金属/陶瓷复合材料润湿性的研究

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究
金属/陶瓷复合材料润湿性的研究

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究

摘要:研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属/陶瓷体系,探寻和发展材料的制备技术有重大的意义。制备高性能金属/陶瓷复合材料有着重要的现实意义。本文从陶瓷/金属的润湿现象、机理及其分类出发,介绍了润湿性研究的实验研究方法,并探讨改善润湿性的途径。

关键词:金属/陶瓷复合材料;润湿性;接触角;粘附功

一.润湿现象

润湿是固体表面的气体被液体取代的过程。在复合材料的制备过程中,只要涉及液相与固相的相互作用,必然就有液相与固相的润湿问题。在制备金属基复合材料时,液态金属对增强材料的润湿性如何直接影响到界面黏结强度。润湿性表示液体在固体表面上的铺展程度。优良的润湿性意味着液体在固体表面上铺展开来覆盖整个增强材料的表面。按热力学的条件,只有体系自由能减少时,液体才能铺展开来,即

因此,铺展系数SC[1]被定义为

当铺展系数SC>0时,才会润湿,根据力学平衡,可得:

式中,θ为接触角。

由θ可以知道润湿程度。θ=0°时,金属熔液会在基体上完全的铺展开;θ=180°时,熔滴呈圆球状,只与基体表面形成点接触,称其为完全不润湿;0°90°时则称为不润湿,液相对固体的粘着性较差。对于一个特定的系统,接触角θ会随温度、保温时间、吸附气体等而变化。润湿过程可按顺序分为沾湿、浸湿、铺展三个阶段。对于一个固定的系统,沾湿过程的铺展力最大,最容易进行,属于最低层次的润湿;铺展过程的铺展力最小,属于最高层次的润湿。润湿性好的液体将尽力覆盖更多的固-气界面,直至完全平铺固体表面,润湿性差的液体的润湿过程将终止于较大的平衡接触角。金属/陶瓷的润湿性对金属基复合材料的生产有重要的意义。

金属间化合物

1、什么是金属间化合物,性能特征? 答:金属间化合物:金属与金属或金属与类金属之间所形成的化合物。 由两个或多个的金属组元按比例组成的具有不同于其组成元素的长程有序晶体结构和金属基本特性的化合物。 金属间化合物的性能特点:力学性能:高硬度、高熔点、高的抗蠕变性能、低塑性等;良好的抗氧化性;特殊的物理化学性质:具有电学、磁学、声学性质等,可用于半导体材料、形状记忆材料、储氢材料、磁性材料等等。 2、含有金属间化合物的二元相图类型及各自特点? 答:熔解式金属间化合物相:在相图上有明显的熔化温度,并生成成分相同的液相。通常具有共晶反应或包晶反应。化合物的熔点往往高于纯组元。 分解式金属间化合物相:在相图上没有明显的熔解温度,当温度达到分解温度时发生分解反应,即β<=>L+α。常见的是由包晶反应先生成的。化合物的熔点没有出现。 固态生成金属间化合物相:通过有序化转变得到的有序相。经常发生在一定的成分区间和较无序相低的温度范围。通过固态相变而形成的金属间化合物相,可以有包析和共析两种不同的固态相变。 3、金属间化合物的溶解度规律特点? 答:(1)由于金属间化合物的组元是有序分布的,组成元素各自组成自己的亚点阵。固溶元素可以只取代某一个组成元素,占据该元素的亚点阵位置,也可以分布在不同亚点阵之间,这导致溶解度的有限性。 (2)金属间化合物固溶合金元素时有可能产生不同的缺陷,称为组成缺陷(空位或反位原子)。但M元素取代化合物中A或B时,A和B两个亚点阵中的原子数产生不匹配,就会产生组成空位或组成反位原子(即占领别的亚点阵位置)。 (3)金属间化合物的结合键性及晶体结构不同于其组元,影响溶解度,多为有限溶解,甚至不溶。表现为线性化合物。 (4)当第三组元在金属间化合物中溶解度较大时,第三组元不仅可能无序取代组成元素,随机分布在亚点阵内,而且第三组元可以从无序分布逐步向有序化变化,甚至生成三元化合物。 4、金属间化合物的结构类型及分类方法?(未完) 答:第一种分类方法:按照晶体结构分类(几何密排相(GCP相)和拓扑密排相(TCP相))。第二种分类方法:按照结合键的特点分类:a结合键性和其金属组成元素相似,主要是金属键。b结合键是金属键含有部分定向共价键。c具有强的离子键结合。d具有强的共价键结合。 第三种分类方法:按照影响其结构稳定性的主要因素分类(类型:价电子化合物、电子化合物(电子相)、尺寸因素化合物) 第四种分类方法:按照化学元素原子配比的特点分类。 5、什么是长程有序和短程有序度,举例说明长程有序度随温度变化规律? 答:长程有序度σ定义为: Pαα为α原子占据α亚点阵的几率(α=A或B),Cα0为α原子的当量成分。

