无水溶胶-凝胶法制备非氧化物陶瓷的研究进展

综述了基于氨解、胺解以及碳化二亚胺化三类反应的无水相溶胶-凝胶方法在制备SiCN、B(C)N、SiN、BN等非氧化物陶瓷材料方面的研究进展,并对其前景进行了展望。     

三维网络碳化硅多孔陶瓷的制备

以中间相沥青添加55%(质量分数,下同)的Si粉混合物为原料,制备了含Si的炭泡沫模板。在高温反应烧结炉中,氩气气氛下1500℃保温1～6h,结合反应烧结工艺制备了碳化硅多孔陶瓷。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析仪(XRD)对碳化硅多孔陶瓷的微观形貌、物相组成进行了观察,并对熔融Si与C的反应机理进行了探讨。结果表明:碳化硅多孔陶瓷的微观结构与炭泡沫模板的微观结构一致,烧结温度1500℃下,随着保温时间的延长,多孔陶瓷的弯曲强度先增大后减小,而孔隙率先减小后增大;在保温4h的条件下制备的碳化硅多孔陶瓷主要由β-SiC相组成,最大弯曲强度为26.2MPa,对应的孔隙率为45%。内部熔融的Si与外部熔融的Si同时与C反应生成SiC,最后两者结合在一起形成致密的SiC多孔陶瓷。     

陶瓷刀具切削高温合金试验研究

本文通过对陶瓷刀片车削镍基高温合金GH4169机理的研究,得到了切削速度、进给量和切削深度对切削力及切削温度和表面粗糙度的影响,进而优化切削工艺。借助olympus的3D测量激光共焦显微镜,得到了刀片的磨损形貌,并对其做了简要分析。     

采用Ti/Ag/Ti中间层连接SiC陶瓷的 有限元应力分析

在陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷(采用金属中间层)的连接过程中,陶瓷与金属的热膨胀系数等性质存在差异而产生的残余热应力是连接接头强度弱化的主要原因.采用有限元方法对Ti/Ag/Ti作为中间层热压连接SiC陶瓷进行了应力的有限元计算分析,结果表明采用Ti/Ag/Ti结构的金属中间层连接SiC陶瓷时,对接头危害较大的残余应力主要分布在连接件近缝区.靠近试样外表面区域是接头的薄弱区,裂纹易在此处萌生,裂纹的扩展先是沿着一条向陶瓷侧凹入的弧线向陶瓷内切入,而后沿径向扩展.接头实际断裂方式与有限元分析结果相符,表明采用有限元方法对陶瓷连接接头的残余应力进行模拟计算有重要的指导意义.      

压电陶瓷晶片受迫振动分析及其应用

从基本压电方程出发,推导了压电陶瓷晶片面内受迫振动计算公式,并结合共振实验,提出了一种直接测量压电陶瓷晶片压电常数的方法.与传统的压电常数测量方法相比较,本方法具有许多优点.由于减少了中间环节,测量结果的精度也得到了提高.      

用Al—Ti合金加压钎焊Si3N4陶瓷及接头高温性能

用Ａｌ－３ｗｔ％Ｔｉ合金真空加压钎焊Ｓｉ３Ｎ４陶瓷,研究了压力对钎缝组织与接头性能的影响。结果表明,如果填充金属钎焊时处于固液双相区,施加压力既能减小钎缝宽度,又能改善钎缝金属组织,使接头强度得到提高;加压可以作为一种改性钎缝金属的方式。含大量Ａｌ３Ｔｉ的Ａｌ－３ｗｔ％Ｔｉ钎焊接头与用纯Ａｌ钎焊的接头相比,其高温性能得到明显改善,前者６００℃时的剪切强度为２９ＭＰａ,而后者只有４．５ＭＰａ。     

Thermomechanical coupling effect on characteristics of oxide film during ultrasonic vibration-assisted ELID grinding ZTA ceramics

Ultrasonic vibration-assisted ELID (UVA-ELID) grinding is utilized as a novel and highly efficient processing method for hard and brittle materials such as ceramics. In this study, the UVA-ELID grinding ZTA ceramics is employed to investigate the influence of thermomechanical loading on the characteristics of oxide film. Based on the fracture mechanics of material, the model of internal stress for oxide film damage is proposed. The thermomechanical loading is composed of mechanical force and the thermal stress generating from grinding temperature. The theoretical model is established for the mechanical force, thermal stress and internal stress respectively. Then the finite element analysis method is used to simulate the theoretical model. The mechanical force and grinding temperature is measured during the actual grinding test. During the grinding process, the effect of grinding wheel speed and grinding depth on the thermomechanical force and the characteristics of oxide film is analyzed. Compared with the conventional ELID (C-ELID) grinding, the mechanical force decreased by 25.6% and 22.4% with the increase of grinding wheel speed and grinding depth respectively, and the grinding temperature declined by 10.7% and 12.8% during the UVA-ELID grinding. The thermal stress in the latter decreased by 16.3% and 20.8% respectively, and internal stress reduced by 12.3% and 15.6%. It was experimentally found that the topographies of oxide layer on the surface of the wheel and the machined surface in the latter was better than that in the former. The results indicate that the action of ultrasonic vibration establish a significant effect on the processing. Subsequently, it should be well considered for future reference when processing the ZTA ceramics.     

微波烧结制备MoSi2 及SiC/ MoSi2 纳米复合陶瓷

采用微波烧结法制备了MoSi2和10vol%SiC/MoSi2纳米复合陶瓷。通过SiC预加热体的混合式加热法和合理的保温结构设计,实现了MoSi2低温阶段的快速升温,提高了温度均匀性。密度和力学性能测试结果表明,1 450℃保温60 min烧结工艺下,MoSi2试样的相对密度达到93.4%,断裂韧度4.5 MPa.m1/2,维氏硬度为10.53 GPa,弯曲强度为186 MPa。10vol%SiC/MoSi2试样尽管相对密度下降为90.3%,但各项力学性能均优于MoSi2试样。相比1 650℃热压烧结,微波烧结温度降低了200℃,MoSi2和SiC/MoSi2试样致密性有所下降,但力学性能有较大提高,尤其是MoSi2试样。断口扫描分析表明,微波烧结试样相对热压烧结试样基体晶粒更细,孔隙细小且分布均匀;SiC/MoSi2试样微波烧结的晶粒细化效果不如MoSi2明显。     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

大力值精密机械力源的研制

运用“平面二次包络弧面蜗杆传动”技术,研制出一种“轴向可调隙蜗轮蜗杆传动付”,将它应用到力源动力传动的伺服减速机构中,驱动精密滚珠丝杠上的动横梁来完成对参考力传感器的粗加载。运用物理学中的“逆压电效应”原理,采用压电陶瓷材料和专门的工艺方法制作的力传感器微变形补偿装置——压电陶瓷力调节器,并将它应用到力源的精加载闭环控制中,实现了大载荷下参考力传感器微小力值变化的精确控制,研制出的大力值精密机械力源最大负荷为3MN.