Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体的叠层结构优化分析

采用真空热压烧结的方式制备出Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体.通过显微压痕强度实验,研究Al2O3-TiC层和Al2 O3-TiC-CaF2层的叠层厚度和层厚比对陶瓷材料硬度和断裂韧性的影响,并且用有限元方法对叠层陶瓷材料烧结过程中的残余应力进行分析.结果表明:Al2O3-TiC/Al2O3-TiC-CaF2叠层陶瓷拉拔模具坯体具有良好的层间界面,晶粒结合紧密;在模具坯体叠层部分总高度不变的情况下,当叠层数目为5,层厚比(Al2O3-TiC层:Al2O3-TiC-CaF2层)为1∶1时,叠层陶瓷拉拔模具坯体的硬度值和断裂韧性值达到最大,分别为18.2 ±0.3 GPa和5.7 ±0.2 MPa·m1/2;在烧结冷却过程中,由于不同材料层的热膨胀系数和弹性模量而引起的残余应力是该叠层陶瓷拉拔模具坯体具有良好机械性能的原因.     

自润滑Al2O3/TiC/CaF2复合陶瓷材料摩擦特性

为了探索自润滑陶瓷材料的开发及应用,采用冷压烧结工艺制备Al2O3/TiC/CaF2自润滑复合陶瓷材料。在摩擦磨损实验机上对其进行摩擦磨损实验,并对其摩擦磨损行为及自润滑效应进行分析。结果表明:在实验过程中,Al2O3/TiC/CaF2复合陶瓷材料物理机械性能优于同条件下制备的Al2O3/TiC复合陶瓷材料,且具有较低的摩擦因数和磨损率,其减摩抗磨效果明显,具有一定的自润滑效应,其减摩抗磨机理为摩擦驱动下CaF2存在于摩擦副表面,形成减摩抗磨层,在表面形成一层平整、光滑的自润滑层,增加摩擦表面实际接触面积,起到自润滑效应。     

基于多元晶粒生长抑制效应的Al2O3-TiC复相陶瓷的制备与性能研究

基于多元晶粒生长抑制效应,利用热压烧结方法制备了细晶高致密的Al2O3-TiC复相陶瓷.研究发现,仅利用第二相TiC的晶界钉扎效应,即使其含量高达30wt;,也不能有效地抑制Al2O3基体的晶粒生长.在TiC作为第二相的基础上,引入微量MgO和Y2O3,通过TiC晶界钉扎、MgO溶质滞阻和Y2O3晶界偏析等多元晶粒生长抑制作用,Al2O3基体晶粒尺寸从5.12 μm显著减小到1.82 μm,Al2O3-TiC复相陶瓷的断裂韧性从3.99±0.18 MPa·m1/2提高到5.24±0.22 MPa·m1/2.研究结果表明:利用多元晶粒生长抑制效应的协同作用,可显著细化Al2O3基复相陶瓷的显微结构,改善其力学性能.     

Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合材料摩擦磨损性能研究

采用热压烧结技术制备了Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料,对其力学性能、摩擦磨损性能进行测试,用扫描电镜(SEM)对其磨损表面进行观察.结果表明:Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料具有良好的综合力学性能,在与硬质合金YG8环块摩擦中表现出较高的减摩抗磨性能,摩擦系数与磨损率较单相Al2O3降低近一半.对其磨损机理研究认为,磨粒磨损为主要磨损机制,高的强度和韧性是其具有良好耐磨性能的主要原因.     

Co包覆Al2O3/TiC复相陶瓷的力学性能与抗热震性能

不同Co含量Al2O3/TiC复相陶瓷的力学性能测试结果表明,综合力学性能最佳的复合材料含Co量为8;质量分数.采用急冷-强度法表征了单相Al2O3、Al2O3/TiC及Co包覆Al2O3/TiC三种材料的抗热震性能.单次热震结果表明,Co包覆Al2O3/TiC的抗热震性能是最佳的.SEM观察发现,随着热震温度的升高,材料的致密度越来越低,力学性能大幅下降,从而导致了抗热震性能的降低.循环热震结果表明,随循环次数的增加,ATC复合材料的抗热震性越来越差.Co的少量添加,虽然对复合材料的热物理性能改变较小,但却较大幅度地提高了ATC复合材料的力学性能,有效缓解了热应力,从而提高了ATC复合材料的抗热震能力.     

