含硼氧化铝基陶瓷连续纤维的制备技术

针对我国对氧化铝基陶瓷连续纤维的研制需求,通过溶胶-凝胶法结合干法纺丝制备了含硼氧化铝基陶瓷连续纤维,主要研究了纺丝助剂含量对溶胶可纺性的影响以及纤维陶瓷化过程中物相及微观结构的演变规律。结果表明:当纺丝助剂PVA含量为1.5%时,通过干法纺丝得到的含硼氧化铝基凝胶连续纤维可达1.8 km,将凝胶纤维进行陶瓷化后形成的陶瓷连续纤维直径均匀,为12～14μm,经1 000℃烧结后纤维主晶相为γ-Al2O3,具有优异的力学性能,拉伸强度和模量分别可达2.0 GPa和149 GPa,在1 100℃煅烧1 h后纤维强度保留率可达93%,在航空航天及先进制造业等领域具有潜在的应用前景。     

氧化铝基吸波材料研究进展

雷达波吸收材料在国防领域发挥着重要的作用。厚度薄、密度低、吸收频带宽、吸收强是当前吸波材料的研究重点。高马赫飞行的武器装备会因空气阻力而使机体局部温度很高,常温吸波材料不适用,亟待研究耐高温并高效吸收电磁波的吸波材料。以氧化铝为基体,复合不同类型吸收剂制备的高温吸波材料已被广泛关注与研究。本文系统总结近年来金属(合金)/氧化铝复合吸波材料、非金属/氧化铝复合吸波材料、其他含氧化铝复合吸波材料的研究现状,对不同结构(纳米线、微球及纳米颗粒等)吸收剂与多种形态(多孔膜、纤维或纳米颗粒)氧化铝基体制备的复合吸波材料的结构、性能和吸波机理进行了分析,并对金属(合金)/氧化铝复合吸波材料及非金属/氧化铝复合吸波材料的发展方向做出展望。在金属(合金)/氧化铝复合吸波材料方面应加强:(1)开发纳米级的球形超细金属吸收剂,利用纳米粒子的特殊效应来提高吸波性能;(2)进一步探索合理的制备工艺,达到吸收剂与基体良好匹配。在非金属/氧化铝复合吸波材料方面:(1)进一步加强氧化铝纤维布和氧化铝网状基体与纳米吸波剂复合的研究;(2)加强高分子特殊核壳结构、阻抗匹配层等方面的研究;(3)加强宽频吸波材料及吸波剂改性增强吸波材料的研究;(4)开展金属氧化物粉体与无机黏结剂组成的无机基体方面研究。     

TA2钛合金表面Al2O3/石墨自润滑沉积层的制备及其摩擦学性能研究

采用阴极液相等离子体电解沉积技术(PED)在TA2钛合金表面一步制备了含石墨的Al2O3陶瓷沉积层。利用SEM和XRD对沉积层的结构和成分进行了表征,并探讨了沉积层的形成过程和机理。用摩擦试验机评价了沉积层的摩擦磨损性能。结果表明,通过在电解液中添加适量的石墨,利用PED技术可在TA2钛合金表面制备由α-Al2O3、γ-Al2O3和石墨相组成的复合沉积层。与TA2钛合金以及不含石墨的Al2O3沉积层相比,Al2O3/石墨复合沉积层的摩擦系数显著降低,磨损率随之减小,具有良好的减摩抗磨性能。     

pH值对凝胶注模氧化铝陶瓷料浆性能的影响

重点研究了在低粘度,高固相体积分数氧化铝浓悬浮体制备过程中,料浆的pH值对料浆性能的影响。结果表明:当pH值达到5左右时,Al_2O_3颗粒在水中的Zeta电位等于0,此时,料浆的粘度最大,分散效果最差。当pH值达到9时,Zeta电位的绝对值达到最大,此时料浆的悬浮稳定性最佳。     

硅溶胶强化辅助制备C纤维增韧氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料

通过氧化铝先驱体溶液循环浸渍热解结合硅溶胶浸渗强化的方法制备了三维C纤维预制体增韧的氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料 ,研究了氧化铝浸渗工艺对试样增重率、气孔率以及热处理温度对试样内气孔尺寸和分布的影响 ,分析了复合材料物相、微结构以及复合材料的力学性能。结果表明 ,硝酸铝饱和溶液浸渗纤维预制体并热解后试样的增重率和开气孔率呈类似抛物线曲线 ;由于硝酸铝分解生成氧化铝的煅烧温度不同 ,氧化铝晶态及物理特性不同 ,试样内气孔尺寸和分布差别较大 ;选择经过 115 0℃预处理的试样进行硅溶胶浸渗 ,然后 14 0 0℃处理 2h ,氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石 ,获得了较为致密的复合材料 ,室温三点弯曲强度和断裂应变分别为 180MPa和 2 .2 %。     

