收藏本站
《中国科学院研究生院(理化技术研究所)》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

氧化铝基陶瓷材料的超重力熔铸制备新技术研究

裴军  
【摘要】: Al_2O_3织构陶瓷、Al_2O_3基共晶陶瓷和YAG透明陶瓷是近年来快速发展起来的重要的先进陶瓷材料,而且代表了陶瓷材料制备技术的最高水平。织构化Al_2O_3陶瓷因充分利用晶粒的取向排列,有效地降低了材料内部的残余应力,从而显著提高了Al_2O_3的力学性能;Al_2O_3基共晶陶瓷材料则通过共晶组分设计来实现消除晶界非晶相、使微观组织网络化和超细化,进而大幅度提高了陶瓷的高温力学性能,并已在航空发动机的耐高温零部件上得到应用;YAG透明陶瓷兼具高的力学和光学性能,尤其是掺杂稀土的Nd:YAG透明陶瓷已成功地用作激光介质,并已获得了千瓦级功率的激光输出,这使得YAG透明陶瓷成为国内外研究的热点领域。从多晶光物理角度看,如果能通过新型制备技术在透明陶瓷中实现织构化、微晶化,则其力学和光学性能均有望得到进一步提高。因此,针对上述三类材料体系探索其简单、高效的新型制备工艺具有重要的研究和应用价值。 超重力熔铸技术是我们提出的一种制备氧化物陶瓷材料的新工艺,其技术原理是将燃烧合成技术与超重力技术相结合,利用铝热燃烧合成体系的强放热获得超高温的陶瓷/金属混合熔体,随后施加超重力场将氧化物陶瓷产物从混合熔体中分离,并实现其快速凝固,从而制备出致密的陶瓷块体材料。 为了验证上述技术思路,本文重点开展了以下三个方面的工作:1)设计并搭建超重力熔铸制备装置;2)设计了不同的燃烧合成反应体系,分别制备了Al_2O_3织构陶瓷、Al_2O_3基共晶陶瓷和YAG透明陶瓷,系统研究了其相应的超重力熔铸制备工艺;3)对制备过程和产物分别进行了分析和结构性能表征。 首次设计并搭建成功了超重力场辅助的燃烧合成熔铸装置,解决了高速旋转的动平衡及同步诱发燃烧合成反应等技术难题。目前装置能够提供高达到5000g~10000g的超重力场,所搭载的反应器最大装料量达到1000ml,能制备的陶瓷材料的最大尺寸为Φ80mm。 采用Al/NiO铝热反应体系,研究了以超重力熔铸技术制备织构Al_2O_3陶瓷。结果表明,随着超重力系数增加,金属/陶瓷的分离程度逐渐增加直至完全分离,所得到的陶瓷产物的相对密度也逐渐增大,最高值达到97%;对产物微观组织观察发现,晶粒呈现出明显的刻面形貌特征,晶粒之间表现出明显的择优取向,通过引入织构系数对材料的织构程度进行了定量表征;进而提出了超重力熔铸Al_2O_3陶瓷的织构化形成机制。 研究了以超重力熔铸技术制备二元共晶(Al_2O_3/YAG和Al_2O_3/ZrO_2)和三元共晶陶瓷(Al_2O_3/YAG/ZrO_2)。测试结果表明,所制备的Al_2O_3/YAG、Al_2O_3/ZrO_2和Al_2O_3/YAG/ZrO_2样品致密度均大于99%,实现了共晶陶瓷的合成与同步致密化;微观组织分析表明,所制备的Al_2O_3/ZrO_2共晶陶瓷片层间距达到纳米级,Al_2O_3/YAG/ZrO_2三元共晶陶瓷的片层间距达到亚微米级。上述结果表明,以超重力熔铸技术与共晶材料设计相结合可获得具有超细组织结构的复相陶瓷材料。以Al/NiO/Y_2O_3为反应剂,研究了以超重力熔铸技术制备单相YAG陶瓷材料。 结合绝热温度的计算,研究了不同原料组分对制备过程的相分离、致密化机制的影响规律;在超重力系数为1000g条件下所制备的YAG陶瓷样品密度达到99.30%,并实现了半透明,该工作预示了以超重力熔铸技术直接制备透明陶瓷材料的可行性。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(理化技术研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TQ174.6

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 宋月鹏;李江涛;陈义祥;LEE Chong-Soo;KIM Hyoung-Seop;;稀释剂Al_2O_3对NiO/Al体系燃烧速度的影响及其表观反应激活能计算[J];复合材料学报;2011年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 纪文文;超重力燃烧合成YAG陶瓷热力学计算及过程仿真[D];山东农业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李长青;张明福;左洪波;孟松鹤;韩杰才;姚泰;;影响透明陶瓷透光性能的因素[J];兵器材料科学与工程;2006年02期
