退火处理对NanoSiCAl2O3TiC纳米陶瓷复合材料性能的影响

退火处理对NanoSiCAl2O3TiC纳米陶瓷复合材料性能的影响
退火处理对NanoSiCAl2O3TiC纳米陶瓷复合材料性能的影响

陶瓷的力学性能

陶瓷的力学性能 陶瓷材料的化学健大都为离子键和共价健,健合牢固并有明显的方向性,同一般的金属相比,其晶体结构复杂而表面能小。因此,它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越,但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使用可靠性却不如金属。因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素,不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。本节主要讨论弹性、硬度、强度、韧性及其组织结构因素、环境因素的影响。 一.弹性性能 1.弹性和弹性模量 陶瓷材料为脆性材料,在室温下承载时几乎不能产生塑性变形,而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。因此,其弹性性质就显得尤为重要。与其他固体材料一样。陶瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。 陶瓷的弹性变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。表11.3给出一些陶瓷在室温下的弹性模量。 2.温度对弹性模量的影响 由于原子间距和结合力随温度的变化而变化,所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。原子间距增大,由成j变为d,(见图11.2)而该处曲线的斜率变缓,即弹性模量降低。因此,固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。一般来说,热膨胀系数小的物质,往往具有较高的弹性模量。

3.弹性模量与熔点的关系 物质熔点的高低反映其原子间结合力的大小。一般来说,弹性模量与熔点成正比例关系。不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧化物<氯化物<硼化挪<碳化物。 泊松比也是描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属材制的泊松比。

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、

纳米陶瓷材料

Al2O3纳米陶瓷颗粒的研究 摘要:纳米陶瓷是一种新型纳米材料,是现代陶瓷技术发展的最新领域。本文介绍了纳米陶瓷的特性,概述了目前Al2O3纳米陶瓷颗粒制备技术的研究现状和所在的问题。 关键词:纳米材料,纳米陶瓷,制备技术 Abstract:Nanoceramics is a kind of novel materials in nano scale and new field of modern technological development of ceramics.The characteristics of nanoceramics was introduced in this article.Also,the development and problems of the fabrication methods for Al2O3 nanoceramic particles is summarized. Key words:nanomaterials,nanoceramics,fabrication methods 0引言 Al2O3陶瓷因为其耐高温耐腐蚀机械强度高等特点而在现代社会中具有极其广泛的应用,如航空、电力、化工、机械等众多领域。随着纳米材料在近些年的新兴,Al2O3纳米材料也逐渐成为众多材料科学家注意的研究对象。当组成物质的结构单元处于纳米级别 (Inm-lOOnm)时,由于其尺寸已经接近电子的相干长度,强相干所带来的自组织导致材料发生很大的变化。由于纳米尺度已经接近光的波长,再加上纳米颗粒巨大的比表面积,导致材料的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等较为显著。表现在材料的溶点,强度,导电性,延展性等方面会有显著的变化。而要制备纳米陶瓷,首先我们要制备

陶瓷材料的力学性能检测方法

陶瓷材料力学性能的检测方法 为了有效而合理的利用材料,必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能,如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能,主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂,不出现塑性变形或很难发生塑性变形,因此对陶瓷材料而言,人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上,本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。 1.弯曲强度 弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种,如图1-1所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲,弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的,因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲,所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求,并且三点弯曲的夹具简单,测试方便,因而也得到广泛应用。 图1-1 三点弯曲和四点弯曲示意图 由材料力学得到,在纯弯曲且弹性变形范围内,如果指定截面的弯矩为M ,该截面对中性轴的惯性矩为I z ,那么距中性轴距离为y 点的应力大小为: z I My = σ 在图1-1的四点弯曲中,最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点,其大小为: =??? ? ???= z I y a P max max 21σ???? ?圆形截面 16矩形截面 332D Pa bh Pa π

