Al2O3/TiC纳米陶瓷刀具材料的抗热震性能及断裂机理研究

用强度衰减法对Al2O3/TiC纳米陶瓷刀具材料的抗热震性能进行了详细的研究.热震实验表明该种材料的临界热震温差为340℃.当温差达到350℃时,强度有明显的下降.与微米级的材料相比,纳米材料的抗热震性能反而有所降低.通过对热震后试样表面的显微观察和表面热应力的估算发现,材料在烧结后冷却过程和热震过程中产生的热应力导致试样表面产生裂纹,从而导致了材料强度的下降.     

对称型梯度功能陶瓷材料抗热震性的研究

通过水淬实验并结合热冲击过程瞬态热应力场的计算，研究了Al2O3/W(W,Ti）C系列对型梯度功能陶瓷材料的抗热震性能。结果表明，采用合理的梯度组成分布规律可提高陶瓷材料的抗热震性。     

放热体系对粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层耐蚀性的影响

以粉煤灰及少量SiO2、Al2O3、MgO和钠长石为主要原料,采用热化学反应法在Q235钢基体上制备了玻璃/陶瓷复合涂层.在此基础上添加10％的Al-TiO2-B2O3体系,通过对涂层形貌、物相、抗热震性、孔隙率及耐蚀性测试研究放热体系对复合涂层组织和性能的影响.实验结果表明:Al-TiO2-B2O3放热体系的加入可以促进热化学反应生成更多的新相,同时低熔点的Al粉可以优先熔化,填充涂层的孔隙和裂纹,利于提高复合涂层的性能.     

Fe3Al/Al2O3陶瓷复合梯度涂层抗热震性研究

通过800℃-压缩空气冷却热循环实验，对Fe3Al／A12O3梯度涂层的抗热震性和热震机制进行了研究。结果表明：涂层的主要热震损坏形式是随着循环次数的增加而产生的剥落。当裂纹在Al2O3中出现时，涂层将沿着基体一涂层界面迅速剥离，而对梯度涂层则具有相当的抗热震能力。实验证明：Fe3Al中间层和涂层成分的梯度变化缓解了热循环应力，提高了抗热震损坏能力，同时，有利于涂层结合强度的提高。     

梯度功能陶瓷圆球的抗热震性

推导和提出了第三类边界条件下梯度功能材料(functionally gradient materials,FGM)圆球的瞬态温度场及瞬态热应力场表达式.基于陶瓷材料的临界应力断裂判据,通过求解梯度功能陶瓷圆球表面达到其局部断裂强度的时间,建立了引起其表面临界热应力的临界温差△Tc的表达式,并以此作为梯度功能陶瓷圆球的抗热震参数.通过计算实例并与均质陶瓷圆球对比,分析了材料的热-物理性能分布规律对其抗热震性的影响,并提出了高抗热震性FGM陶瓷圆球的设计原则:线膨胀系数和热扩散率应由表及里增大,而弹性模量应由表及里减小.     

氧化钙对煤矸石粉末陶瓷涂层耐蚀性的影响

本文采用含多种氧化物的煤矸石粉末,以加钙活化的煤矸石和未加钙的煤矸石两种配方为涂层骨料,用热化学反应法在Q235钢表面制备陶瓷涂层.通过XRD分析球磨前后粉体及陶瓷涂层的相结构,并分析涂层的抗热震性和耐蚀性能.结果表明,通过热化学反应法制备煤矸石陶瓷涂层是可行的,制备过程中产生Al6Si2O13、Al2 SiO5、AINi、CaAl2 Si2O8及玻璃新相.涂层的性能比基体有了很大的提高,其中煤矸石陶瓷涂层的耐酸、碱、盐性分别提高4.31倍、2.08倍、2.06倍;加钙煤矸石陶瓷涂层分别提高9.79倍、2.38倍、2.86倍.     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的研究

研究等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的抗热震性能,分析并计算等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层和AlAl2O3涂层中的残余应力,得出了两种涂层的应力分布,测试了TiO2含量对Al2O3陶瓷涂层性能的影响,检验了影响涂层质量的工艺参数.     

陶瓷圆柱体的抗热震参数

通过求解第三类边界条件下无限长圆柱体的瞬态温度场及瞬态热应力场，研究了陶瓷圆柱体的抗热冲击行为，建立了引起无限长陶瓷圆柱体表面临界热应力的临界温差表达式，并以此作为陶瓷圆柱体的抗热震参数。计算结果表明，无限长陶瓷圆柱体的临界温差大于具有相同Biot模数的无限大陶瓷平板的临界温差，但其表面达到临界热应力的时间小于无限大平板的数值。     

Al2O3+ZrO2层状复合陶瓷的表面抗裂纹行为及抗热震性能

用压痕一强度法获得了Al2O3 Zr02单层和层状陶瓷的表面抗裂纹曲线,用压痕法测试了2种材料的抗热震性能,分析了材料的表面抗裂纹行为、抗热震性与断裂形貌,强韧化之间的相关性。实验结果毒明：Al2O3 ZrO2层状陶瓷对表面裂纹表现出不敏感性,临界热震温差为400℃,高出单层陶瓷150℃左右。进一步分析表明：2种陶瓷的表面抗裂纹及抗热震性能与材料的强韧化机制密切相关。表面压应力作用强化了相变增韧效果,改善了材料的表面抗裂纹性能和抗热震稳定性等力学性能。     

Fe-Al/Al2O3复合材料与ZTA陶瓷的抗热震性研究

对Fe-Al／Al2O3复合材料的抗热震性进行了测定。通过与ZTA陶瓷的抗热震性对比，分析了该复合材料具有较好抗热震性的原因。试验发现：Fe-Al／Al2O3复合材料的残余硬度和抗压强度随AT的变化有明显差异。在热震温差很高时，Fe—Al相的高温热强性改善了Fe-Al／Al2O3复合材料的抗热震性。     