钻井泥浆泵活塞表面多场耦合电沉积Ni-TiN纳米镀层研究

采用多场耦合电沉积方法,在钻井泥浆泵活塞表面制备Ni-TiN纳米镀层.利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、摩擦磨损试验机对Ni-TiN纳米镀层微观组织结构和耐磨性能进行研究.XRD分析表明,在钻井泥浆泵活塞试样表面存在金属镍晶粒和TiN粒子.当复合镀液中TiN粒子为6g/L时,Ni-TiN纳米镀层中镍晶粒和TiN粒子的平均粒径分别为65.5 nm和38.6 nm.AFM分析表明,当TiN粒子浓度为6g/L时,镀层表面镍晶的平均粒径最小,其均方根表面粗糙度(RMS)为44.077 nm.摩擦磨损实验测试表明,当复合镀液中TiN粒子为6g/L时,Ni-TiN纳米镀层的磨损量和摩擦系数都最小,其最小磨损量和摩擦系数分别为34.7 mg和0.44.     

力学性能对B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性的影响

采用压痕断裂力学研究了B4C/TiB2基陶瓷喷嘴(B4C/TiB2/Mo和B4C/TiB2/Al2O3)力学性能对抗冲蚀特性的影响,从力学的角度分析了采用SiC磨料和Al2O3磨料时,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性产生显著差异的原因.结果表明,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的体积冲蚀磨损率随lnH和lnKIC增加呈线性降低;ln(Hp/H)＝1.1是B4C/TiB2基陶瓷喷嘴软硬颗粒磨损的分界线.当使用SiC作为磨料时冲蚀磨损较为严重,因为ln(Hp/H)>1.1,即SiC对于B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的冲蚀磨损为硬颗粒磨损;而Al2O3磨料造成冲蚀磨损较轻,因为ln(Hp/H)<1.1,此时的磨损属于软颗粒磨损.     

添加纳米Ti(C7N3)的ZrO2基纳米陶瓷模具材料

本文针对模具对陶瓷材料的要求,从提高陶瓷模具材料的综合力学性能出发,采用纳米复合方法制备出具有较高综合力学性能的纳米陶瓷模具材料.研究了纳米Ti(C7N3)和Y2O3的组分含量对纳米陶瓷模具材料微观结构和力学性能的影响,结果表明添加纳米Ti(C7N3)和Y2O3的氧化锆纳米陶瓷模具材料的力学性能优于纯氧化锆陶瓷材料,纳米颗粒的添加改善了材料的微观结构和力学性能.当纳米Ti(C7N3)和Y2O3的添加量分别为17.15vol;和5 mol;时,材料的综合性能最好,其抗弯强度为814MPa、断裂韧性6.35 MPa· m1/2、维氏硬度11.87 GPa.     

含MgO-Lu2O3-Re2O3三元添加剂Si3N4陶瓷摩擦磨损性能的研究

利用球盘式摩擦磨损试验机,研究了含MgO-Lu2O3-Re2O3(La2O3,Sm2O3,Gd2O3,Er2O3)三元添加剂Si3 N4陶瓷的摩擦磨损性能.结果表明:机械磨损和摩擦化学反应为主要磨损机理.在三元添加剂中,随着第二稀土离子Re3+半径的增加,粘附层增加,Si3N4摩擦系数降低.基于横向断裂理论模型,Si3N4陶瓷单位磨损率随着1/(KB1/2H5/8)的增加而增加,其中含有第二相Lu4Si2N2O7的样品SN-LuSm和SN-LuEr优于此线性关系,表现出更好的抗磨损性能.     

片状hBN的制备及摩擦性能研究

以CaB2O4作为烧结助剂,采用热压烧结技术制备了片状hBN.通过SEM、XRD和摩擦磨损试验机对hBN块体的显微结构、物相组成和摩擦性能进行了表征.结果表明:在N2气气氛下,烧结温度为2000℃,保温时间为5h时,CaB2O4的加入可以有效的提高hBN的结晶性能.烧结hBN呈片状结构,其粒径约为0.5～2 μm,厚度约为200nm.hBN块体的摩擦系数和磨损量均随着温度的升高先增大后稍有降低,在600℃时,摩擦系数和磨损量均达到最高,其空气和水蒸气气氛下的摩擦系数分别为0.6和0.25,磨损量分别为9.1 mg和4.9 mg.在整个测试温度范围内,水蒸气气氛下的摩擦系数和磨损量均比空气气氛下低,这主要是因为:室温下,水蒸汽在hBN与摩擦副的摩擦表面形成一层水膜;高温下,hBN可以与水蒸汽发生反应,生成H3BO3.