有关高分子、复合、金属、陶瓷材料.doc

有关高分子、复合、金属、陶瓷材料 专业: 学生姓名: 学号: 指导教师: 完成时间:2015年1月3日

有关金属、陶瓷、高分子、复合材料 高分子材料 特点:高分子材料是以高分子化合物为基础的材料,是由相对分子质量较高的化合物构成的材料,包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料有很高的分子量,质轻,密度小,有优良的力学性能,绝缘性能,隔热性能.由于高分子结构的不同,其特点也不尽相同。比如说:橡胶一类线型柔性高分子聚合物,其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状;高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料,它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。功能高分子材料除还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。 应用:浙江大学的科研人员得到一种不仅坚硬、富有韧性,而且可连续化制备的高分子材料。用它织成的衣服可以防辐射和静电,由于新型纤维质量轻,还可做成更轻便的防弹衣。目前,课题组已能制成比头发丝还细的仿贝壳纤维。“我们这项技术的应用面很广,例如可制成功能性的织物。大家穿上了用仿贝壳纤维材料做的衣服后,不仅能防静电,还可以防辐射,同时又耐化学腐蚀。”该课题组博士生许震说。也许在未来,人们真的可以像蜘蛛侠那样,喷出液体迅速凝结成强韧的新型纤维,飘荡在城市大楼之间。 复合材料: 特点:由异质、异性、异形的有机聚合物、无机非金属、金属等材料作为基体或增强体,通过复合工艺组合而成的材料。除具备原材料的性能外,同时能产生新的性能。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。一般复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点。 应用:在建筑工业发展中使用树脂基复合材料对减轻建筑物自重,提高建筑物的使用功能等十分有利,是实现建筑工业现代化的必要条件。有可设计性,力

金属间化合物增强陶瓷基体复合材料论文(完成)

金属间化合物增强陶瓷基复合材料 研究现状及发展前景 摘要:陶瓷材料由于具有强度高、抗氧化、耐高温、热膨胀系数低和密度小等优良性能,因而在许多方面的应用是一般金属材料和高分子材料无法替代的。但是它的致命弱点——大脆性却大大限制了其更广泛的应用。因此,改善陶瓷的韧性已成为陶瓷材料获得进一步应用的核心问题。由于金属间化合物原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键共存的特性,其使用温度介于金属超硬合金和陶瓷之间。金属间化合物相对于金属是脆性材料,而相对于陶瓷又具有一定的塑性,其性能介于金属和陶瓷之间,制备金属间化合物/陶瓷基复合材料可使金属和陶瓷各自的缺点通过彼此的优点所弥补。 关键字:金属间化合物陶瓷基复合材料性能应用 0.引言 金属间化合物的性能介于金属和陶瓷之间,其结构与性能不同于其金属组元,而是一种长程有序的超点阵结构,因而具有许多特殊的物理化学性能和力学性能。与金属材料相比,金属间化合物密度小、抗氧化性能好、熔点高、硬度高、抗蠕变和抗疲劳性能好,并具有许多特殊的物理化学性能和力学性能,特别是一些金属间化合物的强度在特定温度范围内随温度升高而升高。金属间化合物的种类非常多,近年来国内外主要集中于对 Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al 等含铝金属间化合物的研究[1]。Fe-Al金属间化合物中最受关注是Fe 3 Al与FeAl合金[2]。Fe-Al 金属间化合物室温脆性大、塑性差,改善其室温脆性,提高其强度是重要的研究 方向。目前研究最多的是Ni 3 -Al金属间化合物,尤其是对于其在中间温度时的 反常流变应力做了较深入的探索。许多Ni 3 -Al基合金已应用于铸造、锻压和高温熔炼。 NiAl合金比目前的Ni基高温合金质量轻,且具有高熔点、优良的抗氧化性能以及高的热导率,但是由于其低温下的断裂韧性差以及高温强度低、抗蠕变能力差,使其在结构材料方面的应用受到限制。许多文献报道,由于NiAl合金熔点高、密度低、热导率大,抗氧化和抗腐蚀性能优异,多年来一直用作高温合金零件的表面防护涂层。陶瓷材料由于具有强度高、抗氧化、耐高温、热膨胀系数低和密度小等优良性能,因而在许多方面的应用是一般金属材料和高分子材料无法替代的。但是它的致命弱点—脆性却大大限制了其更广泛的应用。因此,改善陶瓷的韧性已成为陶瓷材料获得进一步应用的核心问题。由于金属间化合物原子的长程有序排列和原子间金属键与共价键共存的特性,其使用温度介于金属超硬合金和陶瓷之间。金属间化合物相对于金属是脆性材料,而相对于陶瓷又具有一定的塑性,其性能介于金属和陶瓷之间,制备金属间化合物/陶瓷复合材料可使金属和陶瓷各自的缺点通过彼此的优点所弥补。本文主要介绍金属间化合物/陶瓷复合材料的发展现状及趋向。 1.发展历史 1.1 NiAl/Al 2O 3 及Ni 3 -Al/Al 2 O 3 复合材料的发展历程 在最近几十年内,有很多研究工作者对金属相增韧增强Al 2O 3 陶瓷材料进行

