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優異的構造瓷器物料和它的燒焊接續技藝研討進境

2018-07-10

結構陶瓷材料的種類及其特點碳化硅陶瓷表1結構陶瓷材料的特點及應用領域[1]用途可用于制作刀具、模具、軸承、高溫熱電偶套管等,以及用作化工零件,如化工用泵的密封滑環、葉輪等主要應用于熱機、耐磨部件以及熱交換器等,是制造新型陶瓷發動機的重要材料用于火箭尾噴嘴,澆注金屬用的喉嘴,熱電偶套管,爐管以及燃氣輪機的葉片、軸承等部件,還可以作為各種泵的密封圈用于發動機元件分類氧化鋁陶瓷氮化硅陶瓷部分穩定氧化鈷陶瓷特點硬度高,有很好的耐磨性,耐高溫,優良的電絕緣性能,但是韌性低,抗熱振性能差,不能承受溫度的急劇變化強度高(特別是抗彎強度),硬度高,優良的自潤滑性,耐磨性好,抗熱振性能佳,結構穩定性高高溫強度高,耐磨損,耐腐蝕,抗蠕變性能佳,熱傳導能力強斷裂韌性高,抗彎強度高,硬度高先進結構陶瓷材料的研究進展大量事實表明,提高陶瓷材料的韌性及使用性能的可靠性,降低制造成本這三個因素是關系到先進結構陶瓷材料在高科技領域應用的關鍵。因此,目前國內外的研究也就是圍繞著這三個方向來改進結構陶瓷的性能。
利用先進制粉與燒結技術,發展了新型結構陶瓷,使之性能與傳統陶瓷相比可以得到極大的提高。目前,陶瓷粉體的制備方法有氣相法、液相法和固相法。傳統固相法由于各原料之間的固相反應難以進行完全,難以制備出高純的均勻粉體,且要經歷高溫合成再粉碎過程,能耗較大,故已被逐漸淘汰。有機前驅體熱解法是固相法的新發展方向,這種方法利用C、Si、B、N等元素的有機前驅體,在較低的溫度下(1200℃)熱解生成具有特定結構的、高反應活性的碳化物、氮化物等陶瓷粉體。氣相法則需要復雜的設備,效率較低,難以進行大規模工業生產。相對而言,工藝過程較為簡單,成分容易控制,因此得到廣泛的應用。
陶瓷粉末的制備合成工藝呈現出各種方法互相融合的趨勢,例如結合了液相法和氣相法優點的噴霧熱解法以及將外場作用與液相沉淀法結合的超重力沉淀法。陶瓷粉末的制備進展還體現在把一些優良的制備方法產業化,研究開發陶瓷粉末低成本規?;闹苽湫录夹g上,例如,用懸浮燃燒連續氮化新技術就可以制備出低成本、高質量的氮化硅陶瓷粉體?! √沾煞勰┑谋砻娓男苑椒ㄒ彩墙陙碛嘘P陶瓷粉體研究的重要方向。例如采用表面包裹或偶聯實現陶瓷粉末的表陶瓷粉末制備技術的發展液相法面改性,可以改善細小粉末的分散特性,減少粉末之間的團聚趨勢,提高成形坯體的相對密度,減少燒結過程中的裂紋和缺陷的形成。
在結構陶瓷材料發展的過程中,人們逐漸意識到原來的陶瓷燒結的理論基石――雙顆粒燒結模型不能充分全面地描述各種真實體系的燒結過程?,F對于雙顆粒燒結理論,這些燒結理論考慮了更多的因素,如作為本征因素的顆粒形狀、顆粒尺寸及分布,顆?;瘜W成分組成均勻性、顆粒表面雜質、表面反應性(非平衡缺陷等),團聚體及團聚體結構等;作為非本征因素的胚體密度、氣孔尺寸及分布、晶粒的結構、燒結溫度,升溫速率、燒結氣氛和壓力、第二相的作用(添加相的電子結構)等。這些燒結理論可以更準確地對一些真實體系的燒結過程進行描述和預測。但是對多組分體系的燒結過程的描述仍然比較困難,在這方面還有待于更深入的研究。
以TiSiC和TiAlC等為代表的三元層狀可加工陶瓷材料由于其獨特的晶體結構,具備了陶瓷和金屬的許多優點,如高導電性、導熱、可加工、耐高溫、抗氧化、高溫下具有塑性變形等,使其成了一個新的研究熱點。
