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金属陶瓷复合涂层制备技术的研究现状

金属陶瓷复合涂层制备技术的研究现状
金属陶瓷复合涂层制备技术的研究现状

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1.对特种陶瓷用超细粉的基本要求有哪些? 对先进陶瓷用超细粉的基木要求随材料体系、制备T艺及材料用途的不同,对粉料的要求不完全相同。但其共性可归纳如下: 仃)超细由于表面活性大及烧结时扩散路径短,用超细粉可在较低的温度下烧结将会获得高密度、高性能的陶瓷材料。目前先进陶瓷所采用的超细粉多为亚微米级?lum)o但实践表明,当陶瓷材料的晶粒由微米级减小到纳米级时,其性能将大幅度提高。 ⑵高纯粉料的化学组成及杂质对由其制得的材料的性能影响很大。如非氧化物陶瓷粉料的含氧最将严重地影响材料的高温力学性能,氯离了的存在将影响粉料的可烧结性及材料的高温性能,功能陶瓷屮某些微星杂质将大大改善或恶化其性能。为此要求先进陶瓷用粉料的有害杂质含量在几卜个ppm以下,甚至更低。 (3)粉料的形态形貌要求粉料粒子尽可能为等轴状或球形,且粒径分布范围窄,采用这种粉料成型时可获得均匀紧密的颗粒扌非列,并避免烧结时由于粒径相斧很大而造成的品粒异常长大及其它缺陷。 ⑷无严重的团聚由于比表面积的增加,一次粒了的团聚成为超细粉料的严重问题。为此, 粉料制备时必须采取一定的措施减少一次粒了的团聚或减小其团聚强度,以获得密度均匀的粉料成型体及克服烧结时团聚颗粒先于其它颗粒致密化的现象。 ⑸ 粉料的结晶形态对于存在多种结晶形态的粉料由于烧结时致密化行为不同,或其它原因,往往要求粉料为某种特定的结晶形态。如对Si3N4粉料就要求a相含量越高越好。 2.特种陶瓷的特点是什么。 特种陶瓷定义:采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于进行结构设计及控制的制造方法进行制造加工的,具有优异特性的陶瓷。 (1)产品原料全都是在原子、分子水平上分离、精制的高纯度的人造原料 (2)在制备工艺上,精细陶瓷要有精密的成型T艺,制品的成型与烧结等加工过程均需精确的控制 (3)产品具有完全可控制的显微结构,以确保产品应用于高技术领域 特种陶瓷,由于不同的化学组分和显微结构而决定其具的不同的特殊性质和功能,如高强度、高硬度、耐腐蚀,同时在电磁热声光和生物T程等各方面的特性,广泛应用在高温、机械、电了、宇航、医学工程等方曲。 3.试比较A12O3和MgO的熔点,并请分析原因。 氧化镁的熔点2852°C,氧化铝的熔点:2050°Co即氧化铝的熔点低于氧化镁的熔点。 它们都是离了键,而通常所说的离了键并非纯粹的离了键,成键原子总是有电子云重叠的情况,也即离子性和共价性各占一定的比例。根据电负性数据:镁 1.31铝 1.61 <3.44,电负性差:氧-镁(3.44-1.31=2. 13) >氧-铝(3. 44-1. 61=1. 83) 0电负性是以一组数值的相对大小表示元素原了在分了屮对成键电了的吸引能力,电负性差越大,键的极性越强。 由AS/=—,知Tm与AH/成正比。提高键的共价特性,可以稳定熔体中的离散单元, 减少了在融化过稈中需要打断的键数,降低了从而降低了Tm。A1-0的共价特性大于 Mg-O键,大的共价键性稳定液态屮的离散相,降低熔点。 4.简述溶胶-凝胶法制备陶瓷粉体的原理。 用含高化学活性组分的化合物作前驱体,在液相下将这些原料均匀混合,并进行水解、缩合化学反应,在溶液屮形成稳定的透明溶胶体系,溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构