其中P 为载荷的大小,a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离,b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度,而D 为圆形截面试样的直径。因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。 而对于三点弯曲,最大应力出现在梁的中间,也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点,其大小为: =??? ? ???= z I y a P l max max 4σ???? ?圆形截面 8矩形截面 2332D Pl bh Pl π 式中l 为两个支点之间的距离(也称为试样的跨度)。 上述的应力计算公式仅适用于线弹性变形阶段。脆性材料一般塑性变形非常小,同弹性变形比较可以忽略不计,因此在断裂前都遵循上述公式。断裂载荷所对应的应力即为试样的弯曲强度。 需要注意的是,一般我们要求试样的长度和直径比约为10,并且在支点的外伸部分留足够的长度,否则可能影响测试精度。另外,弯曲试样下表面的光洁度对结果可能也会产生显著的影响。粗糙表面可能成为应力集中源而产生早期断裂。所以一般要求表面要进行磨抛处理。当采用矩形试样时,也必须注意试样的放置方向,避免使计算中b 、h 换位得到错误的结果。 2.断裂韧性 应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一,而反映材料抵抗应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性,用应力强度因子(K )表示。尖端呈张开型(I 型)的裂纹最危险,其应力强度因子用K I 表示,恰好使材料产生脆性断裂的K I 称为临界应力强度因子,用K IC 表示。金属材料的K IC 一般用带边裂纹的三点弯曲实验测定,但在陶瓷材料中由于试样中预制裂纹比较困难,因此人们通常用维氏硬度法来测量陶瓷材料的断裂韧性。 陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形,因此当外界的压力达到断裂应力时,就会产生裂纹。以维氏硬度压头压入这些材料时,在足够大的外力下,压痕的对角线的方向上就会产生裂纹,如图2-1所示。裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性K IC 存在一定的关系,因此可以通过测量裂纹的长度来测定K IC 。其突出的优点在于快速、简单、可使用非常小的试样。如果以P C 作为可使压痕产生雷文的临界负荷,那么图中显示了不同负荷下的裂纹情况。 由于硬度法突出的优点,人们对它进行了大量的理论和实验研究。推导出了各种半经

陶瓷基复合材料(CMC).

第四节 陶瓷基复合材料(CMC) 1.1概述 工程中陶瓷以特种陶瓷应用为主,特种陶瓷由于具有优良的综合机械性能、耐磨性好、硬度高以及耐腐蚀件好等特点,已广泛用于制做剪刀、网球拍及工业上的切削刀具、耐磨件、 发动机部件、热交换器、轴承等。陶瓷最大的缺点是脆性大、抗热震性能差。与金属基和聚合物基复合材料有有所不同的,是制备陶瓷基复合材料的主要目的之一就是提高陶瓷的韧性。特别是纤维增强陶瓷复合材料在断裂前吸收了大量的断裂能量,使韧性得以大幅度提高。表6—1列出了由颗粒、纤维及晶须增强陶瓷复合材料的断裂韧性和临界裂纹尺寸大小的比较。很明显连续纤维的增韧效果最佳,其次为品须、相变增韧和颗粒增韧。无论是纤维、晶须还是颗粒增韧均使断裂韧性较整体陶瓷的有较大提高,而且也使临界裂纹尺寸增大。

陶瓷基复合材料的基体为陶瓷,这是一种包括范围很广的材料,属于无机化合物纳构远比金属与合金复杂得多。使用最多的是碳化硅、氮化硅、氧化铝等,它们普遍具有耐高温、耐腐蚀、高强度、重量轻和价格低等优点。陶瓷材料中的化学键往注是介于离子键与共价键之间的混合键。 陶瓷基复合材料中的增强体通常也称为增韧体。从几何尺寸上可分为纤维(长、短纤维)、晶须和颗粒三类。碳纤维是用来制造陶瓷基复合材料最常用的纤