镁合金表面纳米Al2O3陶瓷涂层的制备及耐磨性研究

采用热化学反应法在MB2镁合金表面制备了含有纳米Al2O3粒子的陶瓷涂层。采用XRD分析了微米Al2O3陶瓷涂层和纳米Al2O3陶瓷涂层的相结构,并测试了这两种涂层的耐磨性及耐热冲击性。结果表明,微米级Al2O3陶瓷涂层磨粒磨损及黏着磨损耐磨性相对于镁合金基体分别提高了14%及47%,且涂层中有新相MgMnSiO4生成;纳米Al2O3陶瓷涂层耐磨性及耐热冲击性优于以微米粒子制备的陶瓷涂层,磨粒磨损及黏着磨损耐磨性相对于基体分别提高了55%及100%,涂层中产生新相Mg2SiO4和Al2SiO5。     

金属表面化学反应陶瓷涂层的研究

采用化学反应法，在普通碳素钢上涂覆一层的均匀致密的陶瓷涂层，经微观结构分析和性能检测表明：涂层为复相陶瓷结构，主要相有Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＢ２，ＦｅＡｌ２Ｏ４等。涂层与基体的结合强度较高；涂层的耐腐蚀性优异，抗热震性较好。     

蜂窝陶瓷蓄热体的抗热震性研究进展

本文针对高风温燃烧技术和煤矿乏风瓦斯氧化技术的蜂窝陶瓷蓄热体,系统地综述了影响蓄热体抗热震性的因素,数值模拟分析了蓄热体在热冲击下的温度场和热应力场的分布特点,总结了蜂窝陶瓷蓄热体热震损伤机理等的研究进展情况,并提出今后的研究及发展方向。     

涂层材料与几何尺寸对等离子喷涂残余应力的影响

在等离子喷涂过程中,由于基体与涂层的热膨胀系数的不匹配,在它们共同冷却的过程中,产生了不同的热变形。本文采用有限元瞬态热分析方法对等离子喷涂过程的温度场进行了分析。在此基础上,进一步计算了常用的Al2O3涂层与16MnR基体组成的喷涂系统的残余应力分布,并对计算结果进行了讨论。然后,针对不同的涂层尺寸、不同涂层材料(a相Al2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2、Al2O3-ZrO3)进行了残余应力计算,对涂层与基体内部的应力进行了分析,并且比较了不同的涂层尺寸以及材料性能对应力状态及分布的影响,对实际喷涂工艺有一定的指导意义。     

电致发热多孔碳化硅陶瓷的绝缘涂层

以异丙醇铝{Al[OCH(CH3)2]3}为原料,用溶胶-凝胶法制备氧化铝(Al2O3)溶胶,然后再以碳化硅(SiC)多孔陶瓷为基体,用浸渍提拉法对陶瓷进行涂层,涂覆完成后进行热处理即可在陶瓷表面和孔隙内部形成致密的Al2O3涂层.当涂层后的陶瓷用作电加热元件时,就可以达到陶瓷和流体绝缘的目的.从扫描电镜照片可以看出:在陶瓷表面及其孔隙内部确实涂覆了Al2O3涂层.Al2O3具有高电阻系数、高介电常数,抗氧化、耐腐蚀性等优异性能,所以,涂层后陶瓷的电阻率明显增加,可以弥补电致发热过程可能引起危险性的缺陷.Al2O3的涂覆也很好地改善了陶瓷成分SiC的氧化问题.结果表明:涂层中Al2O3的质量分数(下同)为43.1%,二氧化硅(SiO2)为38.8%,硅(Si)为18.1%.Al2O3是涂层物质的主要成分,SiO2有两种来源,一是作为基体的多孔陶瓷在渗硅过程中的剩余硅在陶瓷冷却过程中氧化生成存留于陶瓷中;二是陶瓷中的剩余硅在涂层的热处理过程中再次氧化形成.所以SiO2的含量相对较高,其中的硅显然就是陶瓷中的残留硅.     

镁合金固相反应复相陶瓷涂层性能对比

采用固相反应法分别在MB2镁合金基体上制备Al2O3基和SiO2基复相陶瓷涂层,确定了陶瓷涂层的较佳配方如下:SiO2基陶瓷涂层为m(SiO2):m(Al2O3):m(MgO):m(钠长石)=66.8:13.2:12:8,Al2O3基陶瓷涂层为m(Al2O3):m(SiO2):m(MgO):m(ZnO)=66:12:12:10,陶瓷料浆与粘接剂质量比为0.5:1。对所制备的涂层结构,封孔前后涂层的致密性、耐酸性、耐盐水性以及耐磨性进行了测试。结果表明,SiO2基复相陶瓷涂层因在热固化过程中产生大量新相,而提高了涂层的致密性。与镁合金基体相比,封孔后涂层的耐酸性和耐盐水性分别提高了21倍和17倍,相对耐磨性增强了1.94倍,均优于封孔后Al2O3基复相陶瓷涂层的相关性能。     

普通石墨材料用Al2O3涂层抗氧化性能研究

为了减少石墨材料的高温氧化消耗,以普通石墨电极为例,设计并制备了氧化铝抗氧化涂层。采用氧化失重分析法对有涂层和无涂层石墨电极进行了对比研究,发现有涂层石墨电极的氧化失重率明显低于无涂层石墨电极。同时采用扫描电镜对涂层的形貌进行观察。研究结果表明：自行研制的氧化铝涂层具有很好的高温抗氧化性能。