砂轮磨损状态的特征值,采用基于遗传算法支持向量机对金刚石砂轮的磨损状态判别准确度达100%,判别准确度明显优于BP神经网络方法。     

ZrO2-6mol%Y2O3陶瓷中四方ZrO2的析出过程及对力学性能的影响

本文深入研究了ZrO 2-6mol%Y 2O 3陶瓷中四方氧化锆（t-ZrO 2）的析出过程,发现在立方氧化锆（c-ZrO 2）基体上析出t-ZrO 2首先是在试样表面的晶界处进行的,其次在其内部晶界、缺陷处成核,最后才在晶内析出,且粒子大小按此顺序排列。T-ZrO 2不仅可以沿[110]c方向析出,而且在某些特定环境下也可沿[100]c方向析出,晶界上析出的大t-ZrO 2在冷却过程中转变为单斜氧化锆（m-ZrO 2）,对材料的力学性能极为不利,只有在晶内析出的弥散分布的t-ZrO 2才有强韧化作用。     

预烧结温度对多孔氧化锆陶瓷孔隙率和力学性能的影响

将氧化锆亚微米粉干压、冷等静压成型后在8501 100℃下进行预烧结,制得了多孔氧化锆陶瓷,研究了预烧结温度对陶瓷孔隙率、硬度和抗弯强度的影响;然后对多孔氧化锆陶瓷进行铣削试验,获得了适合铣削的多孔氧化锆陶瓷的预烧结温度。结果表明:随着预烧结温度升高,氧化锆陶瓷的孔隙率降低,硬度和抗弯强度增加;当预烧结温度高于1 000℃后,陶瓷颗粒间会形成烧结颈,将大幅提高陶瓷的力学性能;适合铣削的多孔氧化锆陶瓷的预烧结温度为1 050℃。     

新型材料耐磨气泵研究

针对传统活塞式气泵采用的金属材料耐磨性差、易产生冷焊现象等问题,研究氧化锆陶瓷和304不锈钢作为活塞式气泵材料的可行性。利用ANSYS模拟氧化锆陶瓷和304不锈钢材料作为泵体材料与活塞环接触应力的变化,通过实验研究氧化锆陶瓷和304不锈钢材料与活塞环对摩时的摩擦磨损性能。结果表明：采用307不锈钢和氧化锆陶瓷作为气泵泵体材料,活塞环与套筒的应力并不会显著增加;氧化锆陶瓷性能优异,作为泵体材料不会出现破坏以及变形等;氧化锆陶瓷的抗磨性能明显好于不锈钢,同时其具有自润滑的特点,可减少摩擦磨损。以陶瓷为气泵泵体材料,加工制作实验样机并进行验证。结果表明,采用氧化锆陶瓷作为气泵泵体材料在工程上是可行的。     

PSZ陶瓷磨削表面粗糙度的声发射预测

在部分稳定氧化锆（PSZ）陶瓷磨削声发射实验基础上,利用遗传算法优化BP神经网络,对磨削PSZ陶瓷的表面粗糙度进行了声发射预测,取得较好的预测结果。     

氧化物着色剂对3Y-TZP陶瓷色度及力学性能的影响

在钇稳定四方相氧化锆(3Y-TZP)粉体中分别添加不同质量分数的Fe_2O_3、Pr_6O_(11)、Er_2O_3、CeO_2等氧化物着色剂粉体,在1 500℃保温2h烧结制备3Y-TZP陶瓷,分析了不同氧化物着色剂对3Y-TZP陶瓷着色效果及力学性能的影响.结果表明:添加氧化物着色剂后,陶瓷的主晶相仍均为四方相氧化锆,晶粒紧密堆积,平均晶粒尺寸为200~500nm;随着着色剂添加量的增加,陶瓷的抗弯强度均下降,但均保持在800 MPa以上,满足牙科口腔修复材料的要求;添加4种氧化物着色剂后,陶瓷表面色泽均匀、正反面色差小,添加Fe_2O_3、Pr_6O_(11)、CeO_2的陶瓷均呈黄色,添加Er_2O_3的陶瓷呈粉红色;Fe_2O_3与Er_2O_3的添加对陶瓷的a*值影响较大,而Pr_6O_(11)和CeO_2的添加对b*值影响较大.     