多孔陶瓷材料具有質量輕、應變容限大、可控的孔徑分布和結構、較高的強度和滲透性等特性,成為結構陶瓷材料的一個重要研究方面,近年來還出現了一種結構――功能一體化的陶瓷材料,在透平機燃燒室、高溫爐體材料等領域有廣闊的應用前景。
用低共熔反應控制結晶的方法,制備了AlO/YAg系(二元)復合材料、AlO/YAg/ZrO系(三元)復合材料的共晶材料,其在室溫到1800℃之間的抗蠕變能力是相同成分但采用普通燒結方法制成的陶瓷材料的13倍。
現代焊接200年第期總第期684413現代焊接ModernWelding有其獨特的優點。對于先進結構陶瓷,釬焊是一種比較合適的方法。陶瓷材料主要含有離子鍵或共價鍵,表現出非常穩定的電子配位,因此較難被金屬鍵的金屬釬料潤濕,用金屬釬料釬焊陶瓷材料時,要么對陶瓷表面進行預金屬化而使被焊陶瓷面的性質改變,要么是在釬料中加入活性元素,使釬料與陶瓷之間有化學反應產生,通過反應使陶瓷表面分解形成新相,產生化學吸附機制。為此,釬焊方法又可分為兩步法(進行陶瓷表面的金屬化后再用普通釬料進行釬焊)和直接釬焊法。釬焊連接新型結構陶瓷時的主要不足是釬焊接頭的強度低于母材、異種材料接頭中因熱膨脹系數的不匹配而產生的應力問題和用一般釬料釬焊耐高溫材料時接頭的耐熱性能不足等問題。針對這些問題,近年來,預金屬化方法和直接釬焊法都有不同的進展。
盡管30年代發展起來的用于氧化鋁陶瓷連接的Mo-Mn法,現在仍然在陶瓷連接中有所應用,但是,近年來,發展了一些新的預金屬化方法,如PVD技術3.1預金屬化方法的發展沉積金屬層、熱噴涂法、CVD法以及離子注入等方法。有專家學者認為,陶瓷表面的預金屬,不僅可以用于改善非活性釬料對陶瓷的潤濕性,而且還可以用于高溫釬焊時保護陶瓷不發生分解產生空洞。
文獻用低壓等離子弧噴涂方法(系統結構如所示)在SiN陶瓷表面噴涂兩層Al.在噴涂第一層時將陶瓷預熱到略高于Al的熔點溫度以獲得較強的Al對SiN陶瓷的吸附,在此條件下的噴涂層一般≤2μm,然后在第一層的基礎上再噴涂一個200μm的層噴涂1[/url]后的試樣(尺寸為13mm×16mm×20mm)在700℃×0.9ks、加壓0.5MPa的條件下進行釬焊,接頭的平均抗彎強度達到340MPa,比直接用在同樣條件下釬焊的接頭強度(230MPa)高許多。其分析認為,在以上實驗條件下熱噴涂可以去掉陶瓷表面和Al表面的氧化膜,使金屬Al直接與SiN陶瓷接觸,在比Al熔點稍高的溫度下就可以形成AlN化合物,使界面結合強度提高。
子注入法343434素(如Ti)一般會使釬料變硬、變脆,而且接頭也會出現脆性相。為克服這些缺點,他們用離子源直接注射活性元素Ti到陶瓷(AlO陶瓷)中,使陶瓷形成可以被一般釬料潤濕的合適表面。經過離子注入后的陶瓷表面顯著改善了非活性釬料的潤濕性。他們分析認為離子注入可以改善陶瓷表面潤濕性的原因有三點:一是表面更金屬化,導電性提高并呈現金屬光澤,減少了陶瓷與金屬間的電子不連續性;二是離子注入在陶瓷表面產生缺陷,使陶瓷的表面性能提高,從而促進潤濕;三是表面形成了改善導電性及促進潤濕的新相。
結果表明,C纖維表面鍍Ni的復合釬料釬焊的接頭強度要高于無涂層C纖維復合釬料釬焊的接頭。

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