浅析先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势

龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/637499401.html, 浅析先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势 作者:孙彬 来源:《科技资讯》2017年第27期 摘要:随着现阶段各种高新技术日新月异的发展,先进陶瓷材料已经成为了新材料领域 中的翘楚,也是很多技术创新领域需要用到的关键材料,受到了很多发达国家和工业化企业的极大关注,先进材料的发展以及应用也在很大程度上对于工业的发展和进步产生一定的影响。本文旨在探讨先进陶瓷材料的研究现状及发展趋势。 关键词:工业陶瓷材料先进研究环保发达国家 中图分类号:TQ174.7 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)09(c)-0217-02 随着先进陶瓷的各种优势越来越明显,很多自动化控制、人工智能、电子智能技术领域都需要先进陶瓷的入驻,可以说,先进陶瓷的市场产量和覆盖范围已经发展到了一个不可忽视的阶段。 1 先进陶瓷的具体应用以及性能优势对比 先进陶瓷,根据各自的优点以及应用范围,大体可以分为两大类,也就是功能陶瓷和结构陶瓷,具体的应用范围以及性能优势,如表1所示。 2 国内外对于先进陶瓷材料的研究现状 2.1 国外对于先进陶瓷材料的研究现状 现阶段,全球各个国家对于先进陶瓷材料进行研究应用的趋势越来越明显。 举例来说,以美国和日本为代表,在对于先进陶瓷材料的研究和应用方面远远领先于其他国家。美国的宇航局和航空局大规模的应用了先进陶瓷。比如说在航空发动机上用陶瓷来替代其他材料;提出了关于先进陶瓷的多个计划,在每年对于先进材料的研究和应用上,投入多达35亿美元。这些都是为了提高他们在国际上的综合竞争能力。而日本也提出了对于先进陶瓷 研究和开发的一项计划,名曰“月光计划”,另外,欧盟各国尤其是以工业闻名的德国,都对先进陶瓷进行了研究和开发,法国也紧随其后,主要集中在对新能源材料进行重点的研究和突破。 综合来说,这些发达国家,比如美国、日本、欧盟,它们在先进陶瓷领域每年的平均增长率高达12%,其中欧盟较为领先,多达15%~18%,美国则是9.29%,日本是7.2%。现阶 段,全球先进陶瓷的最大市场集中在美国和日本,其次就是欧盟国家,甚至可以说,先进陶瓷在发达国家更加受到重视和人们的欢迎。

有关高分子、复合、金属、陶瓷材料.doc

有关高分子、复合、金属、陶瓷材料 专业: 学生姓名: 学号: 指导教师: 完成时间:2015年1月3日

有关金属、陶瓷、高分子、复合材料 高分子材料 特点:高分子材料是以高分子化合物为基础的材料,是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能,绝缘性能,隔热性能.由于高分子结构的不同,其特点也不尽相同。比如说:橡胶一类线型柔性高分子聚合物,其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状;高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料,它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。功能高分子材料除还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。 应用:浙江大学的科研人员得到一种不仅坚硬、富有韧性,而且可连续化制备的高分子材料。用它织成的衣服可以防辐射和静电,由于新型纤维质量轻,还可做成更轻便的防弹衣。目前,课题组已能制成比头发丝还细的仿贝壳纤维。“我们这项技术的应用面很广,例如可制成功能性的织物。大家穿上了用仿贝壳纤维材料做的衣服后,不仅能防静电,还可以防辐射,同时又耐化学腐蚀。”该课题组博士生许震说。也许在未来,人们真的可以像蜘蛛侠那样,喷出液体迅速凝结成强韧的新型纤维,飘荡在城市大楼之间。 复合材料: 特点:由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体,通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材料的性能外,同时能产生新的性能。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。一般复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。 应用:在建筑工业发展中使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重,提高建筑物的使用功能等十分有利,是实现建筑工业现代化的必要条件。有可设计性,力