维之一。碳纤维主要用在把强度、刚度、重量和抗化学性作为设计参数的构件,在1500霓的温度下,碳纤维仍能保持其性能不变,但对碳纤维必须进行有效的保护以防止它在空气中或氧化性气氛中被腐蚀,只有这样才能充分发挥它的优良性能。其它常用纤维是玻璃纤维和硼纤维。陶瓷材料中另一种增强体为晶须。晶须为具有一定长径比(直径o 3。1ym,长30—lMy”)的小单晶体。从结构上看,晶须的特点是没有微裂纹、位偌、孔洞和表面损伤等一类缺陷,而这些缺陷正是大块晶体中大量存在且促使强度下降的主要原因。在某些情况下,晶须的拉伸强度可达o.1Z(Z为杨氏模量),这已非常接近十理论上的理想拉伸强度o.2Z。而相比之下.多晶的金属纤维和块状金属的拉伸强度只有o.025和o.o01f。在陶瓷基复合材料使用得较为普遍的是SiC、Al2O3、以及Si3N4N晶须。颗粒也是陶瓷材料中常用的一种增强体,从几何尺寸上看、它在各个方向上的长度是大致相同的,—般为几个微米。通常用得较多的颗粒也是SiC、Al2O3、以及Si3N4N。颗粒的增韧效果虽不如纤维和晶须,但如恰当选择颗粒种类、粒径、含量及基体材料,仍可获得一定的韧化效果,同时还会带来高温强度,高温蠕变性能的改善。所以,颗粒增韧复合材料同样受到重视并对其进行了一定的研究。 在陶瓷材料中加入第二相纤维制成的复合材料是纤维增强陶瓷基复合材料,这是改善陶瓷材料韧性酌重要手段,按纤维排布方式的不同,又可将其分为单向排布长纤维复合材料和多向排布纤维复合材料。单向排布纤维增韧陶瓷基复合材料的显著特点是它具有各向异性,即沿纤维长度方向上的纵向性能要大大高于其横向性能。在这种材料中,当裂纹扩展遇到纤维时会受阻.这样要使裂纹进一步扩展就必须提高外加应力。图7—15为这一过程的示意图。当外加应力进一步提高时.由于基体与纤维间的界面的离解,同时又由于纤维的强度高于基体的强

纳米陶瓷材料综述

纳米陶瓷材料综述 Summary of nano-ceramic material 摘要: 本文是一片比较全面的纳米陶瓷材料的综述文章。主要内容涵盖了陶瓷的发展,纳米陶瓷的发展,纳米陶瓷的结构与性能(力学性能、电学性能、超塑性等)、纳米陶瓷的应用(防护材料、耐高温材料、生物材料、压电材料、信息材料等)、纳米陶瓷的制备方法,包括纳米粉的制备,成型及烧结。此外还有纳米材料的发展展望。 关键词:纳米陶瓷结构与性能应用制备方法展望 Abstract: This paper is a comprehensive review article of the nano-ceramic material. The main content covers the development of the ceramic, the development of nano-ceramic nano-ceramic structure and properties (mechanical properties, electrical properties, superplasticity, etc.), the application of nano-ceramic (protective materials, high temperature materials, bio-materials, piezoelectric materials, information materials, etc.), nano-ceramic preparation methods, including nano-powders, molding and sintering. In addition to the development of nanomaterials Outlook. Keywords: nano-ceramic structure and performance preparation method Prospects 引言:著名的诺贝尔奖获得者Feynman在1959年就曾预言:“如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量异于寻常的特性,就会看到材料性能产生丰富的变化。”

纳米复合材料

SHANGHAI UNIVERSITY 课程论文 COURSE PAPER 简述纳米复合材料 学院:材料科学与工程学院 专业: 电子科学与技术 学号: 1 2 1 2 1 7 6 5 姓名: 陆 申 阳 课程: 材料科学导论C 日期: 2014年5月10日

简述纳米复合材料 12121765 陆申阳 摘要:纳米复合材料日新月异的发展为我们的生活带来了诸多方法便。本文简要的介绍了纳米复合材料的名称来源、种类、结构组成、功能特点及其在现代生活中的应用情况。纳米复合材料作为新兴材料,在材料中占有较大的比例,在各方面的应用也十分广泛。 1引言 由于复合材料的力学性能比较突出,综合性能优良,使得复合材料广泛应用于航空航天、国防、交通、体育、工业设备等领域。其中纳米复合材料是最具有吸引力的部分,世界发达国家的新材料发展战略都把纳米复合材料放在重要位置。纳米复合材料作为一类新材料,它拥有自己引人注目的一系列特点。而现代生活与纳米复合材料的练习也越来越紧密。 2总论 2.1复合材料 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中,通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。 复合材料各组分之间“取长补短”、“协同作用”,极大地弥补了单一材料的缺点,产生单一材料不具备的新性能。复合材料具有较强的可设计性。可以根据对产品形状的需求,将复合材料设计成不同的形状,避免多次加工,减少工序;也可以根据需要的产品性能对其性能进行设计,通过改变基体的性能、含量,增强材料的性能、含量、分布情况,以及他们之间的界面结合情况,来实现对复合材料性能的设计。

高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望--...