2 高峰;郭志猛;林涛;;SHS-离心法制备W-C-Fe金属陶瓷内衬复合钢管[J];北京科技大学学报;2008年06期
3 江国健;庄汉锐;王本民;张擎雪;李文兰;张宝林;李懋滋;;SHS技术在空间科学实验中,特别是在空间制备材料中的应用[J];材料导报;2001年10期
4 张爱黎,翟秀静,符岩,李辉;微重力场下金属材料制备的发展现状[J];材料导报;2002年04期
5 王建江,赵忠民,叶明惠,杜心康,温晋华;机械振动对SHS陶瓷内衬复合管显微结构和力学性能的影响[J];复合材料学报;2000年02期
6 官益豪,黄卫星,肖泽仪,周进;超重力技术及其应用研究进展[J];化工机械;2005年01期
7 邹海魁;邵磊;陈建峰;;超重力技术进展——从实验室到工业化[J];化工学报;2006年08期
8 席文君,殷声,赖和怡;自蔓延-离心法制备的不锈钢内衬复合钢管的力学性能[J];金属学报;1999年02期
9 苏海军;张军;刘林;傅恒志;;定向凝固Al_2O_3/YAG共晶自生复合材料的组织形态及非规则共晶生长[J];金属学报;2008年04期
10 刘军芳,傅正义,张东明,张金咏;透明陶瓷的研究现状与发展展望[J];陶瓷学报;2002年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨小兵,李树军,袁克俭,李茂东;高分子材料的燃烧合成技术及应用[J];工程塑料应用;2001年09期
2 严玲;刘仁东;严平沅;周敬;;汽车用轻质TWIP钢的组织演变规律研究[J];鞍钢技术;2010年01期
3 邓启超;汪建利;;TiC陶瓷滤片的制备及其性能研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年03期
4 杨致芬;郭春绒;;超重力技术研究进展[J];安徽农业科学;2008年20期
5 何士敏;李宇;孙钟雷;;超重处理对茎瘤芥种子萌发及幼苗生长的影响[J];安徽农业科学;2012年04期
6 梁蕊芳;徐龙;翁鸿珍;;超声波对食品污染性菌种破碎效果的影响[J];安徽农业科学;2012年10期
7 徐光元;朱涛;潘国平;;冷轧薄板织构的检测及轧制工艺对织构的影响[J];安徽冶金;2003年03期
8 张妍,符寒光,符定梅;提高自蔓延高温合成陶瓷内衬钢管性能的研究[J];兵器材料科学与工程;2002年03期
9 刘德宝,崔春翔,马叙;氮化铝颗粒表面镀铜及其增强铜基复合材料[J];兵器材料科学与工程;2005年02期
10 魏坤霞,赵昆渝,魏伟,朱心昆;低温燃烧合成制备非晶氧化铝及其晶型转变[J];兵器材料科学与工程;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王莎鸥;;TiB_2/Al复合材料摩擦磨损性能研究进展[A];2010中国电子制造技术论坛论文集[C];2010年
2 肖成华;;氧化铝生产中碳碱的结晶与打捞[A];河南省冶金行业低碳冶金与节能减排学术研讨会论文集[C];2011年
3 赵凿元;;石灰拜耳法降低碱耗和矿耗的途径[A];河南省冶金行业低碳冶金与节能减排学术研讨会论文集[C];2011年
4 贾强;;燃烧站控制系统在硅渣烧结炉的应用[A];河南省冶金行业低碳冶金与节能减排学术研讨会论文集[C];2011年
5 彭欣;金立业;;低品位铝土矿拜耳法生产氧化铝节能实践[A];经济策论(上)[C];2011年
6 刘政军;苏允海;;M_7C_3的形态分布对铁基复合层耐磨性能的影响[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
7 高建阳;;真空转鼓过滤机处理拜尔法赤泥的技术研究[A];2010'中国矿业科技大会论文集[C];2010年
8 李尚平;骆合力;曹栩;张喜娥;冯涤;;新一代高温耐磨材料的设计与开发[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
9 陈少平;董凤;王福明;胡利方;梁连杰;孟庆森;;梯度金属陶瓷(TiC)_pNi与Ti电场燃烧扩散连接界面组织及性能[A];第十六次全国焊接学术会议论文摘要集[C];2011年