不锈钢表面金属陶瓷涂层技术

摘要 近年来,随着现代化工业的不断进步与发展,人们对于材料的性能要求越来越高,其中较为重要的一点便是材料的耐磨性。众所周知,磨损现象不论在科研实践还是日常生活中都是很常见的,并且若不及时更换调整便极有可能造成严重的安全事故。因此,如何提高易磨损材料的耐磨性能便显得尤为重要。 锌锅沉没辊是热浸镀锌设备中一种重要零件,我国锌锅沉没辊的辊轴与辊套需要从国外进口,不仅价格昂贵而且磨损严重,平均一周就需要更换一次设备,导致轧制的成本很高。所以锌锅沉没辊辊轴与辊套的耐磨性是一个越来越受到重视的问题。本设计旨在制备316L不锈钢表面的耐磨陶瓷涂层来缓解锌锅沉没辊的辊轴与辊套过于严重的磨损,以此延长锌锅沉没辊的辊轴与辊套的寿命,提高生产效率。 我们通常用表面合金化、表面形变强化、表面涂层强化等方法来提高材料耐磨性。本设计借助钎涂原理,分别以氧化铝和碳化钨作为陶瓷增强相材料,Ni82CrSiB合金为钎料,利用真空钎涂的方法制作出较为耐磨的陶瓷涂层,从而达到提高不锈钢表面耐磨性的要求。试验结果表明:氧化铝与钎料的润湿效果不够理想,在涂层中没能发现氧化铝相,即以氧化铝作为陶瓷增强相材料无法达到预期目标;而碳化钨颗粒在涂层中分布较均匀,涂层表面光滑,有金属光泽,并且与不锈钢表面冶金结合良好,硬度达到了不锈钢基体的6倍以上,有望大幅提高材料的耐磨性能。 关键词:金属陶瓷涂层;钎涂技术;硬度

Brazing Process of Metal-ceramic Coating on Stainless Steel Abstract In recent years, with the continuous progress and modernization of industrial development, people are increasingly demanding high-performance materials, one of the important points is the wear resistance. As we all know, the wear phenomena both in research and practice is still very common in daily life, and if not timely replacement of adjustments it is very likely result in serious accidents. Therefore, how to improve the wear resistance of the material is particularly important. The zinc pot sink roll is one of the important parts of hot dip galvanizing equipments. The bush of zinc pot sink rolls needs to be imported from abroad, and it is not only expensive but also badly worn., it needs to be replaced once per week, and that would lead to the high cost of rolling. Therefore, the wear resistance of the zinc pot sink roller bearing is a question with more and more attention. This design is in order to prepare the surface of 316L stainless steel wear-resistant ceramic coating to solve the zinc pot sink roll shaft and insert wear too serious problem to extend the life of the equipment and The main methods of improving the wear resistance for material are surface strain hardening, surface alloying, surface coating strengthened and so on. In this design, we use the braze coating principle, and make the Al2O3 and WC as ceramic reinforcement materials, Ni82CrSiB as the brazing. The method of using the vacuum braze coating to produce more wear-resistant ceramic coating, so as to improve wear resistance of the stainless steel surface requirements. The results showed that: The wetting effect of Al2O3 and brazing filler is not satisfactory, and we could not find alumina phase in the coating, that is to say, Al2O3 as the ceramic reinforcement materials can not achieve the desired goal. However, WC particles in the coating are distributed more evenly. The coating surface is smooth, with a metallic luster, and it is a good metallurgical bond with the stainless steel surface. Its hardness is more than 6 times the stainless steel substrate, and it can be required to improve the wear resistance. Key Words:metal-ceramic coating; braze coating process; hardness

