氧化锆基陶瓷热障涂层的研究进展

氧化锆基陶瓷热障涂层是航空发动机的关键技术。根据一元氧化物、二元氧化物和多元氧化物掺杂稳定二氧化锆(ZrO_2)热障涂层的相关研究报道,系统地总结了氧化锆基陶瓷热障涂层在相稳定性、服役温度、热循环寿命、热导率、热膨胀系数等方面取得的进展;在此基础上,指出了氧化锆基陶瓷热障涂层的未来研究与发展方向。     

氧化锆陶瓷针规的制作及检测

主要介绍了氧化锆陶瓷针规的研制,以及氧化锆陶瓷针规在加工检测过程中应该注意的几个问题。     

氧化物陶瓷的微波烧结

利用自行研制的微波烧结装置，进行了氧化锆（Ｙ－ＴＺＰ）、氧化锆增韧氧化铝（ＺＴＡ）和氧化铝陶瓷的微波烧结实验研究。重点讨论了烧结温度、保温时间对烧结密度的影响。另外，还从烧结工艺、烧结结果等方面与常规烧结方法进行了比较。     

等离子喷涂层的力学性能研究

采用等离子喷涂的方法制备了纯陶瓷（８％Ｙ２Ｏ３稳定的ＺｒＯ２）,陶瓷与金属（ＮｉＣｒＡｌ）的质量分数为９０％、８０％及镍氧化锆（氧化锆含量８０％）的涂层样品,测定了涂层的力学性能,包括抗弯强度及断裂韧性,并探讨了喷涂粉末对涂层力学性能的影响,为等离子喷涂法制备隔热型梯度功能材料奠定了基础,测试结果表明：涂层的抗弯强度及断裂韧性随金属相含量的增加而增加,当金属相以包覆氧化锆的形式存在时,涂层的抗弯强度及断裂韧性有大幅度提高,说明金属相的存在方式对涂层性能有重要的影响。     

陶瓷量块的研制

介绍了氧化锆精细陶瓷材料性能及二氧化锆陶瓷量块的优点 ,重点介绍了陶瓷量块的主要技术参数的检测结果 ,陶瓷量块的高硬度、耐磨损、不锈蚀和氧化、线膨胀系数接近于钢、尺寸稳定、研合性好、易维护的特性使之有着良好的市场发展前景。     

Al2O3-ZrO2-MgAl2O4三元纳米复相陶瓷的微观组织和力学性能

采用溶胶-凝胶法制备Al2O3-ZrO2-MgAl2O4纳米复合粉体.利用真空热压烧结技术制备了Al2O3-30mol%ZrO2-30mol%MgAl2O4(AZ30S30)三元纳米复相陶瓷.微观组织研究表明:所得纳米复相陶瓷是一种典型的"晶间/晶内"复合型纳米结构,基体氧化铝和第二相均为等轴状,氧化铝晶间散布着氧化锆和尖晶石第二相晶粒,同时有大量的球形氧化锆小颗粒分散在基体氧化铝晶粒内.对不同晶粒尺度复相陶瓷的断裂韧性测试及纳米压痕实验表明:微米级复相陶瓷的最大硬度为22GPa,而纳米复相陶瓷具有更好的力学性能,其硬度随着晶粒尺寸的减小而增加,最大可达35GPa.微米级复相陶瓷的断裂韧性为8.9MPa·m1/2,而纳米复相陶瓷的断裂韧性为10.04MPa·m1/2,其增韧机理主要为ZrO2相变复合增韧、"内晶"型纳米颗粒韧化以及细晶韧化.     

新型热障涂层陶瓷隔热层材料

热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限,YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。本文介绍了近年来国内外在多元氧化物掺杂氧化锆、A_2B_2O_7型烧绿石或萤石化合物、磁铅石型六铝酸盐化合物、石榴石型化合物、钙钛矿结构化合物和其他新型氧化物陶瓷等先进超高温热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,并展望了今后超高温热障涂层陶瓷材料所面临的挑战和发展动向。     

国外工艺动态

陶瓷超塑成形技术研究日本川崎重工业公司的后藤淳等人对陶瓷超塑成形技术进行了基础研究，即陶瓷的基本超塑形变特性、超塑变形后的强度特性以及零件超塑成形试验。试验材料为常用的Ｙ－ＴＺＰ（氧化钇稳定的氧化锆）和Ｙ－ＴＺＰ／２０％Ａｌ２Ｏ３（质量分数）复合材料...     

