喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性仿真分析及实验研究

为分析喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性,设计用于冷却复合陶瓷薄片的喷流冷却系统.利用湍流换热理论和计算流体动力学仿真方法建立喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的流固耦合热仿真模型,定义评价其冷却能力和冷却均匀性的定量参数.根据该仿真模型得到喷流冷却系统的最优设计参数,并进行实验验证.使用163孔喷板,流量为0.2kg/s,入口温度为20℃,在1200 W泵浦时获得359 W激光输出功率,并测得复合陶瓷薄片上表面的最高温度为92℃.激光输出功率与复合陶瓷薄片上表面温度均与泵浦功率呈近似正线性关系,且温度的实验值与仿真值相符度较高.     

中红外激光陶瓷的研究进展与展望

波段为2～5tμm的中红外激光在国防、医疗、通信等方面有着特殊的重要应用,而直接产生中红外激光的增益介质主要包括气体激光介质、半导体、稀土离子或者过渡金属离子掺杂的化合物.本文首先介绍应用于中红外波段的发光离子(包括Tm3,Ho3+,Er3+等稀土离子和Cr2+,Fe2等过渡金属离子)光谱特性,然后重点介绍氧化物(包括石榴石和倍半氧化物)和Ⅱ-Ⅵ族化合物(主要是ZnS/ZnSe)两大类中红外激光陶瓷材料的制备与激光性能.最后,对这两大类中红外激光陶瓷中存在的问题进行了分析,并对其发展方向进行了展望.     

考虑挠曲电效应的压电纳米薄板力-电-热耦合特性研究

摘要：挠曲电效应是由应变梯度引起的，与尺度相关的力电耦合效应。基于Kirchhoff板假设和挠曲电理论，本文推导了温度和电压作用下的压电薄板力-电-热耦合微分控制方程，定量分析了微分控制方程中非线性项的影响，并针对四周固支压电薄板采用Ritz法求解，数值计算了压电薄板的弯曲和振动行为。在研究温度和挠曲电效应对薄板耦合特性和力学行为的影响时，本文分别考虑了材料系数不随温度变化和随温度线性变化两种情况。以PZT-5H为例，我们讨论了挠曲电和温度对压电薄板的横向位移和固有频率的影响。研究结果表明挠曲电效应对压电纳米薄板的力学行为影响很大，且具有明显的尺寸效应。此外，薄板对温度变化非常敏感。因此，可通过挠曲电效应和温度来调控压电纳米薄板的多场耦合特性和力学行为，进而优化基于压电薄板的NEMS/MEMS中传感器、作动器等电子器件的性能。     

激光熔覆Al2O3/Fe901复合涂层的强化机制及耐磨性

为提高金属材料表面涂层的耐磨性,采用激光熔覆工艺制备了Al_2O_3增强Fe901金属陶瓷复合涂层,研究了Al_2O_3陶瓷增强相对Fe基熔覆层组织与性能的影响。利用扫描电镜和X射线衍射仪检测了复合涂层的微观组织和物相;采用显微硬度仪和摩擦磨损试验机分析了复合涂层的显微硬度与耐磨性。结果表明:Fe901涂层的组织以柱状枝晶和等轴枝晶为主,添加的Al_2O_3可促使涂层组织转变为均匀的白色网状晶间组织及其包裹的细小黑色晶粒;复合涂层中的Al_2O_3陶瓷颗粒表面发生微熔,与Fe、Cr结合生成Fe3Al及(Al,Fe)4Cr金属间化合物,起到增加Al_2O_3陶瓷颗粒与金属黏结相结合强度的作用;当Al_2O_3陶瓷颗粒的质量分数为10%时,复合涂层的显微硬度较Fe901涂层增加了16.4%,复合涂层的摩擦磨损质量损失较Fe901涂层降低了50%;添加适量的Al_2O_3陶瓷有助于提高涂层的显微硬度及耐磨性。     

ZrB2-SiC-Csf超高温陶瓷复合材料碳纤维损伤抑制研究

采用放电等离子烧结和热压烧结制备了短切碳纤维(Csf)增韧ZrB2-SiC超高温陶瓷复合材料(ZrB2-SiC-Csf),研究了制备工艺对ZrB2-SiC-Csf复合材料微结构演变、力学性能和抗热冲击性能的影响.结果表明:烧结温度是导致碳纤维结构损伤的主要因素,降低烧结温度能有效抑制碳纤维的结构损伤.采用纳米ZrB2粉体在1450 ℃低温热压烧结制备的ZrB2-SiC-Csf复合材料在断裂过程中表现出纤维拔出、纤维侨联和裂纹偏转增韧机制,其临界热冲击温差高达741 ℃,表现出良好的力学性能和优异的抗热冲击性能.从热力学的角度阐明了ZrB2-SiC-Csf复合材料中碳纤维结构损伤的机理,并揭示了该类材料的烧结温度应低于1500 ℃.     