等离子热喷涂用陶瓷粉体的制备技术现状及发展

纳米陶瓷粉体的制备及等离子喷涂技术 现状及发展 喻瑾 (齐齐哈尔大学材料科学与工程学院,无机091班,学号2009015051) 摘要:从等离子喷涂设备、等离子喷涂过程中的测量技术及等离子喷涂技术的应用等几个方面综合分析了近年来等离子喷涂技术的研究现状和发展概况,指出了等离子喷涂技术的发展方向。 关键词:等离子喷涂技术;纳米陶瓷粉体的制备;应用;发展 等离子喷涂属于热喷涂技术,它是将粉末材料送入等离子体(射频放电)中或等离子射流(直流电弧)中,使颗粒在其粉末中加速、熔化或部分熔化后,在冲击力的作用下,在基底上铺展并凝固形成层片,进而通过层片叠层形成涂层的一类加工工艺。它具有生产效率高,制备的涂层质量好,喷涂的材料范围广,成本低等优点。因此,近几十年来,其技术进步和生产应用发展很快,己成为热喷涂技术的最重要组成部分。 1.等离子体和粉末之间的相互作用 等离子喷涂涂层的特征直接取决于到达基底的粉末颗粒的参数。因此,几年来,发展了许多不同的技术来测量颗粒尺寸、速度和温度分布。一般,粉末颗粒温度的确定基于测量粉末颗粒发射的双波长或多波长或色带的热辐射而获得。粉末颗粒速度用激光多谱勒测速仪(laser Doppler veloc imetry)或过境计时技术(transit timing technique)测得。在后一技术中,速度根据颗粒穿过两个光栏或聚焦的激光斑点之间的时间推得。粉末颗粒尺寸根据经绝对强度校核后的颗粒的热辐射强度推导得出,或根据穿过一聚焦激光束的一个颗粒散射并在与原始激光束不同的角度收集的两个或多个光信号之间的相位移推得。这些方法大部分是单颗粒法(single particle method),颗粒参数的分布和标准偏差是通过对大量单个颗粒的观察得到的。但是,有些方法可以认为是“颗粒群技术(ensemble techniques)”,因为这些技术同时测量大量颗粒的性能,并直接得到这些参数的平均值。到目前为止,这些颗粒群技术还只能提供粉末颗粒温度的信息,但最近已开发了一种可以测粉末颗粒速度的颗粒群技术。 成像技术也可以用来探测粉末颗粒喷涂射流心迹线的形状和位置,以及炽热颗粒的密度,或者根据光信号的强度确定粉末颗粒温度和尺寸,使用双曝光技术确定速度。该测量设备中激光的引入能够测定“冷”颗粒的数量以及尺寸和速度。 一些商业化的技术现在可以用于生产环境,进行喷涂工艺的在线控制。这些技术通常以颗粒的热辐射测量为基础,并不使用其他附加光源,可以测量颗粒的速度、温度及尺寸分布。 2等离子喷涂技术的应用 等离子喷涂技术在耐磨涂层、耐蚀涂层等传统领域的应用已经较为广泛,从上世纪50 年代至今,其应用领域由航空、航天扩展到了钢铁工业、汽车制造、石油化工、纺织机械、

陶瓷涂层

陶瓷涂层 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成,并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多;按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等,按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等;按其性能与用途可分为温控涂层(包括温控、隔热、红外辐射涂层等)、耐热涂层(包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等)、摩擦涂层(包括减磨、耐磨润滑涂层)、电性能涂层(包括导电、绝缘涂层等)、特种性能涂层(包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等)及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1.喷涂法(等离子喷涂法) 2.化学气相沉积法(CVD):在相当高的温度下,混合气体与基体的表面相互作用,使混合气体的某些成分分解,并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3.物理气相沉积法(PVD):离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等,离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显,两者相互渗透,CVD技术引入等离子活化等物理过程,出现了PACVD技术,PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4.复合镀层 5.溶胶-凝胶法 6.原位反应法 三、应用 航天航空工业:航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业:增加介电常数 汽车工业:为了减轻重量而开发新一代汽车发动机,欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层,这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁,可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用:硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具,陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍,多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍, 冶金和机械工业:金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行,防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧,往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用:改善人体与金属的生物相容性。 石油化工:防腐 陶瓷、玻璃生产:增加强度和寿命 食品包装:耐热、高阻隔、透明度

金属陶瓷复合材料的应用

金属陶瓷复合材料的应用 我公司提供以下热喷涂技术服务:修复各类设备主轴、曲轴以及所有轴的轴颈、轴承档、油封档、键槽的磨损、拉伤等缺陷。“锅炉四管”(水冷壁管、过热器管、预热器管和省煤器管)喷涂防护、循环硫化床锅炉、膜式壁热喷涂防护、风机叶片、拉丝塔轮、拨丝缸、水轮机的导风叶、水轮机叶片的迷宫环等部件的防汽蚀、防磨处理。大型液压油缸的陶瓷涂覆活塞杆和液压缸以及位置测量成套系统、化工泵中往复泵柱塞陶瓷涂层、机械密封环和轴套表面喷涂、陶瓷蝶阀密封面喷涂代替镶圈结构、高参数球阀喷涂陶瓷、在石油、天然气勘测和钻采过程中所用设备的关键部件如钻头、轴、轴套、灌浆泵等表面热喷涂防护。 在塑料工业设备中,塑料挤出机螺杆、塑料切碎机喷嘴、塑料薄膜生产辊。冶金工业中,连续退火炉辊、张紧辊和偏转器辊自清理炉辊、热浸镀锌用沉没辊、稳定辊等先进涂层。热轧无缝管顶头的表面强化涂层、铜合金热挤压模具强化涂层。在化纤工业中,各种槽辊、锭杯、牵伸辊、导丝辊、表面陶瓷涂层、造纸烘缸表面防腐防磨防护、上光砑光棍、纸浆真空吸水箱板、印刷工业中铸铁印刷滚表面喷涂防护、陶瓷网纹辊、电晕辊。 在玻璃工业中,铜电板的抗高温氧化保护涂层、喂料柱塞和喂料管、内燃机燃烧室的热障陶瓷涂层(汽缸盖底面、活塞底面、活塞顶面、汽门全部底面缸套、活塞环、水泵动密封环、气门顶杆、增压器涡轮) 热喷涂涂层工业应用介绍 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现,热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透,使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为:技术附加值高、效益好的如生物工程,航空航天,工、模具,电子工业等,但规模相对较小;要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构,但技术附加值低;应用面最广的仍是机械工业,包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品,特别是关键零部件许多特种功能涂层,形成复合材料结构具有的综合作用,真正做到了“ 好钢用在刀刃上” ,是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能,而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁,故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起,国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自70年代起开始推广应用,迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺,局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。