高温结构陶瓷基复合材料的研究现状与展望 摘要概述了国外航空发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与应用现状及发展趋势,分析了目前研究中存在的问题及其解决办法,确定了今后的研究目标与方向。 关键词陶瓷基复合材料高温结构材料力学性能应用 1 前言 为了提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,最根本的措施是提高发动机的涡轮进口温度,而涡轮进口温度与热端部件材料的最高允许工作温度直接相关。50 至60 年代,发动机热端部件材料主要是铸造高温合金,其使用温度为800~900 ℃;70 年代中期,定向凝固超合金开始推广,其使用温度提高到 接近1000 ℃; 进入80 年代以后,相继开发出了高温单晶合金、弥散强化超合金以及金属间化合物等,并且热障涂层技术得到了广泛的应用,使热端部件的使用温度提高到1200~1300 ℃,已接近这类合金 熔点的80 % ,虽然通过各种冷却技术可进一步提高涡轮进口温度,但作为代价降低了热效率,增加了结 构复杂性和制造难度,而且对小而薄型的热端部件难以进行冷却,因而再提高的潜力极其有限[1 ] 。陶瓷基复合材料正是人们预计在21 世纪中可替代金属及其合金的发动机热端结构首选材料。 近20 年来,世界各工业发达国家对于发动机用高温结构陶瓷基复合材料的研究与开发一直十分重视,相继制定了各自的国家发展计划,并投入了大量的人力、物力和财力,对这一新型材料寄予厚望。如美国NASA 制定的先进高温热机材料计划(HITEMP) 、DOE/ NASA 的先进涡轮技术应用计划(ATTAP) 、美国国家宇航计划(NASP) 、美国国防部关键技术计划以及日本的月光计划等都把高温结构陶瓷基复合材料作为重点研究对象,其研制目标是将发动机热端部件的使用温度提高到1650 ℃或更高[2 ,3 ] ,从而提高发动机涡轮进口温度,达到节能、减重、提高推重比和延长寿命的目的,满足军事和民用热机的需要。 2 国内外应用与研究现状 由于陶瓷材料具有高的耐磨性、耐高温和抗化学侵蚀能力,国外目前已将其应用于发动机高速轴承、活塞、密封环、阀门导轨等要求转速高和配合精度高的部件。在航空发动机高温构件的应用上,到目前为止已报道的有法国将CVI 法SiC/Cf 用于狂风战斗机M88 发动机的喷嘴瓣以及将SiC/ SiCf 用于幻影2000 战斗机涡轮风扇发动机的喷管内调节片[4 ] 。 此外,有许多陶瓷基复合材料的发动机高温构件正在研制之中。如美国格鲁曼公司正研究跨大气层高超音速飞机发动机的陶瓷材料进口、喷管和喷口等部件,美国碳化硅公司用Si3N4/ SiCW制造导弹发动机燃气喷管,杜邦公司研制出能承受1200~1300 ℃、使用寿命达2000h 的陶瓷基复合材料发动机部件等[5 ,6 ] 。目前导弹、无人驾驶飞机以及其它短寿命的陶瓷涡轮发动机正处在最后研制阶段,美国空军材料实验室的研究人员认为[7 ] ,1204~1371 ℃发动机用陶瓷基复合材料已__经研制成功。由于提高了燃烧温度,取消或减少了冷却系统,预计发动机热效率可从目前的26 %提高到46 %。英国罗—罗公司认为,未来航空发动机高压压气机叶片和机匣、高压与低压涡轮盘及叶片、燃烧室、加力燃烧室、火焰稳定器及排气喷管等都将采用陶瓷基复合材料。预计在21 世纪初, 陶瓷基复合材料的使用温度可提高到1650 ℃或更高。 3 研究方向与发展趋势 陶瓷虽然具有作为发动机热端结构材料的十分明显的优点,但其本质上的脆性却极大地限制了它的推广应用。为了克服单组分陶瓷材料缺陷敏感性高、韧性低、可靠性差的缺点,材料科学工作者进行了大量的研究以寻找切实可行的增韧方法[8 ,9 ] 。增韧的思路经历了从“消除缺陷”或减少缺陷尺寸、减少缺陷数量,发展到制备能够“容忍缺陷”,即对缺陷不敏感的材料。目前常见的几种增韧方式主要有相变增韧、颗粒(晶片) 弥散增韧、晶须(短切纤维) 复合增韧以及连续纤维增韧补强等。此外还可通过材料结构的改变来达到增韧的目的,如自增韧结构、仿生叠层结构以及梯度功能材料等。由于连续纤

