【摘 要】
：
陶瓷材料作为一种耐高温材料,其硬度高、密度小、高温耐磨性和高温抗蠕变性好,其中Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有两相相互交错、结合紧密的微观组织,晶界非晶相的消除使其具有更加优异的力学性能,如断裂韧性、硬度、高温稳定性、摩擦磨损特性、抗弯性能等,具有广阔的应用前景（如航空发动机涡轮叶片、燃气轮机热端部件等）。因此,Al2O3-ZrO2共晶陶瓷制备技术成为研究者关注的热点。但传统Al2O3-ZrO2共
论文部分内容阅读
陶瓷材料作为一种耐高温材料,其硬度高、密度小、高温耐磨性和高温抗蠕变性好,其中Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有两相相互交错、结合紧密的微观组织,晶界非晶相的消除使其具有更加优异的力学性能,如断裂韧性、硬度、高温稳定性、摩擦磨损特性、抗弯性能等,具有广阔的应用前景（如航空发动机涡轮叶片、燃气轮机热端部件等）。因此,Al2O3-ZrO2共晶陶瓷制备技术成为研究者关注的热点。但传统Al2O3-ZrO2共晶陶瓷制备方法中存在周期性带状组织明显、共晶间距粗大、孔隙率高、断裂韧性低等问题,严重影响Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的实际应用。针对上述问题,本文拟开展熔体自生Al2O3-ZrO2共晶陶瓷构件直接激光沉积技术的研究,并利用超声辅助及碳纤维掺杂方法对成形构件的组织和性能进行优化调控。主要研究内容及结论如下:（1）Al2O3-ZrO2共晶生长演化成形过程的机理分析。基于Jackson-Hunt理论,建立Al2O3-ZrO2共晶陶瓷快速凝固条件下的共晶生长理论模型,研究超声辅助对共晶间距的影响规律,建立超声功率与共晶间距之间的解析表达式。研究表明:Al2O3-ZrO2共晶陶瓷三维网状立体结构由初生ZrO2相和次生Al2O3相在熔融状态下按照一定共晶含量配比耦合生长形成。初生ZrO2相生长过程中排出的组元Al原子为次生Al2O3相的结晶生长提供了物质基础;次生Al2O3相在生长过程中排出的Zr原子为初生ZrO2相创造了条件。两相在生长界面处形成的互扩散场内发生耦合生长。利用超声声压对Al2O3-ZrO2共晶陶瓷结晶自由能的影响规律,获得了超声辅助功率P和共晶间距λ的解析关系式。（2）直接激光沉积Al2O3-ZrO2共晶陶瓷。研究周期性带状组织的形成机理,激光功率、扫描速度、送粉速率和ZrO2含量对周期性带状组织的影响规律。检测直接激光沉积Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的力学性能。研究发现:周期性带状组织由组织粗化区和离异共晶区组成。组织粗化区是由溶质成分过冷和生长界面单相不稳定的晶体形成;离异共晶区是由未得到充分熔化的粉末凝固形成。通过试验分析,影响周期性带状组织厚度的工艺参数关系为:送粉速率＞激光功率＞扫描速度＞ZrO2含量。在高温下Al2O3-ZrO2共晶陶瓷未发生质量损失和明显吸放热,共晶组织抗高温性能稳定。直接激光沉积技术制备的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷表面断裂韧性为6.52±0.40 MPa.m1/2。（3）超声辅助直接激光沉积Al2O3-ZrO2共晶陶瓷。研究超声功率对共晶陶瓷微观组织、宏观形貌、裂纹和气孔率的影响规律。检测超声辅助直接激光沉积Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的力学性能。研究表明:超声功率从20 W增加到110 W的过程中,Al2O3-ZrO2共晶微观组织依次表现为胞状共晶、胞状共晶与枝状共晶共存（胞状共晶为主）、枝状共晶、枝状共晶与胞状共晶共存（枝状共晶为主）。随着超声功率的增加,周期性带状组织减小,离异共晶区逐渐减少。当超声功率为120 W时,离异共晶区消失,组织粗化区尺寸控制在5.0±0.5μm,共晶间距为65±5 nm,晶界和菌落组织消失。当超声功率增大时,熔池面积和熔覆层的宽度增加,熔覆层的厚度表现出先不变后减小的趋势。随着超声功率的增加,裂纹数量明显减少。当超声功率为60～80 W时,最大裂纹长度保持在4.0±0.5 mm。当超声功率为80～140 W,随着超声功率的增加,裂纹长度明显减小,孔隙率呈先减后增的规律。超声功率超过120 W后,孔隙率在（1.15±0.05）%范围内变化不大。当超声功率为100 W和150 W时,最小和最大孔隙率分别为0.45%和2.55%。超声辅助制备Al2O3-ZrO2共晶陶瓷表面断裂韧性为7.67±0.20 MPa·m1/2,表面断裂韧性提升主要原因是共晶间距细化和残余压应力的存在。摩擦磨损性能检测摩擦系数为0.45±0.05,磨损率为（9.5±0.5）×10-6m3/（N·m）,磨损机理表现出晶间脆性断裂和剥落磨损。（4）超声辅助直接激光沉积碳纤维增强Al2O3-ZrO2晶陶瓷。研究掺杂的碳纤维与Al2O3-ZrO2共晶陶瓷基体的边界特征,分析碳纤维增强Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的机理。检测超声辅助直接激光沉积碳纤维增强Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的力学性能。研究发现:碳纤维与Al2O3-ZrO2共晶陶瓷基体之间没有明显的边界,两相结合良好。碳纤维的掺杂增大了纤维边界与共晶接触区的晶体生长速率和温度梯度,细化了碳纤维边界处Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的共晶间距。碳纤维掺杂提高了 Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的表面断裂韧性和抗弯性能,其中掺杂4 wt.%碳纤维的样件表面断裂韧性最高,达到8.70±0.20 MPa·m1/2,超声辅助碳纤维增强的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷抗弯强度达到753±20 MPa。