氧化铝陶瓷与金属连接的研究现状

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周健等Ⅲo对A1203一A1203以及A1203和HAP(羟基磷灰石)生物陶瓷进行了焊接,并借助电镜、电子探针分析了界面结合情况。前者在2MPa、1300℃、保温15min时结合强度达到基体强度。后者在2.5MPa、1200℃、保温15min左右将两类材料焊接在一起。. 蔡杰等¨引采用1’E103型谐振腔分别在1300和1400℃对A1203一A1203进行焊接,认为在1300℃焊接时,虽经长时间保温,焊接效果不理想,在1400℃、保温20min,焊缝消失。如上所述,氧化铝陶瓷一般采用直接焊接,对于高纯度氧化铝陶瓷一般采用低纯氧化铝或玻璃做中间层,目前也有人用溶胶凝胶方法制备的氧化铝做中间层。 目前微波焊接腔体的微波场的均匀区域还不大,改进微波场的分布,提高加热均匀区域,可以提高材料的焊接尺寸。同时增加焊接材料的种类。 7激光焊接 激光焊接陶瓷是近年来发展的新技术,Mittweida公司开发了双束激光焊接陶瓷方法,其原理见图9。 图9双束激光焊接示意图¨引 Fig.9Skd【chofdoublelaserweldiIlg 采用高能束激光焊方法,可快速加热和冷却,配以氮气筛的冷却和温度场调节,诱导和改善复合材料增强相和基体界面反应,而提高接头强度。采用脉冲输入方式,可抑制界面反应,细化组织,减少缺陷,获得良好接头,在操作时对激光功率控制非常重要啪J。用该法焊接的Al:O,陶瓷试样,激光焊接区细晶粒均匀,在电子显微镜下,可以看到晶粒呈片瓦结构,防止了裂纹的产生和扩展。经100次反复加热和冷却后,试样的弯曲强度无明显下降。 8结语 随着Al,O,陶瓷的广泛应用,其连接技术已成为世界各国集中研究的重点,其中钎焊与扩散连接是最常用的连接方法,但都有其局限性。例如:用钎焊方法形成的陶瓷接头的高温性能和抗氧化性能较差;钎焊的界面反应机理现在还处于试验阶段,缺乏系统性和理论性。扩散连接虽然可以减小界面缺陷,并适合大尺寸构件的接合,但易发生试件的变形和损伤等。近来新发展的微波连接能很好地实现接头处均匀连接,避免了开裂的发生,而且由于升温速度极快,陶瓷内部的晶粒不会剧烈长大。而sHs焊接和激光焊接还处于起步阶段,有待于发展。 参考文献 1王颖.AJ:0,陶瓷与Kover合金钎焊工艺研究.哈尔滨工业大学硕士论文,2006:l一50 2Ham咖dJP,DB“dSA,SameUaMLB阳zingo既帅icox-id船tom吨IlsatlowteⅡ聊舶hlr酷.WeldJ,1992;(5):145—1493赵永清.利用化学镀实现A120,陶瓷与金属的连接.焊接技术,1999;(2):16—17 4顾小龙,王大勇,王颖.Al:0,陶瓷/AgCuT∥可伐合金钎焊接头力学性能.材料科学与艺,2007;15(3):366—3695吴铭方.反应层厚度对他03/AgCu7n/n一6m一4V接头强度的影响.稀有金属材料与工程,2000;19(26):419—4226王洪潇.氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究.大连交通大学硕士论文,2006:1—50 7刘军红.复相Al:0,基陶瓷/钢大气中直接钎焊连接界面的微观组织结构.焊接学报,2003;24(6):26—28 8张玮.镍离子注入灿203/1crl8Ni9Ti的钎焊界面成分分析.包头钢铁学院学报,2000;19(3):219—22l 9王大勇,冯吉才,刘会杰.灿:O,/Cu/Al扩散连接工艺参数的优化.材料科学与工艺,2003;11(1):73~76 10陈铮,赵其章,方芳等.陶瓷/陶瓷(金属)部分瞬间液相连接.硅酸盐学报,1999;27(2):186~188 1lMerzh锄ovAG.InterSymposium∞coIIIbus阴dpl嬲一眦syn.ofhigll—te呷.Mater.s明Fr锄cisco,cA,988 12余圣甫等.Al:0,陶瓷/不锈钢自蔓延高温原位合成连接.焊接学报,2004;25(2)119一122 13周健,章桥新,刘桂珍等.微波焊接陶瓷辊棒.武汉工业大学学报,1999;21(3):1~2 14MeekTT,BlalceRD.Ceramic?ce硼icsealsbymicro-w盯ehe砒ing.J.Mat.Sci.L肚.,1986;(5):270~274 15Fukushi眦H。YamanakaT,Ma协uiM.Micmwaveheat—ingof ce姗icsandi协applic砒i叩tojoining.JMat.R∞.,1990;5(2):397—405 16Bi衄erJGP,F唧ieJA,WhitakerPAeta1.Thee妇fect0fcompositi∞ontlIeIIlicn)wavebondirIg0falulIli啪ce捌【nics.JMat.sci.,1998;33(12):3017~3029 17zlI伽Ji蛐,Zh衄gQia喇n,MEIBingchueta1.Mic胁wavejoiIlingof aluIIli腿c廿枷candh”Iroxyl印atitebioce枷c.JWuh粕Univ.ofTech.Mater.Sci.,1999;14(2):46~4918ChenXinm伽,ⅡuW嘶.HigllFrequencyHeatillgDie.1ectricTechnology.BeijiIlg:scie眦ePr鹤s,1979:l一30 19C蛐G,K0caI【M.h咿ssinjoiniIlgofadv锄cedmate—rials.htematioIlalMaterialsRevie啪,1998;43(1):卜4420广赖明夫.金属基复合材料。结合.溶接会志,1996;65(4):l692一l698 (编辑吴坚) 宇航材料工艺2008年第4期 万方数据

金属陶瓷复合材料的应用

金属陶瓷复合材料的应用 我公司提供以下热喷涂技术服务:修复各类设备主轴、曲轴以及所有轴的轴颈、轴承档、油封档、键槽的磨损、拉伤等缺陷。“锅炉四管”(水冷壁管、过热器管、预热器管和省煤器管)喷涂防护、循环硫化床锅炉、膜式壁热喷涂防护、风机叶片、拉丝塔轮、拨丝缸、水轮机的导风叶、水轮机叶片的迷宫环等部件的防汽蚀、防磨处理。大型液压油缸的陶瓷涂覆活塞杆和液压缸以及位置测量成套系统、化工泵中往复泵柱塞陶瓷涂层、机械密封环和轴套表面喷涂、陶瓷蝶阀密封面喷涂代替镶圈结构、高参数球阀喷涂陶瓷、在石油、天然气勘测和钻采过程中所用设备的关键部件如钻头、轴、轴套、灌浆泵等表面热喷涂防护。 在塑料工业设备中,塑料挤出机螺杆、塑料切碎机喷嘴、塑料薄膜生产辊。冶金工业中,连续退火炉辊、张紧辊和偏转器辊自清理炉辊、热浸镀锌用沉没辊、稳定辊等先进涂层。热轧无缝管顶头的表面强化涂层、铜合金热挤压模具强化涂层。在化纤工业中,各种槽辊、锭杯、牵伸辊、导丝辊、表面陶瓷涂层、造纸烘缸表面防腐防磨防护、上光砑光棍、纸浆真空吸水箱板、印刷工业中铸铁印刷滚表面喷涂防护、陶瓷网纹辊、电晕辊。 在玻璃工业中,铜电板的抗高温氧化保护涂层、喂料柱塞和喂料管、内燃机燃烧室的热障陶瓷涂层(汽缸盖底面、活塞底面、活塞顶面、汽门全部底面缸套、活塞环、水泵动密封环、气门顶杆、增压器涡轮) 热喷涂涂层工业应用介绍 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现,热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透,使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为:技术附加值高、效益好的如生物工程,航空航天,工、模具,电子工业等,但规模相对较小;要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构,但技术附加值低;应用面最广的仍是机械工业,包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品,特别是关键零部件许多特种功能涂层,形成复合材料结构具有的综合作用,真正做到了“ 好钢用在刀刃上” ,是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能,而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁,故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起,国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自70年代起开始推广应用,迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺,局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究