Al2TiO5/Al2O3复合材料的制备及其力学性能

采用正交实验的方法研究了MgTi2O5和Fe2TiO5复合添加剂对Al2TiO5/Al2O3复合材料力学性能的影响。实验得出在Al2TiO5中添加5mol%的MgTi2O5和1mol%的Fe2TiO5复合添加剂时,Al2TiO5与Al2O3合成的Al2TiO5/Al2O3复合材料具有最佳的力学性能。在此基础上制备了Al2O3体积百分含量为10%、20%、40%、60%、80%、90%的Al2TiO5/Al2O3复合材料,并且研究了复合材料的微观结构;Al2TiO5/Al2O3复合材料的烧结致密度、强度与弹性模量随Al2O3体积百分含量的增大而增大。Al2O3体积百分含最从10%增加到90%时,复合材料的三点抗弯强度从16.25Mpa上升至272.05Mpa     

烧结温度对WC增韧Al2O3陶瓷耐磨性的影响

采用热压 (HP)法制备了不同烧结温度下Al2 O3—WC复合陶瓷材料 ,通过单边切口梁 (SENB)法和三点弯曲等力学性能方法测出了室温下该材料的力学性能 ,对Al2 O3—WC复合陶瓷表面的摩擦磨损特性进行了试验研究。结果表明 ,Al2 O3—WC复合陶瓷在 (16 0 0± 10 )℃、2 5MPa下具有较优良的力学性能和较好的耐磨性 ,并且其耐磨性与抗弯强度和断裂韧性的变化趋势相同 ,与弹性模量和硬度无单调依赖关系。     

氧化铝壳层对纳米铝粉的热反应特性影响研究

利用气氛保护管式炉对纳米铝粉分别进行了245℃和450℃的热处理,得到2种不同氧化铝壳层厚度和晶态结构的纳米铝粉Al-245和Al-450。XRD和XPS测试结果表明,Al-245的氧化铝壳层比Al-450薄,且壳层中的γ-Al2O3、θ-Al2O3和ε-Al2O3强度较低。相应的HRTEM表明,Al-245和Al-450都存在明显壳层,且Al-450有2个壳层。在TG-DSC中,氧化铝壳层较薄的Al-245的DSC起始反应温度和峰温分别为554.0℃和559.3℃,均低于Al-450的相应温度559.3℃和586.1℃,反应区间更窄,(Tp-Ton)仅为5.3℃,且初始氧化放热量4 652 J/g也远高于Al-450的1 681 J/g。在500～660℃间,Al-245增重21.3%,高于Al-450的10.1%,且Al-245的氧化速率0.38 mg/s也明显高于Al-450的0.033 mg/s。     

相变及炭黑杂质对氧化铝粒子流辐射特性的影响

基于Bruggeman有效介质理论与反向蒙特卡罗法计算了轴对称高温氧化铝粒子流在轴线正侧向辐射强度分布。采用Bruggeman有效介质理论计算多相态共存氧化铝粒子以及含少量炭黑杂质的氧化铝粒子的等效光学常数,以此为基础,通过反向蒙特卡罗法考察氧化铝粒子相变过程以及粒子中少量炭黑杂质对粒子流场轴线上辐射特性的影响。发现粒子相变过程中多相共存状态对高温粒子流场紫外波段辐射信号的影响不可忽略,氧化铝粒子中含有少量炭黑杂质就能够明显降低粒子流高温区间轴线上光谱辐射强度,当波长增加到近红外波段时,离喷口较近处轴线正侧向相对光谱辐射强度随着含炭黑量的增加而增大。     

面向空心涡轮叶片的氧化铝基陶瓷铸型高温强化制造

针对航空空心叶片氧化铝基陶瓷铸型高温性能较差的问题,研究了不同浸渍材料对氧化铝基陶瓷铸型高温性能的影响规律。结果表明:未经强化处理的陶瓷铸型力学性能较差,高温(1 500℃)强度不足0.5MPa,室温(20℃)强度不足10MPa。经硅溶胶、硅酸乙酯水解液、YCl3溶液以及MgCl2溶液4种不同浸渍液强化处理后陶瓷铸型力学性能有不同程度的提高,其中YCl3溶液以及MgCl2溶液强化效果不理想,陶瓷铸型力学性能没有明显改善,且MgCl2溶液浸渍强化后陶瓷铸型存在较大的体积膨胀,不能满足使用要求;硅溶胶、硅酸乙酯水解液浸渍强化可显著改善陶瓷铸型的高温性能,硅溶胶强化处理后,陶瓷铸型1 500℃高温强度可达10MPa左右,满足空心涡轮叶片定向凝固过程中对铸型高温强度的要求。通过复合浸渍的方法制造了一体化陶瓷铸型并成功浇铸了空心涡轮叶片。