其他文献
含有氮杂季碳中心的吡唑啉酮和羟吲哚骨架是许多药物先导化合物与活性天然产物的结构特征,这两类药效团杂环结构的多样化衍生因而具有重要的合成价值和药物开发潜力。近年来,利用有机不对称催化策略,一系列结构新颖、具有潜在生物活性的氮杂季碳中心吡唑啉酮和羟吲哚衍生物被相继报道。然而,就目标产物的结构多样性和合成方法的有效性而言,发展高效不对称构筑立体化学结构复杂的氮杂季碳中心吡唑啉酮和羟吲哚化合物的方法仍然是
生物医学文本是目前重要的生物医学领域研究资源。随着生物医学技术不断发展,使记载重要生物医学记录的生物医学文献和电子病历呈爆发式的增长。同时,信息化技术的发展为进一步从大量的生物医学文本中挖掘出新知识带来机会。结合领域需求,采用生物医学文本挖掘技术精准地获取必要信息。生物医学文本挖掘涉及多阶段研究方法,每个阶段的研究技术都会对知识挖掘产生影响。为此,本文围绕生物医学文本进行研究,以生物医学文本表示和
汉语词法分析作为机器翻译、信息检索和自动问答等下游自然语言处理的预处理环节,是一项基础的任务。随着数据的爆炸式增长和深度学习的发展,如何更好地从大规模文本中提取词粒度信息,进而为其他高层任务提供可靠的词级别信息与特征,具有重要的理论意义和实际应用价值。现有的词法分析方法难以在一定参数量的模型内完成多种切分粒度和词性规则的词法分析工作,并且没有考虑多粒度的信息和实际应用时的效率要求。本文针对现实世界
运河古镇作为大运河申遗的重要组成部分,承载着运河居民的生活、生产和文化记忆。而快速的城镇一体化进程和运河航运功能的衰落导致运河古镇原有的生产、生活方式发生了属性上的改变,运河古镇也随之衰败。如何在新的历史时期对运河古镇的保护和更新模式进行创新性研究,成为运河古镇实现当代承接性和可持续发展的重要课题。本论文选取浙东运河古镇作为研究对象,通过运河古镇历史成因、发展规律和成长机制的分析,从多尺度空间层级
在当前人工智能时代,智能系统在各领域得到了广泛的应用,知识的表示和推理在智能系统中是不可或缺的一环。作为一种知识表示和推理方法,模糊认知图已广泛应用于复杂系统的建模、决策、时间序列预测等。模糊认知图的有效、快速和鲁棒的学习,是其应用的关键因素。当前主要采用群体智能优化的方法,同时以数据为驱动进行模糊认知图的学习。然而,这些学习方法存在着耗时较长、效率低下,对噪声数据敏感、鲁棒性低,权重分布不合理的
显著目标检测任务旨在对视觉场景中的显著区域进行准确的定位并生成高质量的分割结果。该任务作为计算机视觉领域中的一项基础问题,在医学影像分析、伪装物体检测、图像编辑、视频监控以及自动驾驶等领域有着广泛的应用。传统的显著目标检测算法使用低层手工设计特征,通过构建自底向上或自顶向下的方法来生成显著目标检测结果。这种方法在实际应用场景中的泛化能力和鲁棒性较差。近年来,随着大数据、机器学习理论和计算机算力的不
短语在机器翻译的快速发展过程中起到了至关重要的作用,而符合语法结构的高质量双语句法短语对既能够准确表达源语言的信息,又能够使翻译生成的目标语言更加流畅,在语法上符合语言表达习惯。论文围绕句法短语及命名实体短语在汉英机器翻译中的应用展开深入研究,主要包括三个方面:针对基于短语的统计机器翻译结果中存在不符合句法结构表达的问题,提出了一种利用双语句法短语对改善统计翻译模型的方法。在统计机器翻译中,短语定
咀嚼机器人作为一种能够复现人体口颌系统真实咬合行为的特种机器人,在义齿力学性能测试领域存在广阔的应用前景。然而,现有的牙科测试咀嚼机器人不仅无法复现出仿生的咬合过程,更不能输出适应现行牙科测试标准的咬合力,因此难以对义齿性能进行有效的测试与评估。进一步地,驱动机构仿生设计、节律性运动生成以及自适应咬合力控制,是牙科测试咀嚼机器人克服上述咬合性能不足所涉及的三项关键技术。为此,与大连医科大学附属口腔
随着对半导体器件性能要求的日益增长,半导体材料制备技术取得了长足进步,具有高电子迁移率、耐辐射、耐高温性能的第三代半导体材料氮化镓（Gallium Nitride,GaN）,在先进5G通讯射频芯片、大功率器件和军用雷达领域显示出极大的应用价值和前景。GaN晶片作为衬底进行同质外延生长或器件制作时,为了获得更好的外延生长质量并充分发挥器件性能,需要晶片具有超光滑和近无损伤的表面。目前主要采用化学机械
头部数字解剖图谱是依靠现代医学成像和计算机建模技术,将头部的解剖结构信息进行数字化和可视化处理,构建的精准、完备的数字解剖模板。现有头部数字解剖图谱大多基于单一的、特定的人体解剖形态构建,在医学研究和解剖学教育领域有着广泛的应用。然而,在针对不同个体的个性化诊疗、仿真和人体工程学设计等领域,囿于现有头部数字解剖图谱缺乏个体之间解剖形态差异,难以准确表达不同个体的解剖形态特征,从而限制了其在个性化建