金属/陶瓷复合材料润湿性的研究 摘要:研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属/陶瓷体系,探寻和发展材料的制备技术有重大的意义。制备高性能金属/陶瓷复合材料有着重要的现实意义。本文从陶瓷/金属的润湿现象、机理及其分类出发,介绍了润湿性研究的实验研究方法,并探讨改善润湿性的途径。 关键词:金属/陶瓷复合材料;润湿性;接触角;粘附功 一.润湿现象 润湿是固体表面的气体被液体取代的过程。在复合材料的制备过程中,只要涉及液相与固相的相互作用,必然就有液相与固相的润湿问题。在制备金属基复合材料时,液态金属对增强材料的润湿性如何直接影响到界面黏结强度。润湿性表示液体在固体表面上的铺展程度。优良的润湿性意味着液体在固体表面上铺展开来覆盖整个增强材料的表面。按热力学的条件,只有体系自由能减少时,液体才能铺展开来,即 因此,铺展系数SC[1]被定义为 当铺展系数SC>0时,才会润湿,根据力学平衡,可得: 式中,θ为接触角。 由θ可以知道润湿程度。θ=0°时,金属熔液会在基体上完全的铺展开;θ=180°时,熔滴呈圆球状,只与基体表面形成点接触,称其为完全不润湿;0°90°时则称为不润湿,液相对固体的粘着性较差。对于一个特定的系统,接触角θ会随温度、保温时间、吸附气体等而变化。润湿过程可按顺序分为沾湿、浸湿、铺展三个阶段。对于一个固定的系统,沾湿过程的铺展力最大,最容易进行,属于最低层次的润湿;铺展过程的铺展力最小,属于最高层次的润湿。润湿性好的液体将尽力覆盖更多的固-气界面,直至完全平铺固体表面,润湿性差的液体的润湿过程将终止于较大的平衡接触角。金属/陶瓷的润湿性对金属基复合材料的生产有重要的意义。

陶瓷与金属焊接

陶瓷与金属焊接技术:金属陶瓷材料发展应用 的关键 (Jul 31 2007 03:37PM ) Ti(C,N)基金属陶瓷是一种颗粒型复合 材料,是在TiC基金属陶瓷的基础上发展起来的新型金属陶瓷。Ti(C,N)基金属 陶瓷具有高硬度、耐磨、耐氧化、耐腐蚀等一系列优良综合性能,在加工中显示出较高的红硬性和强度,它在相同硬度时耐磨性高于WCCo硬质合金,而其密度却只有硬质合金的1/2。因此,Ti(C,N)基金属陶瓷刀具在许多加工场合下可成功地取代WC基硬质合金而被广泛用作工具材料,填补了WC基硬质合金和Al2O3陶瓷刀具材料之间的空白。我国金属钴资源较为贫乏,而作为一种战略性贵重金属,近年来钴的价格持续上扬,因此,Ti(C,N)基金属陶瓷刀具 材料的研制开发和广泛应用,不仅可推动我国硬质合金材料的升级换代,而且在提高国家资源保障程度方面也具有重要的意义。

我们研制的是添加TiN的Ti(C,N)基金属陶瓷。由于TiC比WC具有更高的硬度和耐磨性,TiN的加入可起到细化晶粒的作用,故Ti(C,N)基金属陶瓷可表现出比WC基或TiC基硬质合金更为优越的综合性能。这种新型金属陶瓷刀具材料的广泛应用是以其成功的连接技术为前提的,国内外对陶瓷与金属的连接开展了不少的研究,但对于金属陶瓷与金属连接的技术研究较少,以致于限制了Ti(C,N)基金属陶瓷材料在工业生产中的广泛应用。常用的连接陶瓷与金属的焊接方法有真空电子束焊、激光焊、真空扩散焊和钎焊等。在这些连接方法中,钎焊、扩散焊连接方法比较成熟、应用较广泛,过渡液相连接等新的连接方法和工艺正在研究开发中。本文在总结各种陶瓷与金属焊接方法的基础上,对金属陶瓷与金属的焊接技术进行初步探讨,在介绍各种适用于金属陶瓷与金属焊接技术方法的同时,指出其优缺点和有待研究解决的问题,