活塞式气泵新型耐磨材料研究

针对传统活塞式气泵采用的金属材料耐磨性差、易产生冷焊现象等问题,研究氧化锆陶瓷和304不锈钢作为活塞式气泵材料的可行性。利用ANSYS模拟氧化锆陶瓷和304不锈钢材料作为泵体材料与活塞环接触应力的变化,通过实验研究氧化锆陶瓷和304不锈钢材料与活塞环对摩时的摩擦磨损性能。结果表明:采用307不锈钢和氧化锆陶瓷作为气泵泵体材料,活塞环与套筒的应力并不会显著增加;氧化锆陶瓷性能优异,作为泵体材料不会出现破坏以及变形等;氧化锆陶瓷的抗磨性能明显好于不锈钢,同时其具有自润滑的特点,可减少摩擦磨损。以陶瓷为气泵泵体材料,加工制作实验样机并进行验证。结果表明,采用氧化锆陶瓷作为气泵泵体材料在工程上是可行的。     

多元掺杂LaGaO_3基稀土复合氧化物的制备与导电性能

采用改进的固相反应法合成了锶、镁与铁或钴多元掺杂的LaGaO3基稀土复合氧化物La0.8Sr0.2Ga0.72Mg0.20Fe0.08O2.8(LSGMF)和La0.8Sr0.2Ga0.72Mgo.20Co0.08O2.8(LSGMC),利用EDS、XRD及SEM等方法对LSGMF和LSGMC的化学成分、物相组成及显微组织等进行了分析;采用直流四端子法测量了两者在350～850℃温度区间的电导率.结果表明:经1 400℃烧结后,LSGMF和LSGMC均形成单一正交钙钛矿结构;两者除含少量钙外,不舍其他杂质元素;在测试温度范围,材料的电导率与温度的关系分区间符合Arrhenius方程,在较低温阶段(350～500℃)具有较低的导电活化能(Ea<0.3 eV);与仅用锶、镁双掺杂的LSGM相比,LSGMF和LSGMC具有较高的电导率.     

纳米Fe3 O4 磁性液体的稳定性研究

采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁性粉体,采用球磨分散法将磁性粉体分散于水溶液中,制得稳定分散的纳米Fe3O4磁性液体。实验中用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对纳米粉体进行表面处理和分散,主要研究球磨时间、溶液pH值和表面活性剂的用量对Fe3O4磁性液体稳定性的影响,从理论上对纳米粒子在水溶液中的分散稳定性进行了分析。结果表明:球磨时间、分散剂种类和用量以及溶液的pH值对磁性液体的稳定性有很重要的影响;在酸性条件下,球磨时间为4~5 h,十六烷基三甲基溴化铵用量为Fe3O4粉体用量的8%时,制得的磁性液体分散稳定性效果较好;表面活性剂在粒子表面起到了保护作用,抑制了粒子团聚长大,同时在溶液中还起到了分散作用,使得磁性液体具有较好的稳定性。     

镁合金表面化学镀镍-磷合金稳定剂的选用

研究了KI、KIO3、PbAc2、KIO3+PbAc2和KIO3+硫脲五种稳定剂对镁合金表面化学镀镍-磷合金镀液的稳定性、镀层的表面形貌及性能的影响,并优选出适合于镁合金表面化学镀镍、磷合金镀层的最佳稳定剂。结果表明:随着稳定剂的加入,镀液的稳定性得到了改善,但不同种类稳定剂对镀液的稳定效果不同;二元复合稳定剂所得镀层的表面形貌、质量优于单一稳定剂的;根据镀层的性能,确定出KIO3+硫脲稳定剂是本试验条件下的最佳稳定剂。     

二价离子掺杂对PNN基陶瓷相结构和性能的影响

用传统氧化物合成法于950℃低温烧结制备出掺杂二价离子的PNN基弛豫铁电陶瓷，研究了二价离子(Mg^2 、Ca^2 、Sr^2 和Ba^2 )掺杂对PNN基陶瓷结构和性能的影响。结果表明：掺杂不同的二价离子会有不同的焦绿石相出现，掺杂Mg^2 对PNN基陶瓷的介电性能影响不大；而掺杂Ca^2 、Sr^2 和Ba^2 可促进PNN基陶瓷收缩致密化，有效提高PNN基陶瓷的介电温度稳定性，使居里温度向低温方向移动。在几种二价离子中，掺加Sr^2 后的PNN基陶瓷不仅显微组织最致密，而且具有较大的绝缘电阻率和优异的温度稳定性。     