多孔陶瓷材料的制备技术

第14卷第3期Vol.14No.3 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science&Engineering 总第55期 Sept.1996多孔陶瓷材料的制备技术 朱时珍 赵振波 北京理工大学 北京 100081 刘庆国 北京科技大学 北京 100083 【摘 要】 本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。 【关键词】 多孔陶瓷 制备 造孔剂 泡沫浸渍 Techniques For Preparation of Porous Ceramic Materials Zhu Shizhen Zhao Zhenbo Beij ing Institute of Technology Beijing 100081 Liu Qingguo Beij ing University of Science and Technology Beij ing 100083【Abstr act】 T he r ecent status of techniques for prepar ation of por ous ceramic mater ials was re-viewed.Var ious t echniques for pr epar ation of por ous cer amic mater ials resear ched mor e actively and ap-plied more successfully wer e analyzed,and the future development tr ends were discussed. 【Key wor ds】 Porous cer amics,F abr ication,P or e-form ing mat er ials,F oam impregna tion 一、前 言 近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。 ? 33 ?

陶瓷基复合材料综述

浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究,并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括,希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析,得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展;目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词:Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料,通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多,根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同,可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域,特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内,对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能,耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来,通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料,使陶瓷的韧性大大地改善,而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景,并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展,新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速,新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现,形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻,先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键,它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标,因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大,能满足某些对材料的特殊要求,特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究,根本目的在于提高陶瓷材料的韧性,提高其可靠性,发挥陶瓷材料的优势,扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料,既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、

金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现_周圣丰

文章编号:1002-2082(2008)01-0076-05 金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现 周圣丰,曾晓雁,胡乾午 (华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室激光科学与技术研究部,湖北武汉430074) 摘 要: 鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足:其一,熔覆效率低,导致大面积熔覆时成本昂贵;其二,由于激光熔覆本身的特点,即快速加热与快速凝固,在激光熔覆过程中,热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此,综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展,指出其存在的主要问题,并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法,即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。关键词: 金属陶瓷;复合涂层;激光感应复合快速熔覆 中图分类号: T N 249 文献标志码: A Realization of laser cladding and crack -free ceramic -metal composite coatings ZHOU Sheng -feng ,ZENG Xiao -y an ,HU Qia n -w u (Wuhan Na tio na l Labo rato ry for Opto electr onics ,Schoo l o f O pto elec tro nics Science and Engineering ,Huazho ng U niv er sity o f Science a nd Technolog y ,W uhan 430074,China ) Abstract :The conv entiona l technique fo r the laser cladding ceramic -metal composite coa ting m ainly has two disadv antages .Firstly ,the efficiency of its pow der depositio n is lo w and it limits the cladding rate,makes the process ra ther ex pensive for cladding o n la rg e areas.Seco ndly,due to some inherent characteristics in laser cladding technique,such as rapid heating and rapid solidification ,the residual stress induced during laser cladding co uld lead to the crack forma tio n in the composite coatings.The status quo of the dom estic and foreig n research o n laser cladding ceramic-m etal composite coa ting technique is review ed.The existing pro blem s are pointed o ut a nd a new solutio n fo r laser inductio n hy brid rapid cladding (LIHRC )is put forw ard ,w hich preheats the substrate before the la ser cladding .The efficiency of this new solutio n is higher than that o f the conv entional laser cladding and crack-free ceramic-metal com po site coating s prepa red by LIHRC. Key words :ceramic -metal ;com posite coa ting ;laser induction hybrid rapid cladding (LIHRC ) 引言 对关键机械零配件表面进行修复,虽然传统方法如堆焊和热喷涂等的效率高,涂层厚度均匀且与基材接合牢固,但由于受热过程缓慢,导致稀释率与热影响区大,陶瓷相烧损严重,而且只适合在平整表面进行熔涂。而激光熔覆技术具有能量密度 高、热变形与热影响区小、稀释率低、激光加工位置可以精确定位等优点,正成为汽车、冶金、交通等领域的关键技术,具有广阔的应用前景 [1-3] 。但由于激 光熔覆自身的特点即快速加热与快速冷却凝固,在材料表面极易形成裂纹,这已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用难以逾越的障碍之一。为解决熔覆层 收稿日期:2007-08-20; 修回日期:2007-09-22 作者简介:周圣丰(1977-),男,湖北天门人,博士研究生,主要从事材料加工、表面激光强化与改性的研究工作。 E -mail :zho usf 1228 @https://www.doczj.com/doc/637499401.html, 第29卷第1期2008年1月 应用光学Jour nal of Applied O ptics V o l.29N o.1 J a n.2008