陶瓷基复合材料综述

浅论陶瓷复合材料的研究现状及应用前景 董超2009107219金属材料工程 摘要 本文主要对陶瓷复合材料的研究现状及应用前景进行了研究,并对当今陶瓷复合材料发展面临的问题进行了概括,希望对陶瓷复合材料的进一步发展起到一定的作用。 本文首先对Al2O3陶瓷复合材料和玻璃陶瓷复合材料的研究进展及发展前景进行了详细的研究。然后对整个陶瓷复合材料的发展趋势及存在的问题进行了分析,得出了在新的时期陶瓷复合材料主要向功能、多功能、机敏、智能复合材料、纳米复合材料、仿生复合材料方向发展;目前复合材料面临的主要问题是基础理论研究问题和新的设计和制备方法问题。 关键词:Al2O3陶瓷复合材料玻璃陶瓷复合材料研究现状应用前景 1. 前言 以粉体为原料,通过成型和烧结等所制得的无机非金属材料制品统称为陶瓷。陶瓷的种类繁多,根据陶瓷的化学组成、性能特点、用途等不同,可将陶瓷分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。而在许多重要的应用及研究领域,特殊陶瓷是主要研究对象。 陶瓷复合材料是特殊陶瓷的一种。在高技术领域内,对结构材料要求具有轻质高强、耐高温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。陶瓷具有优良的综合机械性能,耐磨性好、硬度高、以及耐热性和耐腐蚀性好等特点。但是它的最大缺点是脆性大。近年来,通过往陶瓷中加入或生成颗粒、晶须、纤维等增强材料,使陶瓷的韧性大大地改善,而且强度及模量也有一定提高。因此引起各国科学家的重视。本文主要介绍了各种陶瓷复合材料的研究现状及其应用前景,并对陶瓷复合材料近年来的发展进行综述。 2.研究现状 随着现代科学技术快速发展,新型陶瓷材料的开发与生产发展异常迅速,新理论、新工艺、新技术和新装备不断出现,形成了新兴的先进无机材料领域和新兴产业。科学技术的发展对材料的要求日益苛刻,先进复合材料已成为现代科学技术发展的关键,它的发展水平是衡量一个国家科学技术水平的一个重要指标,因此世界各国都高度重视其研究和发展。 复合材料的可设计性大,能满足某些对材料的特殊要求,特别是在航空航天技术领域的应用得到迅速发展。陶瓷复合材料的研究,根本目的在于提高陶瓷材料的韧性,提高其可靠性,发挥陶瓷材料的优势,扩大应用领域。本文就几类典型的陶瓷复合材料介绍其研究现状。 2.1Al2O3陶瓷复合材料的研究进展及发展前景 Al2O3陶瓷作为常见陶瓷材料,既具有普通陶瓷耐高温、耐磨损、耐腐蚀、

金属陶瓷复合材料

金属陶瓷复合材料(学习型) 摘要:大家都知道,金属材料具有抗热震性、韧性好等特点,因而可以在许多领域中都得到广泛应用,但是它又因易氧化和高温强度不高等缺点限制了发展。而陶瓷材料具有硬度高,耐热性好,耐腐蚀等特点,如果通过一定的工艺方法将他们结合起来制成金属陶瓷,则可兼有二者的优点。使制成的新材料具有硬度大、高温强度高、高温蠕变性好,抗热震性好、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等众多优异的性能,得到更加广泛的应用。 关键词:金属陶瓷;复合原理;润湿性;热力学共存性 引言:属陶瓷是由金属粘结相和陶瓷主相组成。但并不是说,任意一种金属相和陶瓷相的结合就有优良的性金能。所以如何选择材料并且如何使材料能够完美的结合在一起将是本文重点研究的一个问题。 1、金属陶瓷材料体系的选择原则 对于金属陶瓷来说,要使其具有理想的性能,需要考虑的主要问题是如何把两个以上的相结合起来,获得理想的结构。而相界面的润湿性、化学反应以及组分的溶解对相界面的结合都有着重要的影响。为此,在材料体系的选择中,一般应遵循以下几个原则: 第一,熔融金属与陶瓷相的润湿性要良好,这是决定金属陶瓷性能优劣的主要条件之一。第二,金属相与陶瓷相之间不发生剧烈的化学反应,如果反应太剧烈,纯金属相就会变成金属化合物,而无法达到用金属来改善陶瓷脆性的目的。第三,金属相和陶瓷相的热膨胀系数相差不可过大,对于单一材料来说膨胀系数愈小,抗热震性愈好。但对金属陶瓷来说,除考虑整体膨胀系数外,还要考虑组元材料热膨胀系数的差别,这种差别如果太大,便会使材料在急冷、急热条件下产生巨大的热应力,甚至使材料产生裂纹或断裂。 另外,为了获得良好的显微结构,金属相和陶瓷相的量要有适当的要求,最理想的结构应该是细颗粒的陶瓷相均匀分布于金属相中,金属相以连续使薄膜状态存在,将陶瓷颗粒包裹,根据这一要求,陶瓷的量一般为 15%~80%。 2、金属陶瓷复合原理 2.1 金属相与陶瓷相间的润湿性问题 由于陶瓷和金属的晶体类型及物理化学特性的差异,两者的相容性很差,绝大部分液金属都不能润湿陶瓷,因而如何改善金属对陶瓷的润湿性,从而改善材

陶瓷与金属的连接方法

陶瓷与金属的连接方法 陶瓷与金属的连接方法主要有:粘合剂粘接、机械连接、熔化焊、钎焊、固相扩散连接、自蔓延高温合成连接、瞬时液相连接等连接方法。将陶瓷与金属连接起来制成复合构件,可充分发挥两种材料的性能优点,对于改善结构件内部应力分布状态、降低制造成本、拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。1、粘合剂粘接:是利用胶粘剂将陶瓷与金属连接在一起,主要应用于飞机的应急修理、炮弹与导弹的辅助件连接、涡轮和压缩机转子的修复等处。尽管粘接连接可以一定程度缓解陶瓷与金属间的热应力且工 艺简单、效率高,但接头强度通常小于100MPa,使用温度一般低于200℃,大多用于静载荷和超低静载荷零件。2、机械连接:机械连接是一种借助结构设计的连接方法,有螺栓连接和热套连接两种。机械连接由于方便已经在部分增压转子与金属的连接中应用。热套连接获得的接头具有一定的气密性,但仅限于低温使用,且这种接头具有较大的残余应力。3、钎焊连接:钎焊是最常用的连接陶瓷与金属的方法之一,它是以熔点比母材低的材料做钎料,加热到略高于钎料熔点的温度,利用熔化的液态钎料润湿被连接材料表面,从而填充接头间隙,通过母材与钎料间元素的互扩散实现连接。包括直接钎焊和间接钎焊。4、固相扩散连接:

是将被连接材料置于真空或惰性气氛中,使其在高温和压力作用下局部发生塑性变形,通过原子间的互扩散或化学反应形成反应层,实现可靠连接。按连接方式,可分为直接扩散连接和间接扩散连接。固相扩散连接适用于各种陶瓷与金属的连接,相对于钎焊连接,其具有连接强度高,接头质量稳定、耐腐蚀性能好,可实现大面积连接,且接头不存在低熔点钎料金属或合金,能够获得耐高温接头等优点。5、熔化焊:采用高能束具有加热和冷却速度快的优点,能在陶瓷不熔化的条件下使金属熔化,形成连接。熔化焊连接陶瓷和金属主要包括激光焊和电子束焊接。此法能获得高温下稳定的接头,但是需要对被连接材料进行预热和缓冷,而且陶瓷与金属组配相对困难,连接工艺参数难以控制,设备造价昂贵。6、瞬时液相连接:简称为TLP 连接或液相扩散焊,是在真空条件下,施加较小或不施加压力,当温度达到中间层熔点或中间层与母材元素通过互扩散形成低熔共晶 产物时,在中间层与母材之间形成液相薄膜,通过中间层降熔元素向母材扩散及母材中高熔点元素向液相中溶解,使液相层熔点不断升高,并在等温条件下凝固,最后经过均匀化形成致密接头。瞬时液相连接综合了钎焊和固相扩散焊的优点,已经成功应用在金属间化合物、先进陶瓷、耐热耐蚀超合金、单晶合金等多种先进材料的连接。7、自蔓延高温合成(SHS)连接:是在陶瓷和金属之间预置高温焊料,

金属与陶瓷的润湿性概述

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/2016728493.html, 金属与陶瓷的润湿性概述 作者:刘娟娟苟小斌 来源:《城市建设理论研究》2013年第24期 摘要:研究金属对陶瓷的润湿性对开发新型金属—陶瓷体系,探寻和发展材料的制备技术,制备高性能金属—陶瓷复合材料有着重要的现实意义。本文阐述了润湿性的分类、界面化学反应对金属—陶瓷润湿性和陶瓷材料性能的影响,并介绍了润湿性研究的实验研究方法,探讨改善润湿性的途径。 关键词:金属—陶瓷;接触角;化学反应;润湿性 中图分类号:TL25 文献标志码:A 文章编号: 1 引言 金属—陶瓷复合材料作为一种以一种或多种陶瓷相为基体,以金属或合金为粘结相的复合材料[1],如何发挥其中陶瓷相基体的优良性能一直是科研人员研究的重点方向。其中陶瓷与 金属润湿性的好坏很大程度上决定了金属—陶瓷复合材料综合性能的发挥,因此金属—陶瓷复合材料研究的热点在于开发新型金属—陶瓷体系、改善金属—陶瓷界面结合状况以提高材料综合性能,这一切都是建立在金属对陶瓷具有良好的润湿性的基础之上。研究金属对陶瓷的润湿性对制备高性能金属—陶瓷复合材料有着重要的现实意义。金属陶瓷复合材料的研究还处于初期阶段。研究较多的有金刚石、石墨、SiC、Al2O3、ZrO2、TiC等陶瓷相和金属合金所组成 的体系。由于陶瓷和金属的晶体类型及物理化学特性的差异,两者的相容性很差,绝大部分液态金属都不能润湿陶瓷,因此如何改善金属与陶瓷的润湿性,从而改善材料的综合性能性能成为当前材料制备中的一个重要问题。 2 润湿性的分类 根据陶瓷—金属的界面结合情况,金属对陶瓷的润湿过程可分为非反应性润湿和反应性润湿。 非反应性润湿是指界面润湿过程中不发生化学反应,润湿过程的驱动力仅仅是扩散力及范德华力。其中液态金属的表面张力是决定液态金属是否能在固相陶瓷表面润湿的主要热力学参数。一般此类润湿过程进行得很快,在很短的时间内就能达到平衡;且温度和保温时间对润湿性影响不大。非反应性润湿体现出对体系成分的不敏感性。添加合金元素对改善金属—陶瓷润湿性有较大的影响,其机制为合金元素在液态金属表面及固—液界面的吸附和富集,降低了液态金属表面张力及固—液界面张力。如在Cu中添加Cr不但降低液态金属表面张力,且Cr在金属—陶瓷界面偏聚造成界面张力降低,从而有效地降低Cu对ZrO2的接触角。