10 曹金荣;张龙;赵忠民;王建江;;SHS陶瓷内衬复合管的研究现状及应用前景[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武志超;LDA抽运高频Nd:YAG陶瓷激光器研究[D];长春理工大学;2010年
2 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
3 武淑艳;固相再生AZ31B镁合金的组织性能及氧化相表征[D];哈尔滨理工大学;2010年
4 郑腾龙;金属板材弹、塑性性质与材料微结构的关系及其试验测量[D];南昌大学;2010年
5 张昆华;大变形制备Ag/Ni纤维复合电接触材料研究[D];昆明理工大学;2009年
6 祝琳华;新型NZP族催化剂载体材料的合成及应用研究[D];昆明理工大学;2010年
7 陈亮维;大变形叠轧制备超细晶铜材织构组织演变规律研究[D];昆明理工大学;2009年
8 王胜民;机械镀锌无结晶形层的研究[D];昆明理工大学;2010年
9 于洁;固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究[D];昆明理工大学;2009年
10 张桂敏;莫来石的低温合成与透波性能研究[D];武汉理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 殷雪萌;烧结温度与升温速率对牙科可切削硅藻土全瓷材料性能影响的实验研究[D];南京医科大学;2010年
2 窦志强;SHS法制备TiB_2-Al_2O_3复相陶瓷的组织及形成机理研究[D];山东科技大学;2010年
3 李明亮;碳化硅基热电材料的制备及性能研究[D];郑州大学;2010年
4 纪文文;超重力燃烧合成YAG陶瓷热力学计算及过程仿真[D];山东农业大学;2010年
5 黎群霞;一种镁锂合金的热变形研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 吴涛;陶瓷微细结构的生坯加工方法研究[D];大连理工大学;2010年
7 常志达;粉煤灰制备聚氯化铝工艺研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 陈来保;赤泥回收利用工艺的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 谷琳;数据挖掘在陶瓷涂层制备中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 龙颖;Al_2O_3陶瓷及其表面金属化的低温烧成技术研究[D];长沙理工大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李长青;张明福;左洪波;孟松鹤;韩杰才;姚泰;;影响透明陶瓷透光性能的因素[J];兵器材料科学与工程;2006年02期
2 汪涛,鲁玉祥,祝美丽,张俊善;燃烧合成动力学参数的研究进展[J];材料导报;2000年12期
3 胡文彬,郑子樵,刘业翔,刘威威;自蔓延高温合成过程中绝热温度的编程计算[J];材料工程;1993年09期
4 陈启伟,施鹰,施剑林;陶瓷闪烁材料最新研究进展[J];材料科学与工程学报;2005年01期
5 杨权;张龙;赵忠民;潘传增;曲振生;宋亚林;;氧化物/氧化物共晶复合陶瓷研究进展[J];材料开发与应用;2009年04期
6 赵忠民;张龙;张靖;潘传增;宋亚林;朱浩;;超重力下燃烧合成Al_2O_3/ZrO_2自生复合陶瓷研究[J];稀有金属材料与工程;2008年S1期
7 范景莲,严德剑,黄伯云,刘军,汪澄龙;国内外钨铜复合材料的研究现状[J];粉末冶金工业;2003年02期
8 李泽敏;张林;李建伟;陈秀娟;;自蔓延高温合成NiTi形状记忆合金的热力学计算与分析[J];粉末冶金工业;2008年01期
9 王晓峰;李建伟;曹钦存;;Ti-Si-C三元体系自蔓延高温合成的反应热力学研究[J];粉末冶金技术;2008年04期
10 傅正义;SHS技术研究进展——纪念SHS技术诞生三十周年[J];复合材料学报;2000年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 陈秀华;TiC/Si固相反应制备Ti3SiC2/SiC复合材料的反应路径研究[D];昆明理工大学;2001年
2 张金咏;自蔓延燃烧合成的非平衡动力学及其对材料结构的影响[D];武汉理工大学;2002年