陶瓷的制备方法实验报告

一.实习目的 掌握陶瓷主要工艺实验的原理、方法与一定的操作技能,通过陶瓷工艺综合实验了解陶瓷产品的设计程序与工艺过程,培养综合设计实验的能力,提高分析问题、解决问题和动手能力。 二.实习时间 2013年11月22日 三.实习地点 南信大尚贤实验室及江都金刚机械厂 四实习过程 1.陶瓷材料 A概念:用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料,由于陶瓷还具有某些特殊的性能,又可作为功能材料。 B 分类:普通材料:采用天然原料如长石、粘土和石英等烧结而成,是典型 的硅酸盐材料,主要组成元素是硅、铝、氧,这三种元素占地壳元素总量的90%,普通陶瓷来源丰富、成本低、工艺成熟。这类陶瓷按性能特征和用途又可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷、化工陶瓷等。 特种材料:采用高纯度人工合成的原料,利用精密控制工艺成形烧结制成, 一般具有某些特殊性能,以适应各种需要。根据其主要成分,有氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷等;特种陶瓷具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等性能。 C性能: (1)力学特性:陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料,其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高,但抗拉强度较低,塑性和韧性很差。(2)热特性:陶瓷材料一般具有高的熔点(大多在2000℃以上),且在高温下具有极好的化学稳定性;陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性。 (3)电特性:大多数陶瓷具有良好的电绝缘性,因此大量用于制作各种电压(1kV~110kV)的绝缘器件。铁电陶瓷(钛酸钡BaTiO3)具有较高的介电常数,可用于制作电容器,铁电陶瓷在外电场的作用下,还能改变形状,将电能转换为机械能(具有压电材料的特性),可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性,可作整流器。 (4)化学特性:陶瓷材料在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。 (5)光学特性:陶瓷材料还有独特的光学性能,可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等,透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷(铁氧体如:MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4)在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。 2.实验材料 粘土:是多种微细的矿物的混合体,其矿物的粒径多数小于2μm,主要是由粘土矿物和其他矿物组成的并且具有一定特性的(其中主要是可塑性)土状岩石

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究 摘要:研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属/陶瓷体系,探寻和发展材料的制备技术有重大的意义。制备高性能金属/陶瓷复合材料有着重要的现实意义。本文从陶瓷/金属的润湿现象、机理及其分类出发,介绍了润湿性研究的实验研究方法,并探讨改善润湿性的途径。 关键词:金属/陶瓷复合材料;润湿性;接触角;粘附功 一.润湿现象 润湿是固体表面的气体被液体取代的过程。在复合材料的制备过程中,只要涉及液相与固相的相互作用,必然就有液相与固相的润湿问题。在制备金属基复合材料时,液态金属对增强材料的润湿性如何直接影响到界面黏结强度。润湿性表示液体在固体表面上的铺展程度。优良的润湿性意味着液体在固体表面上铺展开来覆盖整个增强材料的表面。按热力学的条件,只有体系自由能减少时,液体才能铺展开来,即 因此,铺展系数SC[1]被定义为 当铺展系数SC>0时,才会润湿,根据力学平衡,可得: 式中,θ为接触角。 由θ可以知道润湿程度。θ=0°时,金属熔液会在基体上完全的铺展开;θ=180°时,熔滴呈圆球状,只与基体表面形成点接触,称其为完全不润湿;0°90°时则称为不润湿,液相对固体的粘着性较差。对于一个特定的系统,接触角θ会随温度、保温时间、吸附气体等而变化。润湿过程可按顺序分为沾湿、浸湿、铺展三个阶段。对于一个固定的系统,沾湿过程的铺展力最大,最容易进行,属于最低层次的润湿;铺展过程的铺展力最小,属于最高层次的润湿。润湿性好的液体将尽力覆盖更多的固-气界面,直至完全平铺固体表面,润湿性差的液体的润湿过程将终止于较大的平衡接触角。金属/陶瓷的润湿性对金属基复合材料的生产有重要的意义。