多孔氧化锆陶瓷光固化工艺及压缩性能研究

在传统陶瓷成型工艺中,制备具有复杂多孔结构的高性能陶瓷样件向来是一大难点,随着增材制造技术的引入,对于所成型样件结构的限制大大减少,但如何利用增材技术实现多孔样件的稳定制备是关键问题。针对光固化陶瓷增材成型这一制备工艺,进行了成型以及烧结过程工艺参数的研究与优化,结果表明,对于面投影式光固化陶瓷成型适用的曝光时间为5s、成型层厚为30μm、烧结温度为1480℃,利用该参数可成型具有规则多孔单元的氧化锆结构,其显微硬度及致密度分别为13.91GPa以及95%。利用工业CT模型重建,并与理论模型比对,发现多孔样件在宏观尺度上均匀;而利用压缩测试与有限元仿真对照,静态应力分布、弹性阶段动态压缩结果以及断口微观形貌均表明多孔样件在压缩性能上已达到其理论强度。通过光固化成型高性能多孔氧化锆样件,可为航空领域中轻量化设计提供新的选择。     

孔隙分布对陶瓷材料热辐射特性的影响

通过引入吸收性介质内粒子散射Mie理论,结合多弥散粒子系独立散射理论,针对孔隙具有修正Gamma分布规律的多孔陶瓷提出一种计算热辐射特性的方法,以氧化锆陶瓷为例分析了孔隙分布对热辐射特性的影响.结果表明孔隙分布规律和平均孔径对热辐射特性有显著影响.孔径趋于单弥散分布,将使衰减系数、散射反照率、非对称因子等参数减小,而孔...     

控制航空发动机运转间隙的热喷涂封严涂层

介绍了控制航空发动机运转间隙的热喷涂封严涂层的研究和应用，即等离子喷涂聚苯酯／铝硅封严涂层，氧－乙炔焰喷涂六方氮化硼陶瓷封严涂层，以及等离子喷涂钇稳氧化锆陶瓷封严涂层。此外还针对现有的问题提出了今后应开展的研究工作。     

氧化锆增韧陶瓷的增韧机理评述

本文综合评述了氧化锆增韧陶瓷的增韧机理,指出最可几粒径决定材料的主要增韧机理和增韧效果,材料中不可能只有一种增韧机理起作用,而是几种机理的多重复合作用。     

高性能陶瓷——新石器时代

许多观察家认为,现在我们已经接近了一个新石器时代的边缘。这些石器就是各种高性能陶瓷。在未来的十年中,就象50～70年代新塑料的变革那样,陶瓷工程材料将发生巨大的变化。 近十年发展的高性能陶瓷的原料为精细的混合元素。这些元素包括氮化硅、碳化硼、Sialon和氧化锆。这些新型陶瓷对用于需要高温性能、耐磨、耐蚀和电、热绝缘的地方,有着巨大的潜力,其重量仅为所代替金属的一半。     

氧化锆陶瓷拉伸试件的精密磨削

对氧化锆陶瓷拉伸试件的精密磨削进行了研究。提出了一种新型的成形修整装置,用于平型带弧金刚石砂轮的修整;并对表面粗糙度、弧型部分的廓形、试件的对称性等问题进行了探讨。     

激光熔敷氧化锆热障涂层微观结构研究

采用5KW连续CO_2激光器对Ni基高温合金上二次重熔NiCoCrAlY和ZrO_2陶瓷层进行了研究。结果表明:激光快速熔化和凝固获得定向外延生长、紧密堆积的柱状晶氧化锆陶瓷层。NiCoCrAlY结合层与柱状晶之间存在氧化铝层,保证了柱状晶与NiCoCrAlY层的联结。激光重熔ZrO_2层由四方相和立方相组成,经快速冷却由高温保留至室温。     