混粉工艺对纳米Al2O3弥散强化铜基复合材料摩擦学特性的影响

以纳米A l2O3为增强相,用粉末冶金法制备了弥散强化铜基复合材料,研究了混粉工艺对复合材料滑动摩擦学特性的影响。结果表明:添加纳米A l2O3的复合材料其摩擦因数均有不同程度的减小,但以纳米A l2O3质量分数为5%及采用表面活性剂对粉体处理后得到的复合材料的摩擦学性能最好,平均摩擦因数下降近50%,平均磨痕深度下降了40%。对纳米粉体进行分散,可有效解决纳米粉体的软团聚现象,继而得到组织均匀的弥散强化铜基复合材料,特别是在较大复合量的情况下,采用表面活性剂是获得良好摩擦学性能的必由之路。     

铌欠缺对掺镧PZN基陶瓷的有序微区和介电性能的影响

研究了铌欠缺对掺镧 PZN基陶瓷相结构、有序微区以及介电性能的影响。铌欠缺消除了掺镧所产生的焦绿石相 ,使陶瓷试样恢复为百分之百的钙钛矿相结构。 Ram an散射光谱分析表明 ,铌欠缺使掺镧 PZN基陶瓷的有序微区增大 ,同时铌欠缺也提高了掺镧 PZN基陶瓷的介电常数。铌欠缺使介电常数增大的原因归结于焦绿石相的消除和“有效有序微区”尺寸的扩大     

异种陶瓷材料微波连接的研究

采用微波加热方法与常规加热方法对ＺｒＯ２增韧Ａｌ２Ｏ３（ＺＴＡ）、Ｙ２Ｏ３稳定的四方相ＺｒＯ２（Ｙ－ＴＺＰ）进行连接试验,结果表明,利用微波加热可以顺利实现异种陶瓷之间的连接。与常规方法相比,微波加热可以快速完成连接过程,被连接陶瓷材料之间界面的结合状态良好,连接强度更高。     

Effect of temperature and load on three-body abrasion of cermets and steel

The effect of temperature and load on three-body abrasion resistance has been examined for stainless steel, Cr₃C₂-Ni cermet, plain WC-Co hardmetal and yttria stabilized zirconia doped WC-based composites. Series of tests at various tribo-conditions were performed on a recently developed device. Coefficient of friction and materials response to abrasive actions have been analyzed and positive effect of zirconia addition on materials wear resistance has been shown. The low wear rates of ZrO₂ containing cermets are due to lower susceptibility of zirconia to transgranular crack propagation, smaller mean free path between ceramic grains and formation of lubricating glazed silica-rich layer.     

Development and machinability evaluation of MgO doped Y-ZTA ceramic inserts for high-speed machining of steel

ABSTRACT

In current high productivity manufacturing era, it is necessary to develop non-conventional newer tool materials. Here, an attempt has been made for developing MgO doped zirconia-toughened alumina (Mg-ZTA) using powder metallurgy process route. The 3 mol% yttria stabilized zirconia (YSZ) (10 wt%), alumina (Al₂O₃) (90 wt%) with varying percentage of magnesium oxide (MgO) (0–1 wt%) are mixed to study the phase transformation and uniaxially pressed into square inserts with 0.8 mm nose radius and sintered at 1,600ºC for 1 h in pressure less condition. The maximum hardness of 17.04 GPa, fracture toughness of 5.09 MPa m^1/2 and flexural strength of 502 MPa, respectively, has been reached at 0.6 wt% of MgO due to more metastable tetragonal phase. The performance of the insert has been evaluated by machining AISI 4340 steel (radius 75 mm) in lathe. The performance with respect to flank wear, cutting force and surface roughness is quite impressive at different cutting speed even after 20 min of machining. It can be inferred that MgO doped ZTA insert can be used for medium to high-speed machining in current manufacturing scenario and is very promising to replace carbide or coated carbide inserts in coming days.     

Measurement and determination of dynamic biaxial flexural strength of thin ceramic substrates under high stress-rate loading

Quasi-static and dynamic piston-on-3-ball experiments have been performed on an 8-mol% yttria stabilized zirconia (8YSZ) ceramic material and its doped versions to investigate the effects of the dopants on the biaxial flexural strength of 8YSZ thin substrates. To facilitate the extraction of information from limited number of dynamic experimental results, a new strength model with constant stress-rate as an independent variable was developed based on Tuler and Butcher's concept of cumulative damage. By employing an overall least-squares curve fitting technique, the experimental data were fitted to this model. Results revealed that the alumina (Al₂O₃) dopant with amount less than 3 mol% and a 3-mol% yttria stabilized zirconia (3YSZ) dopant with amount less than 30 wt% do not change the biaxial flexural strength of 8YSZ thin substrates significantly under both quasi-static and dynamic loading conditions. However, all the materials exhibited clear loading rate strengthening effects.