B2型FeAl金属间化合物的制备及性能研究进展

第27卷第5期2009年10月 粉末冶金技术Powder M et a llurgy Technology Vol 127,No 15 Oct 12009   B 2型Fe A l 金属间化合物的制备及性能研究进展 3 宋海霞 1),2)33  吴运新 1)333  巩前明1) 袁帅 1) 1)(清华大学机械工程系,北京 100084)2)(陆军航空兵学院机械工程系,北京 101123) 摘 要: 对B 2型FeA l 合金的制备和性能研究现状进行了综述和分析。Fe A l 合金的制备工艺主要包括熔铸 法和粉末冶金两种。Fe A l 合金的室温韧性可以通过合金化、细化晶粒、热处理和复合韧化等方法改善。合金化对提高Fe A l 高温强度和蠕变抗力有效,通过引入第二相粒子实现沉淀强化和弥散强化的效果最好,合金的使用温度有望提高到700℃以上。 关键词:FeA l 金属间化合物;制备;韧化;高温强度;蠕变抗力 Research advances i n prepara ti on and properti es of FeA l (B 2)i n ter m et a lli cs Song Ha i x i a 1),2) ,W u Y unx i n 1),Gong Q i a nm i n g 1),Y uan Shua i 1) 1)(Depart m ent of Mechanical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China )2)(Depart m ent of M echanical Engineering,A r my Aviati on I nstitute of P LA,Beijing 101123,China ) Abstract:The research advances in p reparati on and p r operties of Fe A l (B 2)inter metallics were revie wed 1Casting and powder metallurgy are maj or methods f or Fe A l p reparati on 1Effective t oughening of FeA l can be achieved by all oying,gain 2size refine ment,heat treat m ent and incor porating int o composites 1A ll oying als o hel p s t o increase the high te mperature strength and creep resistance by intr oducing secondary 2phase particles f or p reci p itati on hardening and dis persi on strengthening,and the service te mperature of Fe A l is expected t o be above 700℃1Key words:Fe A l inter metallics;p reparati on;t oughening;high 2te mperature strength;creep resistance 3国家自然科学基金资助项目(50574052)33宋海霞(1975-),女,硕士研究生。333通讯作者:吴运新,男,教授。收稿日期:2008-06-05 Fe 2A l 金属间化合物(Fe A l 和Fe 3A l )原料丰富、 成本低廉、密度低、比强度高、耐磨性好、抗氧化(硫化)、抗腐蚀性优异,作为新一代中高温结构材料和不锈钢替代材料,在熔炉装置、热交换管道、汽车阀门、熔盐设备构件等高温恶劣环境中的应用有着广 阔前景[1] 。B 2型Fe A l 合金由于含A l 量高,其抗腐蚀性、抗氧化(硫化)能力较Fe 3A l 优异,密度更低,仅为其它铁基或镍基合金的30%~40%[1-6] 。但是,迄今为止,Fe A l 合金尚未实现大规模的工业应用,主要原因在于铁铝金属间化合物的两大缺点尚 未得到根本解决[5] ,即:室温脆性大,且A l 含量越 高,由晶界弱化造成的脆性越严重,加工困难;温度超过600℃后强度急剧下降,抗蠕变性能差,高温应用极限不高。近年来,Fe A l 合金的研究主要集中在改进制备工艺和合金化方面,以提高其力学性能。 1 FeA l 合金的制备工艺 111 熔铸法 熔铸法制备Fe A l 合金必须考虑到其与传统熔 铸合金的不同之处[4] :Fe A l 合金中A l 含量远远高于传统合金,A l 与Fe 的熔点相差较大;Fe A l 合金的形成过程具有反应放热的特点,致使熔池温度急剧

介绍陶瓷材料能与金属快速连接的方法

介绍陶瓷材料能与金属快速连接的方法 介绍这种方法的目的是:为克服锂离子电池固体电解质与电极材料之间接触电阻较大的可参考的加工方法之一,当然并不是说就是推荐采纳这一方案。 采用健合工艺,来解决离子导电材料ZrO2与金属铝的快速连接问题。阳极健合工艺是作为陶瓷/金属在静电场中固相扩散连接的一种特殊方法,具有低温、快速和简便的工艺特点,适用于微型仪表、传感器、燃料电池及其它微电子机械系统。功能陶瓷与金属的快速连接,对于性能相异的材料组合及微电子器件的制备有着重要的意义。 ZrO2是氧离子型离子导电陶瓷,优点是具有耐高温和导电率高等优点,是燃料电池和化学传感器的理想材料。但是缺点是容易在高温下由单斜晶形转变为四方晶体,因此而产生裂纹。 一般通过在原料中加入与Zr4+有相似半径元素的氧化物,形成置换固溶体以避免开裂。因为ZrO2具有耐高温化学稳定性,经过高温真空烧结成的ZrO2材料表面致密度大,不利于电场条件下扩散条件的连接,这里的加工方法有利于研究了陶瓷/金属的结合原理及连接工艺。 方法: 使用Y2O3稳定的ZrO2。用Y2O3增韧的ZrO2改善了陶瓷原有的韧性差和抗热震性能差的缺点。这时使用的ZrO2材料采用真空烧结法制备,热膨胀系数为5.1×10-6/K。 配方组成:(重量比) ZrO2 90%,Y2O3 3-5%,MgO 3-5%

表面活化采用真空磁控濺射薄膜工艺,然后把ZrO2表面抛光后采用JGP560V型高真空磁控溅射机溅镀SiO2薄膜。溅射用靶材为石英玻璃,磁场频率为13.56Hz,Ar分压3×10-5Pa,工作真空度6×10-6Pa,健合时间为10min。让ZrO2表面形成1.5~2μm厚度的SiO2薄膜。表面粗糙度Re=0.1μm。 工作方法: 把材料切成20mm×20mm的方形,连接表面采用金刚砂进行研磨和机械抛光,表面粗糙度Re≤0.1μm。焊接之前用丙酮清洗。所用铝箔材料为:厚度0.02mm,纯度为99.997%的产品。将陶瓷ZrO2与金属铝片的研磨面相对迭放,并且夹持在专用的焊接加热炉的平台,金属铝接正极。 连接工艺参数为:健合温度450~600℃,电场电压100~300V,夹持压力0.5MPa,健合时间5~15min。连接完成后工件随炉冷却,降温速度4℃/min。 工艺参数对连接过程的影响 ZrO2具有十分优势的离子导电性。在健合温度500℃,电场电压200V的静电场建立数秒钟内,工件界面两端的电流密度达到较大值(高于7ma),然后缓慢下降,几分钟之后达到一定值(约1~3ma),电场电压和健合温度的增大都使极化电流Ip值显著提高,表明连接区域的离子密度受温度的场强的影响明显。

