纳米陶瓷材料的性能、制备及其在军事领域的应用前景

综述了纳米陶瓷的主要制备方法、独特的超塑性、高强度性能,并对其在军事领域的应用前景进行了讨论。     

纳米孔ZrO_2气凝胶的制备研究

以硝酸氧锆(ZrO(NO3)2.5H2O)为原料,采用水热法和超临界干燥技术制备了ZrO2气凝胶.利用SEM和BET等测试手段对所得气凝胶的结构和孔特征进行表征,分析了孔隙分布情况和孔结构.结果表明:气凝胶具有典型的纳米孔隙结构,孔径5＜Dp＜60nm,比表面积达916.5m2/g,孔分布均匀.对ZrO2凝胶过程进行了探讨.     

低浓度电流型氧传感器的研究

合成了纳米级铂催化剂,同时利用AFM,XRD和SEM进行了表征,并将其应用于氧气电化学还原的研究.在极限电流控制范围内,氧气浓度为7×10-6～5010×10-6时,传感器的灵敏度为381nA/10-6,O2气体浓度与响应信号呈现良好的线性关系.     

一种基于碳黑/聚四乙烯吡啶纳米复合物的新型湿度传感器

以4-羟-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为引发剂,通过本体聚合方法制备聚四乙烯吡啶(P4VP)接枝纳米碳黑(CB)复合材料,以溴丁烷和1,4-二溴丁烷分别与之进行季胺化和交联季胺化反应,制得了新型电阻型湿敏材料.测试了该类纳米复合湿敏材料的温度响应特性,发现其在低湿环境下也具有较好的导电性,而且材料的导电行为同时存在离子导电和电子导电两种机理.通过改变碳黑与聚合物的相对比例,使聚合物产生季胺化以及交联季胺化反应等,可以调控两种导电机理的复合材料在电响应中所起的作用,从而改变其湿敏响应特性,制备可以全程响应的电阻型湿度传感器.     

镁合金AZ91表面弧辉等离子沉积TiN/CrN薄膜的摩擦行为研究

镁合金具有高的比强度、低的弹性模量、减震等优点,在航空航天领域具有很大的应用前景.但是低劣的耐磨性导致镁合金限制于制造静载零件.为改进其耐磨性,采用弧辉等离子沉积的新工艺在镁合金AZ91表面涂覆TiN/CrN多层薄膜.薄膜由12层TiN和CrN交替沉积而成,总厚度为2 μm.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱(GDS)分析涂层的成分和微观结构.采用球盘磨损试验测试摩擦系数,并计算出比磨损率.结果表明,与未处理试样相比摩擦系数增大,但磨损率急剧下降.薄膜的表面硬度超过HK0.011433.     

Influences of Mechanical Vibration on Rapidly Solidified Al2O3/YSZ Ceramics Prepared by Combustion Synthesis

Al2O3/YSZ composite ceramics was fabricated with combustion synthesis technology, and the influences of mechanical vibration on its microstructures and properties were investigated. It is found that under the mechanical vibration of ever-increasing frequency, increasing combustion temperature, accelerating ceramics/metal liquid-liquid separation and quickening ceramic solidification could not only reduce the average diameter and the size distribution of aligned ZrO2 nano-micron fibers in rod-shaped Al2O3 matrix grains, but also make the randomly-oriented rod-shaped grains finer and increase their aspect ratios. As a result, a remarkable increase in flexural strength and fracture toughness of the ceramics can be observed.     

化学气相沉积TiN薄膜及其耐磨性能

 采用化学气相沉积的方法制备TiN薄膜,以提高K3镍基高温合金的耐磨性能。以TiCl4 和NH3为反应气体,用化学气相沉积法(CVD) 在K3镍基高温合金基体上制备了一系列不同温度和沉积时间的TiN 薄膜。结果表明,与基体相比,沉积TiN薄膜的样品耐磨性能有显著提高。当沉积温度不变时,TiN薄膜耐磨性能随沉积时间的延长先提高后降低;当沉积时间不变时,薄膜的耐磨性能随沉积温度的升高而提高。化学气相沉积法制备TiN薄膜的最佳工艺条件为600 ℃/60 min。     

MOEMS陀螺的谐振腔设计

微光机电(MOEMS)陀螺代表着微型光学陀螺的重要发展方向,而MOEMS谐振腔的设计是谐振式MOEMS陀螺的核心技术.提出了一种新颖的基于微纳米加工技术的MOEMS空间谐振腔结构,介绍了其工作原理和系统构成.建立了谐振腔的数学模型,并利用MATLAB软件对其重要参数进行了仿真计算及分析.为提高谐振腔清晰度及系统测量精度,优化了谐振腔输入输出镜的技术指标,并在此基础上完成了谐振腔的微加工工艺设计.结果表明:所设计的谐振腔清晰度可以达到346,陀螺极限灵敏度为0.25(°)/h,同时可以有效克服克尔效应、背向散射、偏振等光路噪声的影响.      

喷涂功率对纳米热障涂层组织及性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)、X射线衍射(XRD, X-Ray Diffraction)等方法研究了大气等离子喷涂功率对纳米Y₂O₃部分稳定的ZrO₂ (YSZ,Yttria Stabilized Zirconia)热障涂层组织结构及热震性能的影响.结果表明,不同功率下制备的陶瓷层包含熔融相和未熔相,未熔相中存有纳米晶粒,相组成为四方相ZrO₂.随着功率的增加,涂层的纳米区域逐渐减少,孔隙率逐渐降低,热震寿命先增加后减少.涂层失效位置位于靠近TGO(Thermally Grown Oxide)处的陶瓷层中.     

银纳米结构的电化学制备及表面增强拉曼效应

利用电化学沉积的方法在氧化铟锡(ITO,Indium Tin Oxide)导电玻璃表面成功地制备出了形貌均一的银纳米结构.所制备银纳米结构的形貌和密度与前驱体AgNO₃的浓度、沉晶种电位、生长电位以及柠檬酸钠的加入均有着重要的关系,只有合理地设置这些参数才能制得形貌和密度均较为理想的银纳米粒子.此外以对巯基苯胺(p-ATP,p-aminothiophenol)为探针分子,在633 nm的激光激发下对银纳米结构进行了表面增强拉曼效应(SERS,Surface Enhanced Raman Scattering)的研究,结果表明其在SERS领域有着潜在的应用价值.