SiC晶须砂轮的开发及其磨削特性

细磨粒砂轮用来进行高精度磨削。然而，由于细磨粒具有较小的结合面积，即使在正常的磨削条件下，磨粒易于从砂轮表面上脱落，导致加工精度与效率低下。近十年来，由于SiC晶须(微细纤维)具有高硬度、高强度、高耐磨性和相容性好等优良的机械与物理化学特性，因而广泛地用作金属、陶瓷、塑料及复合材料的强化材料^[1-2]。SiC晶须的平均长度和直径分别为50μm左右和数微米，比相同直径的细磨粒具有相对较大的结合面积。1993年以来，日本山口胜美、洞口严教授和中国魏源迁教授使用SiC晶须作为磨料和酚醛树脂结合剂，成功地开发了一种SiC晶须砂轮^[3-5]。该砂轮中的SiC晶须按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直，晶须的端部可作为切削刃。为了考察此砂轮的磨削特性，本文对难加工材料如模具钢SKD11(HRC60))进行了大量的磨削试验。试验结果表明该砂轮不仅具有很高的磨削比(6000以上)和磨削效率，而且能获得纳米级加工表面(Ral．5nm／Ry16nm)。     

类金刚石纤维砂轮的开发及其磨削特性

为了获得高精度加工表面，最近磨具市场上有一种Al2O3纤维砂轮问世^[1]。该砂轮克服了磨粒砂轮中磨粒易于脱落的缺点，但其硬度仍受到一定限制。近十年来，由于类金刚石薄膜具有接近金刚石的硬度、高耐磨性和很低的摩擦系数等优良的机械、物理、化学和光电特性，因而被广泛地应用于精密零部件和涂附刃具的制造^[2]。如果能将类金刚石薄膜形成类金刚石纤维，然后将其代替Al2O3纤维作为磨料，就可以满足纤维砂轮的硬度要求。因此，1999年以来，日本山口胜美教授和中国魏源迁教授成功地将类金刚石纤维植入基体并与树脂结合剂结合，开发了一种类金刚石纤维砂轮^[3-5]。该砂轮中的类金刚石纤维按同一方向排列且与砂轮磨削面相垂直，纤维的端部可用作为切削刃。为了考察这种新型砂轮的磨削特性，本文作者对难加工材料如模具钢SKD11及硬脆材料如硅片、光学玻璃、石英和大理石进行了大量的磨削试验。试验结果表明能获得纳米级加工表面，例如被磨硅片和模具钢的表面粗糙度分别为Ra2nm(Ryl5nm)和Ra2nm(Ry23nm)。     

纳米Al2O3在聚酰亚胺胶粘剂高温固化过程中的偏析现象

纳米Al2O3对聚酰亚胺粘接材料的性能具有显著的提升,当纳米Al2O3添加质量分数为8%～12%时,粘接材料的剪切强度由22 MPa提高到35 MPa,粘接面积超过60%。分析发现,Al元素在粘接材料与被粘物界面出现了明显的富集现象,表明纳米Al2O3在复合粘接材料高温固化过程中产生界面偏析现象,这对提高接头的强度十分有利。     

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 将纳米Al2O3颗粒和镍基粉用湿法混合，采用等离子喷涂工艺制备了复合涂层。利用SEM和TEM分析了Al2O3复合涂层的表面形貌和微观组织，用磨粒磨损试验机进行磨损试验，研究了纳米Al2O3的体积分数、粒径对涂层喷焊性和耐磨粒磨损性能的影响。结果表明，Al2O3复合涂层的表面形貌细腻，颗粒加入能有效改善弥散相与镍基涂层的相容性，当纳米Al2O3的体积分数为20%时，涂层的耐磨性能最好为镍基涂层的2倍多，在相同的体积分数下，随着涂层中弥散强化相尺寸减小，涂层的耐磨性提高。     

Al2O3陶瓷超声磨削的微观机理分析

对Al2O3陶瓷的超声磨削在微观机理上进行了初步探究，并根据实验数据分析了不同加工条件对加工表面质量的影响，对超声和机械磨削加工效果也进行了对比。实验表明超声应用于加工Al2O3陶瓷有助于改善表面加工质量，因此，也可用于加工类似的高硬脆材料。     

纳米Al2O3对Al2O3-SiC-C浇注料性能的影响

以电熔致密刚玉,碳化硅、沥青等为主要原料,研究了加入纳米Al2O3对Alpha-bond结合的Al2O3-SiC-C 质铁沟浇注料性能的影响.随着细粉预混法引入的纳米Al2O3的增加,流动值相近时,浇注料加水量有所增加,常温抗折强度和耐压强度变化趋势不明显;高温抗折强度在纳米Al2O3加入量为0.5%(质量分数,下同)时最高,提高幅度为4%,但随着加入量的继续增加,呈降低趋势.静态坩埚抗渣实验表明含纳米Al2O3的浇注料,其抗渣侵蚀性没有得到改善在加入1.0%纳米Al2O3时,抗渣渗透性得到提高.引入的纳米Al2O3使得材料在高温处理后更易生成莫来石相.     

Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制

将含氢等离子蒸发法制备的Al2O3/Al纳米复合粉体冷压成直径为25mm，厚度为2mm的块材，并通过620℃，40min热烧结和变形量为55％的冷轧形变处理使样品的相对密度达到99％。对官致密Al2O3/Al纳米复合材料的拉伸实验表明：其屈服强度σ0.2和断裂强度σb分别为粗晶Al的12－16倍和5－6倍，延伸率δ比同质冷轧粗晶Al约高28％。表征了Al2O3/Al纳米复合材料的结构和热稳定性，研究了晶粒细化的强化效应、非晶Al2O3弥散增强和冷变形加工硬化等对材料强度的影响。探讨了Al2O3/Al纳米复合材料的强化机制。     

化学镀Ni-P-W/Al2O3 复合镀层与NdFeB基体的结合强度研究

采用化学镀方法,在NdFeB磁性材料表面施镀Ni-P-W/Al2O3复合镀层,观察了镀层表面的微观形貌,测定了镀层的相组成,并且对基体与镀层间的结合强度进行了测试.结果表明:形成了胞状交叠的致密Ni-P-W/Al2O3复合镀层,纳米Al2O3颗粒弥散分布于Ni-P-W合金中;Al2O3颗粒与Ni-P-W共沉积有利于提高镀层与基体间的结合强度,镀液中Al2O3的质量浓度为5～10 g/L时,基体与镀层间的结合强度最好.     

等离子喷涂纳米Al2O3/Ni复合涂层的组织和耐磨性能研究

将纳米Al2O3颗粒和镍基粉用湿法混合,采用等离子喷涂工艺制备了复合涂层。利用SEM和TEM分析了Al2O3复合涂层的表面形貌和微观组织,用磨粒磨损试验机进行磨损试验,研究了纳米Al2O3的体积分数、粒径对涂层喷焊性和耐磨粒磨损性能的影响。结果表明,Al2O3复合涂层的表面形貌细腻,颗粒加入能有效改善弥散相与镍基涂层的相容性,当纳米Al2O3的体积分数为2.0%时,涂层的耐磨性能最好为镍基涂层的2倍多,在相同的体积分数下,随着涂层中弥散强化相尺寸减小,涂层的耐磨性提高。     

Al2O3纤维对Al2O3基陶瓷型芯材料性能的影响

采用常压烧结制备Al2O3基陶瓷型芯材料，通过XRD，SEM分析表征了材料的成分和内部结构。测量了Al2O3基陶瓷型芯气孔率、抗蠕变性能、80℃饱和NaOH溶液中侵蚀性能，并讨论了材料性能随Al2O3纤维含量变化的原因。     

Al/Al2O3复合材料伪半固态触变成形可行性研究

在粉末成形的基础上,结合半固态加工技术提出金属/陶瓷复合材料伪半固态触变成形工艺,并应用该工艺成功制备出Al/Al2O3复合材料桶形件.通过金相分析以及力学性能测试表明制件微观组织结构致密,界面结合紧密.抗弯强度以及断裂韧度和原位反应工艺以及高温氧化工艺等工艺相比有很大提高,成形温度和成形压力等工艺参数对力学性能的提高具有十分重要的影响,证明采用该工艺成形金属/陶瓷复合材料是可行的.     

Al2O3/Al粉冶锭挤压热喷涂丝材工艺研究

通过改进工装模具结构.在普通油压机上实现了丝材的无压余连续挤压.结果表明,粉冶锭在免烧结情况下,锭加热温度(400+10)℃、保温时间3 h以上、挤压比90～100、模具工作带长度1.5 mm、挤压速度约5m/min时,可制备出满足实际工程化使用要求的φ3.+0-0.1mmAl2O3/Al陶瓷复合材料喷涂用丝.同时可使材料利用率比常规挤压提高10%以上;生产效率提高40%左右.     

液相包裹法制备Al2O3/Fe纳米复合粉体

利用液相包裹法制备了纳米Fe颗粒包裹Al2O3,纳米复合粉体,研究了不同的煅烧和还原温度对复合粉体物相组成的影响,利用X-ray衍射（XRD）、热重/差式-量热扫描法（TG/DSC）、Zeta电位和扫描电镜（SEM）对复合粉体的成分、热学特性以及形貌特征进行了分析.结果表明：煅烧温度为500℃,保温30min,在氢气气氛中700℃还原1h可以得到Fe包裹Al2O3的纳米复合粉体;经SEM发现,包裹层的Fe颗粒呈球形,尺寸约为30 nm,分布均匀.     