陶瓷基复合材料的研究现状与发展前景

——碳化物陶瓷基复合材料课程名称:复合材料 学生姓名:舒顺启 学号:200910204123 班级:材料091班 日期:2012年12月22日

——碳化物陶瓷基复合材料 摘要:本文综述了陶瓷基复合材料的发展历史,介绍了陶瓷基复合材料的制备工艺,详细阐述了陶瓷基复合材料的性能与应用,分析了陶瓷基复合材料存在的问题,并展望了陶瓷基复合材料未来发展趋势。 关键词:陶瓷基复合材料、制备工艺、性能、应用 Ceramic matrix composites research present situation and the development prospect --Carbide ceramic matrix composites Abstract:This paper reviews the ceramic base composite material, the development history of ceramic matrix composites is introduced the preparation process, elaborated the ceramic matrix composites, the properties and the application of the analysis of the ceramic base composite material existing problems, and prospects the ceramic matrix composites future development trend. Key words:Ceramic matrix composites, preparation process, performance and application 1 引言 陶瓷基复合材料是近二十年来发展起来的新型材料,由于该类材料具有良好的高温性能。因此它作为耐高温结构材料在航空航天工业和能源工业等领域的应用具有巨大的潜力。如航空发动机的推重比为lO时,涡轮前进口温度达1650℃,在这样高的温度下,传统的高温合金材料已经无法满足要求【1】,因此国内外的材料研究者纷纷把研究的重点转向陶瓷基复合材料。研究者通过大量的实验发现,陶瓷基复合材料不仅具有良好的高温稳定性和高温抗氧化能力,而且材料在断裂

金属陶瓷复合材料

金属陶瓷复合材料 何洋 ( 材料科学与工程一班 200911102016 ) 摘要本文从复合材料入手介绍Al/Al2O3陶瓷基复合材料,定向金属氧化法制备Al/Al2O3陶瓷基复合材料,Al/Al2O3陶瓷基复合材料的低温烧结,金属陶瓷材料的应用以及研究现状、前景。 Abstract The article introduces composite material of Al/Al2O3 ceramic matrix composites, directional metal oxidation method for Al/Al2O3 ceramic matrix composites, Al/Al2O3ceramic matrix composites, low temperature sintering, metal,ceramic materials application and research status, prospects。 关键词复合材料;Al/Al2O3 ;定向金属氧化法;低温烧结;应用;前景 Key words composite materials; Al/Al2O3; directed metal oxidation; low temperature sintering; application; prospects 复合材料(Composite materials) 由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 氧化铝(Al2O3 ) 陶瓷 先进陶瓷材料中应用最广泛的是素有“陶瓷王”之称的Al2O3陶瓷。氧化铝陶瓷原料分布广、产品性能优良、价格低。由于具有耐高温、硬度大、强度高、

表面润湿性

【交流】请教“润湿性”和“表面张力”是否有必然的联系? ★ 小木虫(金币+1):奖励一下,鼓励发有价值的话题 ①润湿性是指当存在两种非混相流体时,其中某一种流体沿固体表面延展或附着的倾向性;、 ②表面张力是指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。 ③CNKI:粒子对液体的亲和程度也称为润湿性.不同粒子对同一种液体的亲和程度不相同,界面张力(也叫做表面张力)愈小的液体,对粒子的润湿性愈好。——所以这两个概念是一致的,“表面张力越小则润湿性越好。” ④但是看到某篇文献说:对于不同类型的泡沫,表面张力低并不一定润湿速率(即用以表示润湿性的参数)就快——也就是说表面张力和润湿性是不一致的? 囧——这应该怎么理解呢? 作者:polestar007 第四条,是不是因为加了“不同类型的”这个限制? 作者:liujunhero 没有必然的联系啊 作者:老甫Tiger :tiger28: 作者:贵2009 好像没有呢 作者:ashao QUOTE: Originally posted by liujunhero at 2010-07-15 14:36:21: 没有必然的联系啊 为啥没有必然的联系啊,难道cnki的那篇论文写错了?《陶瓷微滤膜在回收矿浆工业废水中的应用与再生性能研究》—— 粒子对液体的亲和程度也称为润湿性.不同粒子对同一种液体的亲和程度不相同,界面张力(也叫做表面张力)愈小的液体,对粒子的润湿性愈好。 谢谢指教

作者:monclua QUOTE: Originally posted by ashao at 2010-07-15 13:36:38: 【交流】请教“润湿性”和“表面张力”是否有必然的联系? ★ 小木虫(金币+1):奖励一下,鼓励发有价值的话题 ①润湿性是指当存在两种非混相流体时,其中某一种流体沿固体表面延展或附着的倾向性;、 ②表面 ... 你这个问题问得不清楚,表面张力与物质自身性质有关,还与接触相有关,与温度、压力都有关。你说的“不同泡沫”不知道是什么意思? 作者:ashao QUOTE: Originally posted by monclua at 2010-07-15 15:03:30: 你这个问题问得不清楚,表面张力与物质自身性质有关,还与接触相有关,与温 度、压力都有关。你说的“不同泡沫”不知道是什么意思? 哦,所谓的不同泡沫指的是相同测试条件下(温度、压力等都一样),只是泡沫的种类不同——谢谢指教 作者:赵环0924 应该有关系,查物化方面的书 作者:ashao QUOTE: Originally posted by polestar007 at 2010-07-15 13:40:46: 第四条,是不是因为加了“不同类型的”这个限制? “不同类型”指的是两种类型不同的泡沫,在相同的压力、温度等条件下测试,结果显示二者的表面张力都很低,但是一个润湿性低、一个润湿性高 作者:monclua 而且润湿性与液固、气液、气固的界面张力均有关,符合扬氏方程。你找本《物理化学》看看吧,南京大学编的比较好。

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