等离子弧激发超声改变陶瓷涂层结构的研究

等离子弧不仅可以作为产热机构,同时可以作为超声发生机构.本文介绍了等离子弧激发超声的特点及其检测.利用不同频率超声等离子弧进行喷涂试验,使用光学显微镜和电子扫描显微镜对制备的氧化锆陶瓷涂层的结构进行了观察,发现超声的加入明显改变了陶瓷涂层气孔的数量、大小、形状和分布,并且不同频率的超声对气孔的影响效果也有明显的不同.文中对不同频率超声对等离子喷涂陶瓷涂层的结构影响的规律及其机理进行了研究.气孔对陶瓷的性能有显著的影响,它使陶瓷的密度减小,并能吸收震动,这是有利的一面;它同时又使陶瓷强度降低,介电耗损增大,电击穿强度下降.这一研究成果将为性能陶瓷涂层的制备提供一条可能的途径.     

纳米结构热障涂层的制备与性能研究

为充分发掘氧化锆(YSZ:ZrO2-6wt%Y2O3)基热障涂层的潜力,利用纳米级的YSZ粉末作为陶瓷涂层原材料,分别对采用等离子喷涂(APS)和电子束物理气相沉积(EB-PVD)沉积具有纳米结构陶瓷涂层的工艺过程进行全面研究.对比性试验结果表明,涂层中引入纳米结构使热障涂层具有更高的隔热效果,更高的硬度以及更高的抗剥落能力.并对纳米结构陶瓷涂层微观结构的高温稳定性进行研究分析.     

切向超声辅助氧化锆陶瓷镜面磨削试验研究

氧化锆陶瓷具有高脆性、低断裂韧性等特点,精密加工难度大,一直限制着其应用。针对这一难题,提出了切向超声辅助镜面磨削的精密加工方法,研究了超声振幅对工件表面粗糙度、磨削力和磨削温度的影响,以及有/无超声作用下砂轮的磨损状况等基础加工特性。结果表明,切向超声辅助磨削可以实现氧化锆陶瓷镜面加工,在振幅A_p–p=4.66μm时,与传统磨削(A_p–p=0)相比,工件表面粗糙度下降43.8%,达到了R_a19.9nm;法向磨削力随着超声振幅增大而下降,最大下降34%,但下降速率逐渐变小;磨削温度也随着超声振幅增大而下降,当A_p–p=4.66μm时,磨削温度比无超声时下降34.5%。此外,切向超声辅助磨削加工可以改善砂轮的磨损状况,减少砂轮上磨粒的脱落,延长砂轮使用寿命。     

氧化锆陶瓷基高温自润滑材料

为了,解决较宽温域范围内特别是高温下材料的润滑问题,本文采用热压烧结方法制备了一系列含各种不同固体润滑剂(Mo、MoS2、BaF2、CaF2、BaF2/CaF2、CuO)的氧化锆基高温自润滑陶瓷复合材料.其中ZrO2(Y2O3)-Mo-BaF2/CaF2系列复合物在800 ～1 000℃表现出较低的摩擦因数,在1 000℃摩擦因数低至0.28左右,已接近工程应用的许用值;另一种ZrO2(Y2O3)-MoS2-CaF2系列复合物同SiC陶瓷球对磨时在800～1 000℃内摩擦因数为0.30 ～0.22,具有较好的摩擦磨损性能.     

陶瓷喷丸强化工艺在起落架构件上的应用

从陶瓷丸的固有属性以及陶瓷喷丸工艺对金属结构件性能的影响等方面进行了大量的分析和研究,针对铸钢丸、玻璃丸以及陶瓷丸3种喷丸工艺以及复合喷丸工艺进行了对比试验,从被喷金属件表面质量、喷丸参数以及表面产生的应力场进行了检测和分析.结果表明,3种喷丸工艺试验结果产生的残余压应力场深度相当,约为0.3mm,而陶瓷喷丸可以获得最高的最大残余压应力值,对于延缓超高强度钢零件表面微裂纹的产生和扩展,改善产品性能,提高抗疲劳寿命有较大贡献.另外,陶瓷丸成分为高质量的氧化锆和二氧化硅,环保性能好,无毒无害,对零件表面以及环境不会造成任何污染;硬度高,弹丸磨损小,且磨损后的弹丸表面光滑等.