3 范群成;用燃烧波淬熄法对自蔓延高温合成机理的研究[D];西安交通大学;2000年
4 陈智慧;钇铝石榴石纳米粉体及YAG透明陶瓷的制备研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
5 李玉新;Al-C-Ti系粉末材料激光点火自蔓延烧结及产物的研究[D];吉林大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 方舟;ZrB_2陶瓷的自蔓延高温合成与烧结[D];武汉理工大学;2002年
2 王洪涛;自蔓延高温合成Al-Ti-C中间合金结构与性能的研究[D];兰州理工大学;2004年
3 臧春和;Yb:YAG晶体生长及其性能研究[D];长春理工大学;2004年
4 何南玲;YAG黄色荧光粉的合成与性能研究[D];重庆大学;2006年
5 李战发;稀土掺质YAG(YSGG)纳米材料的制备及性能的研究[D];山东大学;2006年
6 闫丽静;Mg-TiO_2自蔓延高温合成反应研究[D];兰州理工大学;2007年
7 李艳;超重力场传热研究[D];中北大学;2007年
8 常春蕾;自蔓延高温合成Al/Mg_2Si复合材料及性能表征[D];兰州理工大学;2008年
9 侯晋;超重力共沉淀法制备CuO/ZnO/Al_2O_3催化剂的研究[D];北京化工大学;2008年
10 王刚;超重力技术制备有序介孔氧化铝的机理研究[D];北京化工大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贺幼良,杨院生,胡壮麒;电磁场作用下的金属凝固与成形[J];材料导报;2000年07期
2 殷声,郭志猛,林涛,果世驹;陶瓷复合钢管的研究和工业应用[J];材料导报;2000年12期
3 王双喜,梁开明,张献辉,于川,顾守仁;SHS铝热-离心技术的研究进展[J];粉末冶金技术;2001年05期
4 宋延沛,李秉哲,张恒,王德全,谢敬佩;WC_P/Fe-C复合材料的界面反应和基体合金化研究[J];复合材料学报;2000年03期
5 吴水康,符寒光;SHS复合钢管的研究现状及应用展望[J];钢管;2002年04期
6 赵忠民,王建江,叶明惠,张龙,李俊寿,王双喜;重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合钢管的组织与性能[J];机械工程材料;1998年02期
7 仝健民,李继红,王春;添加剂对静态铝热自蔓延高温合成陶瓷涂层影响的研究[J];机械工程材料;1996年03期
8 阎红,王维,王喜忠;离心流化床干燥器的流体力学及传热性能[J];高校化学工程学报;1998年02期
9 张军,郭锴,郭奋,竺洁松,郑冲;旋转床内液体流动的实验研究[J];高校化学工程学报;2000年04期
10 薛付英,王维,阎红;离心流化床中的干燥特性的实验研究[J];高校化学工程学报;2001年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李军平;对撞流—旋转填料床反应器制备纳米硫酸钡工艺研究[D];华北工学院;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 裴军;李江涛;梁睿;陈克新;;以超重力熔铸新技术快速制备Al_2O_3/YAG/YSZ三元共晶陶瓷[J];稀有金属材料与工程;2010年05期
2 辛文彤,李志尊,李宝峰,朱冰,张学刚,陈波;一种野外快速焊接技术[J];焊接;2005年01期
3 赵丽丽,唐斌,赵鸣,樊慧庆,田长生;弛豫铁电单晶及织构陶瓷的研究进展[J];材料工程;2003年07期
4 曾晓春,孙国雄,张树格;Al-Cr_2O_3体系燃烧合成反应的热力学分析与实验[J];东南大学学报(自然科学版);1999年01期
5 李小敏,严有为;Cu-Cr复合材料的燃烧合成-熔铸过程的研究[J];铸造技术;2005年08期
6 冯可芹;白晨光;杨屹;;电场作用下75wt%Fe-25wt%(Ti+C)体系燃烧合成的探讨[J];热加工工艺(热处理版);2006年12期
7 李峻峰;邱克辉;赖雪飞;张春梅;李群;;稀土发光材料燃烧合成的研究进展[J];材料导报;2005年04期
8 贾志华;郑晶;马光;;镁镍合金燃烧合成影响因素研究[J];钛工业进展;2006年06期
9 赵红;张幸红;;SHS/PHIP法制备铁基平面TiC陶瓷涂层研究[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期