ZrO2掺杂AZO防静电陶瓷的制备

以AZO陶瓷为基体,采用传统的固相烧结技术制备了ZrO2掺杂AZO防静电陶瓷,研究了不同烧结温度、ZrO2掺杂量对AZO陶瓷的表面电阻率、相对密度、维氏硬度的影响.通过XRD测定陶瓷的物相结构,SEM观察陶瓷的断面形貌,表面电阻测试仪测量陶瓷的表面电阻,维氏显微硬度仪测量陶瓷的维氏硬度,阿基米德排水法测量陶瓷密度等方法对ZrO2掺杂AZO陶瓷进行了分析表征.结果表明:当烧结温度为1450℃,ZrO2的掺杂量为1wt;时,其综合性能最佳.此时陶瓷表面电阻率为105Ω· cm,相对密度达97.61;,维氏硬度为357.5 HV0.3,已达到防静电陶瓷性能要求.     

Eu:Lu2O3透明闪烁陶瓷的制备与性能

采用湿化学法合成了Eu原子掺量5%的Lu₂O₃陶瓷前驱体,通过SEM、XRD研究了煅烧前后前驱体和1 100 ℃煅烧4 h后粉体的形貌、结构以及物相。结果表明煅烧后的粉体为纳米类球形、高分散且结晶性良好的颗粒。颗粒尺寸为68.5 nm。使用煅烧后的粉体为原料,在1 650 ℃真空烧结30 h制备了高透过率的Eu:Lu₂O₃陶瓷,晶粒尺寸为46 μm,在611 nm处的直线透过率可以达到66.3%。此外对陶瓷的吸收曲线、光致激发和发射光谱特性以及X射线激发发射光谱进行研究。可观察到,Eu:Lu₂O₃陶瓷存在基质和激活离子两类吸收,光致发光光谱和X射线激发发射光谱均可以看出Eu:Lu₂O₃陶瓷存在极强的⁵D₀→⁷F₂跃迁发光,位于611 nm处。对比商业的BGO单晶的X射线发射光谱,可得本实验中制备的陶瓷的光输出为85 000 ph/MeV。Eu:Lu₂O₃陶瓷本身有着高X射线以及高能粒子的阻止能力,结合高光输出特性,表明Eu:Lu₂O₃陶瓷在X射线成像等领域具有巨大的潜在应用价值。     

新型BT-BMT-xBNT无铅高储能密度陶瓷研究

本文采用传统固相反应法,成功制备了新型无铅弛豫铁电陶瓷(1-x)[0.9BaTiO₃-0.1Bi(Mg_0.25Ta_0.5)O₃]-xBi_0.5Na_0.5TiO₃。结果表明,较高居里温度的Bi_0.5Na_0.5TiO₃的引入,使得材料体系中建立了更多的以Bi—O耦合为主的极性纳米区域,弥补了因Bi(Mg_0.25Ta_0.5)O₃的加入导致的宏观极化强度的减少,提高了材料的饱和极化强度,实现了较高储能密度的同时具有更好的温度稳定性。在245 kV/cm电场强度下,x=0.2样品的储能密度约为4.01 J/cm³,储能效率约为84.86%,同时该组分在20~170 ℃储能密度的变化率小于5%,储能效率的变化率小于6%,表现出优异的温度稳定性。     

反相高效液相色谱法测定陶瓷饰品中六价铬的溶出量

提出了柱前衍生反相高效液相色谱法测定陶瓷饰品中六价铬溶出量的方法。采用人工汗液萃取陶瓷饰品,用1,5-二苯卡巴肼与萃取液中的六价铬在酸性条件下进行衍生反应,衍生物在Waters SunFire ODS C18色谱柱上分离,以pH 2.5的10mmol·L-1磷酸二氢钾缓冲溶液和丙酮为流动相进行梯度洗脱,于波长540nm处进行测定。六价铬的质量浓度在5.0~200.0μg·L-1范围内与峰面积呈线性关系,相关系数为0.999 1,检出限(3S/N)为0.037μg·L-1。空白(实际样品)的加标回收率在97%~101%之间,测定值的相对标准偏差在1.9%~3.2%之间。     

含氟CaO-P2O5-SiO2-Na2O-B2O3玻璃陶瓷的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备CaO-P₂O₅-SiO₂-Na₂O-B₂O₃体系前驱体粉末,用CaF₂替代部分CaO再次制备前驱体粉末。 通过TG-DSC分析确定结晶温度为865 ℃,经过热处理获得主晶相为Na₆Ca₃Si₆O₁₈的玻璃陶瓷。 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术手段及体外生物活性实验分析玻璃陶瓷的显微结构及性能。 结果表明,CaF₂的加入能提高玻璃陶瓷的体积密度、抗折强度和弹性模量,并且不会破坏玻璃陶瓷的生物活性。