陶瓷涂层技术知识

陶瓷涂层技术知识 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成,并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多;按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等,按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等;按其性能与用途可分为温控涂层(包括温控、隔热、红外辐射涂层等)、耐热涂层(包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等)、摩擦涂层(包括减磨、耐磨润滑涂层)、电性能涂层(包括导电、绝缘涂层等)、特种性能涂层(包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等)及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1.喷涂法(等离子喷涂法) 2.化学气相沉积法(CVD):在相当高的温度下,混合气体与基体的表面相互作用,使混合气体的某些成分分解,并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3.物理气相沉积法(PVD):离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等,离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显,两者相互渗透,CVD技术引入等离子活化等物理过程,出现了PACVD技术,PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4.复合镀层 5.溶胶-凝胶法 6.原位反应法 三、应用 航天航空工业:航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业:增加介电常数 汽车工业:为了减轻重量而开发新一代汽车发动机,欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层,这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁,可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用:硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具,陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍,多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍, 冶金和机械工业:金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行,防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧,往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用:改善人体与金属的生物相容性。 石油化工:防腐 陶瓷、玻璃生产:增加强度和寿命 食品包装:耐热、高阻隔、透明度 四、发展方向 1.发展新涂层:研究解决陶瓷涂层与金属基体的热膨胀系数匹配问题,从而提高涂层与金属的结合力。 2.发展新工艺:简便、成本低、生产效率高以及产生无缺陷涂层的工艺 3.无损探伤方法,韧性、粘结强度等。 五、金属陶瓷镀膜技术在车用内燃机上的应用 为降低内燃机活塞环与气缸套表面的摩擦因数,提高发动机的机械效率,进而提高内燃机的性能,在内燃机活塞环上应用了金属陶瓷镀膜技术。采用此项技术后,发动机成本仅增加3%-5%,而整机动力性和经济性得到了明显改善,实用价值很高。

金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展

金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展* 马红玉,张嗣伟 石油大学(北京) 机电工程学院,北京 102200 Email:mahongyu77@https://www.doczj.com/doc/637499401.html, 摘 要:在简要回顾表面涂层技术发展历程的基础上,对金属基复合材料涂层的减摩抗磨性能和制动摩擦性能以及涂层的摩擦磨损机理和影响涂层摩擦磨损性能的若干因素的研究现状进行了综述,并指出了今后在金属基复合材料涂层摩擦学方面值得进一步研究的一些问题。 关键词:金属基复合材料涂层,减摩抗磨,制动摩擦,涂层摩擦学 1.前言 金属基复合材料涂层具有耐高温、耐磨损、导电导热性好、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等优良特性,而其优异的摩擦学性能更使它在摩擦学领域倍受青睐,因此,有关金属基复合材料涂层的摩擦磨损性能的研究方兴未艾。本文仅就金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展作一综述。 2.表面涂层技术的发展历程 Subramanian等根据涂层的发展历程把涂层技术分为3代:第一代涂层指传统的单组分涂层,即运用单一表面工程技术制备的单组分单层涂层。如TiN涂层,已广泛应用于刀具、模具、量具及轴承;第二代指二元复合涂层,如Ti-C-N、Ti-B-N、Ti-Al-N,已初步应用于某些耐磨部件上;第三代指新近出现的多层涂层及多组元复合涂层,即运用一种或多种表面工程技术将具有不同性能的材料组合到同一体系中以得到单一材料无法具备的新的性能,因而成为目前涂层中极具应用潜力的研究对象[1,2]。 3.金属基复合材料涂层减摩抗磨性能的研究现状 3.1单一涂层 单一涂层是指传统的单组分单层涂层,主要包括金属涂层、金属化合物涂层、陶瓷涂层等。金属涂层中,采用各种金属离子注入的方法,可提高注入金属表面的硬度,降低表面的摩擦系数,提高表面抗磨损性能,如H13钢表面注入Ti离子[3]。另外,如镀铬层,它具有耐磨、减摩、耐热、耐腐蚀、摩擦系数低、防咬合等特点,能改善模具表面性能,提高模具寿命[4]。陶瓷涂层中最典型的代表是TiN涂层,研究表明[5-7],TiN涂层与基材结合良好,与基体相比,其力学性能优异,摩擦系数小,耐磨性好,已广泛应用于各领域,特别是工模具方面。其它陶瓷涂层如Al2O3涂层、Cr2O3涂层等也都具有良好的减摩抗磨性能[8]。金属化合物*本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(项目编号:20020425005)资助 - 1 -