10 汪建利;张光胜;朱云广;张幸红;;燃烧合成C_f/TiC-TiB_2陶瓷基复合材料的致密化因素探讨[J];粉末冶金技术;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 杨大正;张跃;王锐;廖庆亮;闫晓琴;苑少强;;燃烧合成Al-Cr_2O_3系隔热材料反应热力学[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文集(二)[C];2007年
2 王飞;葛昌纯;;NaN_3对燃烧合成α-Si_3N_4的影响[A];中国科协第二届优秀博士生学术年会材料科学技术分会论文集[C];2003年
3 杨大正;;Al-CrO_3-Al_2O_3-NaF-N_2-O_2体系燃烧合成反应动力学研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
4 李志尊;辛文彤;李宝峰;武斌;张金明;;手工自蔓延高温合成焊接[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
5 李志尊;辛文彤;李宝峰;武斌;张金明;;手工自蔓延高温合成焊接[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
6 武斌;辛文彤;李志尊;王建江;;燃烧合成焊接技术[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
7 武斌;辛文彤;李志尊;王建江;;燃烧合成焊接技术[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 裴军;氧化铝基陶瓷材料的超重力熔铸制备新技术研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2009年
2 冯可芹;电场诱导燃烧合成铁基复合材料及机理研究[D];四川大学;2004年
3 周立娟;氮化铝基导电陶瓷高压燃烧合成工艺与性能表征[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 侯运丰;燃烧合成Al-Ti-C结构宏观动力学及Al-Ti-C细化效果评价[D];兰州理工大学;2007年
5 邹兵林;Al-Ti-B_4C体系燃烧合成行为及钢基复合材料的制备[D];吉林大学;2009年
6 张学军;氮化硅基复合陶瓷高压燃烧合成机理与工艺的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 杨亚锋;Ni-Ti-C/B_4C体系燃烧合成反应机制[D];吉林大学;2009年
8 黄晓煜;炼铁高炉新型节能风口的研究及应用[D];东北大学;2006年
9 战磊;Ni-Ti-C/B_4C-BN体系燃烧合成反应行为与机制[D];吉林大学;2010年
10 董艳春;反应等离子喷涂纳米TiN涂层材料的研究[D];河北工业大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 查敏;Al-Ti-Si体系燃烧合成反应机制及产物[D];吉林大学;2010年
2 李雪梅;燃烧合成法制备MnZn铁氧体[D];黑龙江大学;2008年
3 李元元;MoSi_2-Mo复合材料的燃烧合成与液态成型一体化研究[D];华中科技大学;2007年
4 东赟鹏;Cu-Ti-B/B_4C系钢液内燃烧合成局部TiB_2/TiC增强钢基复合材料[D];吉林大学;2006年
5 张小凯;AlON泡沫陶瓷燃烧合成研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 李建伟;Ti_3AlC_2陶瓷材料的燃烧合成[D];兰州理工大学;2008年
7 关庆玲;Fe添加对Ti-Si系燃烧合成反应路径及行为的影响[D];吉林大学;2009年
8 张金玲;燃烧合成NiAl金属间化合物基多孔复合材料的研究[D];山东科技大学;2007年
9 李泽宇;铁基表面铸渗SiC陶瓷颗粒的技术基础研究[D];西安建筑科技大学;2008年
10 常春蕾;自蔓延高温合成Al/Mg_2Si复合材料及性能表征[D];兰州理工大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026