Al2O3形成合金过渡态氧化行为

综述了亚稳相Al2O3生长和向稳态转变的规律，以及温度、氧化时间、合金元素、表面状态等的影响作用.重点介绍了合金元素特别是活性元素对相转变的影响机制、相转变与膜形成脊状形貌的关系，以及相转变对后续氧化行为的影响等.      

熔融Ni-5%W合金与固态多晶Al2O3材料的润湿性

通过对传统的静滴法进行改良,观察了1 773-1 873 K内熔融Ni-5%W合金与固态多晶Al2O3材料间的润湿行为,测定了接触角,并计算了附着功.结果表明,熔融合金与固态Al2O3接触的最初阶段,接触角由110°急剧下降至100°左右,并在1 823 K和1 873 K时观察到了随后的周期波动.3个温度下的附着功均随着时间的延长逐渐增加,结合界面微观组织观察,可认定熔融Ni-5%W合金与固态Al2O3材料间的润湿行为为反应润湿;由于1 823 K和1 873 K时界面反应剧烈,导致界面不稳定,附着功比1 773 K时较小.     

低成本纳米氧化铝的合成工艺

以硝酸铝和碳酸氢氨为主要原料,在超声场中采用化学沉淀法制备纳米γ-氧化铝粉末.实验研究了反应物的滴加顺序及方式对氧化铝粒径的影响,用正交试验法优化了制备工艺,并用扫描探针显微镜(SPM)、XRD、TEM技术对粉末进行了表征.结果表明:硝酸铝溶液一次性加入到碳酸氢氨溶液中,可获得较小的纳米颗粒,体系中含有乙醇可以减轻团聚现象的产生.900℃下,在硝酸铝与碳酸氢氨的物质的量之比为1/8,混合方式是硝酸铝一次性加入碳酸氢氨溶液中,水与乙醇的体积比是1/1时,煅烧1.25小时可获得38.6 nm左右的纳米γ-氧化铝粉.     

Al_2O_3对激光熔覆镍基涂层耐磨性的影响

研究Al2O3对激光熔覆镍基涂层耐磨性的影响.通过显微组织的观察,硬度测试和耐磨性测试,结果表明,添加Al2O3具有改变显微组织和激光熔覆层性能的作用.显微组织得到了细化,耐磨性得到显著的提高.     

内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的研究现状

综述了内氧化法制备Al2O3／Cu复合材料的研究现状，总结了内氧化法制备Al2O3／Cu复合材料的必备条件，对内氧化动力学和热力学进行了详细的阐述，并以Cu2O为氧源，采用内氧化法制备了Al2O3／Cu复合材料，验证了其优越的室温和高温性能；对以复合材料棒材为原料制备的点焊电极进行装机试验，结果表明其寿命为传统Cu-Cr—Zr电极的3～5倍；最后着重分析了内氧化法制备Al2O3／Cu复合材料发展过程中亟待解决的问题。     

水基流延工艺制备氧化铝生带材料研究

利用水基流延法,选用纯丙乳液作为粘结剂,成功制备出表面光滑、结构均匀、柔韧性良好、强度较高的Al2O3生带材料,并发现当分散剂聚丙烯酸铵(PAA-NH4)含量为2.5%(质量分数)、粘结剂纯丙乳液用量为27%～28%(体积分数)、pH值为9.5～10时可制备出稳定性良好、流动性适宜的α-Al2O3的水基流延浆料.对纯丙乳液进行了DTA和TGA热分析,在此基础上确定流延素片的排胶温度在500℃;将该工艺制备的α-Al2O3流延素片在1650℃并保温2 h的烧结条件下,获得了强度和致密度都较高的烧结体,其中烧结较好的流延片的相对密度达到94.5%.     

溶胶-凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能研究

以异丙醇铝(Al(C3H7O)3)为先驱物,水为溶剂,HNO3做胶溶剂制得了稳定、均一的Al2O3溶胶,浸涂在聚酰亚胺和银薄膜表面干燥后获得了致密透明的涂层.采用空间综合环境地面模拟设备对试样进行了原子氧暴露实验.结果表明:溶胶-凝胶制备的Al2O3涂层抗原子氧侵蚀性能优异,抗原子氧侵蚀性能比聚酰亚胺基体提高了2个数量级以上.经FTIR和XPS分析表明:在原子氧暴露后涂层表面生成了一层Al2O3,阻止了原子氧对基体材料的进一步侵蚀.涂覆涂层后基体的光学性能没有受到影响.实验证明溶胶-凝胶制备抗原子氧侵蚀的防护涂层是一种行之有效的方法.它工艺简单,可涂覆形状复杂、大面积的器件.