中国特种陶瓷现状

中国特种陶瓷现状 能源,材料和信息是当代文明的三大支柱。新材料是新技术,新产业赖以形成和发展的基础,特种陶瓷(工程结构陶瓷,电子陶瓷,生物陶瓷)具有电、声、光、磁、热、力学、化学、医学等一种或多种物理,化学功能,在许多场合不论现在或将来都不能为其它材料所取代,已成为用途广泛,迅速发展的新兴产业,各发达国家均投入大量人力,物力研究和开发,竞争十分激烈。美国提出的“先进材料与材料制备”计划,每年用于材料研究工程费高达20~25亿美元,以提高其竞争力,越来越多的国家已意识到,就某种意义上说,谁掌握了高性能材料,谁就掌握了未来的先进技术,另一方面,特种陶瓷材料属技术密集,知识密集的学科,材料的性能不仅与化学组成有关,而且很大程度上取决于材料内部结构,而结构的形成又与材料制备起始状况,工艺过程等密切相关。因此研究开发的特点是要求高,难度大,获取技术和情报困难,引进高级技术,人才十分不易,价格十分昂贵。 当前工程结构陶瓷的研究经历了一段全球“陶瓷热”的鼎盛时期后已逐渐冷静下来,转入深入细致的基础性工作。针对结构陶瓷的弱点之一的脆性,近年来,陶瓷材料科学家围绕提高陶瓷韧性方面进行了许多卓有成就的研究;电子信息正向着集成化,微型化和智能化方向发展,相应地要求电子元器件逐步向微型化、薄膜化、多功能、高效能、高可靠性和高稳定性方向发展;生物陶瓷作为医用材料和金属材料.高分子材料相比,具有生物相容性好的优点,正受到医疗界的重视,已成功用于人造骨,关节,牙齿等。 特种陶瓷种类繁多,本文仅就某些陶瓷材料及其相关问题,提出某些见解进行商讨,以期促进我省,我国特种陶瓷的迅速发展。 1、基础研究和应用基础研究 特种陶瓷材料的开发应用首先依赖于新材料的发现和人工合成。由于现代科学技术的发展,化学与材料科学的发展与有机结合,产生了材料化学,物理与材料科学紧密结合形成了材料物理。近百年来,新化合物、固溶体、多晶型等不断涌现。特种陶瓷领域中,合成化合物及材料特性方面取得了某些重大进展(表1)。 伴随着电子陶瓷元器件向轻、薄、短、小、多功能、高性能、高可靠性、高密度表面组装的发展需要,以及日益激烈的市场竞争,要求高合格率和低成本化,必须加强基础研究和应用基础研究。当前国内虽然有一批知名企业、单位,正从事这方面相关的研究工作,并已取得了长足的进步。但另一方面大都为跟踪研究,很少或缺乏独立自主的基础研究和应用基础研究。例如,有人对纳米材料基本特性尚缺乏应有的认识,就提出许多纳米产品进行误导;又如陶瓷相图研究国外十分重视,它是一项长期艰苦的复杂工作,国内已很少见到这方面的报导;界面物理化学及陶瓷材料设计等方面的工作,由于对仪器设备,计算技术要求高,费用大,国内至今这方面的工作少见报道;机械装备设计,加工制造与

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