1 1.大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室, 大连 116024
2 2.中国人民解放军95939部队, 沧州 061736
3 3.深圳市鑫金泉精密技术股份有限公司 研发部, 深圳 518055
4 4.山东大学 机械工程学院, 济南 250061
Al2O3-TiCp(AT)复相陶瓷材料以其优异的综合力学性能而被广泛用作金属切削刀具材料。针对AT材料传统烧结方法在能耗及周期方面的局限, 本工作利用激光定向能量沉积技术开展了AT复相陶瓷材料直接增材制造的研究, 系统探讨了不同TiCp比例对复相陶瓷材料微观结构和力学性能的影响。结果表明TiCp颗粒均匀分布在成型样件的基体中, 掺杂TiCp细化了Al2O3晶粒。同时, 由于TiCp与Al2O3基体的热膨胀失配引起裂纹出现偏转、贯穿颗粒等现象, 消耗了裂纹扩展能量, 进而有效抑制了AT材料直接增材过程中的裂纹扩展行为。掺杂TiCp颗粒对熔池形成冲击, 在一定程度上加快了气体的逸出速率, 进而提高了材料的相对密度。但TiCp含量过高将加剧其与Al2O3基体在高温时的化学反应, 生成的气体使复合材料中出现较大气孔并降低了材料部分力学性能。TiCp质量分数为30%的复合材料的相对密度达到96.64%、平均显微硬度达到21.07 GPa和断裂韧性达到4.29 MPa·m1/2。
复相陶瓷 增材制造 激光定向能量沉积 微观结构 力学性能 composite ceramic additive manufacturing laser directed energy deposition microstructure mechanical property
中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文仿真设计了一种高频压电复合材料球形换能器, 利用COMSOL软件建立了有限元模型, 计算了换能器的声辐射特性, 分析了不同压电陶瓷材料、不同基元尺寸对换能器声辐射特性的影响。仿真分析结果表明, 球形高频换能器具有高频、宽带及可全向辐射声波等特性, 能广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列。
压电复合陶瓷材料 球形 全向 高频换能器 piezoelectric composite ceramic materials spherical sharp omnidirectional radiation high frequency transducer
1 1.福建师范大学 化学与材料学院, 福州 350007
2 2.中国科学院 福建物质结构研究所, 光电材料化学与物理重点实验室, 福州 350002
3 3.福建光电信息科技创新实验室, 福州 350108
氧化锆(ZrO2)陶瓷具有出色的机械性能, 但其应用受到低热导率(Thermal Conductivity, TC)的限制。本研究设计并通过微波烧结制备了高热导率氧化锆-氮化铝(AlN)复合陶瓷, 优化制备条件后, 抑制了两种物质之间的反应, 获得了致密的复合陶瓷(相对密度>99%), 详细研究了该复合陶瓷的组织演变、热学性能和力学性能。研究结果表明, 随着AlN含量的增加, 复合陶瓷的室温下热导率、热扩散系数和热容增加, 分别达到41.3 W/(m·K)、15.2 mm2/s和0.6 J/(g·K)。这种具有高热导率和抗热震性的ZrO2-AlN复合复合陶瓷在能源系统的高温热交换材料领域具有广阔的应用前景。
1 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室, 浙江 杭州 310014
2 浙江工业大学之江学院, 浙江 绍兴 312030
基于Reynolds方程和P-C(Patir and Cheng)模型,分别建立了织构表面在流体动压润滑及混合润滑状态下的理论模型。采用有限差分法并结合数值迭代,利用Matlab编程对模型进行计算,获得计算域内的压力分布和织构表面的理论摩擦系数,以此作为织构表面摩擦学性能的判断标准。采用飞秒激光加工工艺,在氧化锆(ZrO2)增强HA(Hydroxyapatite,羟基磷灰石)生物陶瓷涂层表面,加工出具有不同排布方式的椭圆形织构阵列和不同面覆率的圆形织构阵列。在往复实验平台进行摩擦磨损实验,利用三维轮廓仪表征涂层的磨损深度,并验证了数值模型。
飞秒激光加工 表面织构 HA复合陶瓷涂层 润滑模型 摩擦磨损性能
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
设计和研制了一种CaO-TiO2-Al2O3复合陶瓷平板固态脉冲形成线,以期用于介质壁加速器。该脉冲形成线的几何参数为：陶瓷介质长度300 mm,宽度15 mm,厚度1 mm；银电极长度280 mm,宽度2 mm。电性能参数为：相对介电常数约23.5,特征阻抗约26 Ω,电长度约4.5 ns,直流耐压场强大于20 kV/mm,在μs量级上升时间的脉冲电压下绝缘强度大于25 kV/mm。该固态脉冲形成线设计兼顾了光导开关的使用要求、高梯度绝缘子的设计指标、带电粒子束的输运及加速器的结构设计要求。结合GaAs光导开关,开展了固态Blumlein脉冲形成线实验研究工作,在脉冲充电电压约25 kV的条件下,固态Blumlein脉冲形成线实现脉冲电压输出约23 kV。
介质壁加速器 固态脉冲形成线 复合陶瓷 Blumlein脉冲形成线 光导开关 dielectric wall accelerator solid-state pulse forming lines composite ceramic Blumlein pulse forming lines photoconductive semiconductor switches 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105102
大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
为抑制激光直接成形Al2O3陶瓷过程中的裂纹, 利用SiC未熔颗粒的增韧原理, 在Ti-6Al-4V合金基底上进行添加SiC颗粒的Al2O3同轴送粉激光直接成形实验, 分析了激光直接成形Al2O3+SiC复相陶瓷的可行性以及成形件裂纹敏感性的影响因素。利用光学显微镜观察薄壁成形试样的裂纹扩展、显微组织和两相结合情况, 并使用X射线衍射仪(XRD)进行相分析。结果表明：SiC颗粒可在激光直接成形Al2O3+SiC陶瓷中起到抑制裂纹的作用, 并可形成各成分结合良好, 无明显化学反应, 含有较完整SiC未熔颗粒的复相陶瓷材料。单因素实验显示：SiC比例f、激光功率P、扫描速度v和送粉率n对裂纹敏感性均有显著影响, 最后采用工艺参数：f =10%(重量百分比)、P=186 W、v=300 mm/min及n=1.78 g/min成形了裂纹敏感性低, 无明显缺陷的长×高×厚约为17 mm×6 mm×2 mm的薄壁件。
激光技术 直接成形 复相陶瓷 SiC颗粒 裂纹抑制 laser technique direct forming composite ceramic SiC particle crack inhibition
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
基于提出的能量均分方法, 理论分析和系统模拟了大功率激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光陶瓷板条阶变梯度浓度掺杂情况下板条温度分布及应力分布情况。采用板条阶变梯度浓度掺杂结构, 在抽运效率很高的情况下, 抽运吸收光功率分布更加均匀, 产生更小的热应力, 从而解决抽运效率和抽运吸收功率均匀性之间的矛盾。
激光器 复合陶瓷板条激光器 能量均分 阶变梯度掺杂 温度分布 应力分布
1 南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室,江苏 南京210016
2 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京210016
为了研究激光重熔工艺参数对等离子体喷涂复合陶瓷涂层组织结构的影响, 根据激光重熔的特点, 采用ANSYS有限元软件的参数化设计语言, 建立了TiAl合金表面激光重熔等离子体喷涂Al2O3-13%TiO2（质量分数）复合陶瓷涂层连续移动三维温度场有限元模型, 对激光重熔温度场进行了分析。分析结果表明,当陶瓷涂层厚度较大时, 受到陶瓷材料导热系数较低的影响, 激光重熔时无法使整个陶瓷层实现完全重熔, 根据重熔时作用区温度场分布, 可将整个涂层分为重熔区、烧结区和残余等离子体喷涂区; 在优化的工艺参数下, 采用相对较低的激光重熔功率和较低的扫描速度能够获得厚度较大的重熔区和烧结区。实验结果表明,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小且致密的等轴晶重熔区、烧结区和片层状残余等离子体喷涂区, 并且重熔区和烧结区厚度的计算值和实验值吻合较好。
激光技术 激光重熔 等离子体喷涂 复合陶瓷涂层 TiAl合金
研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3复合陶瓷涂层的微观组织结构、显微硬度和磨损特性.结果表明,激光熔覆层由α-Al2O3和TiO2以及Al2O3纳米颗粒组成,在激光的作用下,消除了原来等离子喷涂层的片层状组织;纳米颗粒仍然保持纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,起着桥连的作用;同时涂层气孔率的降低使涂层致密化程度得以提高,纳米Al2O3涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子Al2O3+13%TiO2喷涂层.
纳米Al2O3 激光熔覆 复合陶瓷涂层 组织结构 Nano Al2O3 Laser-cladding Composite ceramic coating microstructure