纳米陶瓷及其主要性能简析

纳米陶瓷 及其主要性能简析 [摘要] 纳米陶瓷的超细晶粒、高浓度晶界以及晶界原子邻近状况决定了它们具有明显区别于普通陶瓷的特异性能。本文对纳米陶瓷的这些主要的特异性能进行了阐述。 [关键词] 纳米陶瓷、显微结构、晶界、扩散、烧结、强度、韧性、超塑性 [引言] 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn 在《自然》杂志上撰文说:纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。 一、纳米陶瓷及其结构简介 所谓纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中,晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都是纳米水平的一类陶瓷。 我们知道陶瓷的烧结中粉料的粒度是重要的影响因素。粒度越小,粉粒的表面积越大,表面能越大,烧结的推动力越大;同时晶界所占体积越大,扩散越容易,因而烧结速度越快。当陶瓷中晶粒尺寸减小一个数量级,晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。如晶粒尺寸为nm 6~3,晶界的厚度为nm 2~1时,晶界的体积约占整个体积的%50。由于晶粒细化引起表面能的急剧增加。 纳米陶瓷由纳米量级的粉料烧结而成,是晶粒尺寸在nm 100~1之间的多晶陶瓷。所以结构中包含纳米量级的晶粒、晶界和缺陷。由于晶粒细化,晶界数量大幅度增加。当晶粒尺寸在nm 25以下,若晶界厚度为nm 1,则晶界处原子百分数达%50~%15,单位体积晶界的面积达32/600cm m ,晶界浓度达3 19/10cm 。 纳米陶瓷这样的特殊结构,使得其具有特殊的性能。 二、纳米陶瓷的主要性能及其简析 纳米陶瓷中纳米量级的晶粒、晶界和缺陷决定了它们具有区别于普通陶瓷的特殊性能,是纳米陶瓷性能优于普通陶瓷的根本原因所在。 1、 较低的烧结温度和较快的致密化速度

纳米复合材料发展与现状

纳米复合材料发展与现状 201041505118 李少军10材料一班 1 纳米复合材料 超细粒子(或纳米粒子)是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间,粒径在1~100nm范围以内的微小固体颗粒。随着物质的超细化,产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应,从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。它断裂强度高、韧性好、耐高温,纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数,并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。[1] 纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料(复合超微细颗粒)表现出许多与模板核本质不同的性质,如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛,它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。纳米粒子具有很高的活性,例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时,一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统,易于自发地凝聚以降低其表面能,因此对已制备好的纳米粒子,如果久置则需设法保护,例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础,也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米材料也被人们誉为21 世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能。作为一种全新性能的先进复合材料,在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。 2 纳米复合材料的分类 研究纳米复合材料的一个重要目的是改进并提高块体材料的性能,或通过结构复合来发现块材料中并不存在的性能或效应。和块体材料相比,纳米复合材料的物理和化学性质将更多地依赖于材料的表面缺陷和量子尺寸效应。目前.纳米复合材料的种类繁多,可分为:固态纳米复合材料和液态纳米复合材料。基质材料对于纳米粒子的结构具有稳定作用;而基质材料的不同,又可将纳米复合材料区分为:无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料。聚合物基包括单聚合物、共聚合物和聚合物的混合;无机基则包括玻璃,如多孔玻璃、分子筛、溶胶一凝胶玻璃和陶瓷等。[2]还可根据纳米粒子的物理性质可将纳米复合材料区分为:半导体纳米复合材料、铁电体微晶复合材料、染料分子纳米复合材料、稀土纳米复合材料、金属(合金)纳米复合材料、光学纳米复合材料(非线性、发光、光折变等)、磁性纳米复合材料等。 3 纳米复合材料的制备 3.1 溶胶- 悬浮液混合法

纳米复合材料

纳米复合材料的制备及其应用 分析化学饶海英20114209033 摘要:聚合物基复合材料目前已经成为复合材料发展的一个重要方向,它涉及了材料物理、材料化学、有机材料、高分子化学与物理等众多学科的知识。本文主要针对纳米复合材料的制备方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 复合材料由于其优良的综合性能,特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国航、交通、体育等领域,纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分。80年代初Roy等提出的纳米复合材料[1-3],为复合材料研究应用开辟了崭新的领域。纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相,以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性为分散相,通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中,形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系,这一体系材料称之为纳米复合材料。由于纳米微粒独特的效应,使其物理和化学性能方面呈现出不同的性能。将纳米材料与复合材料结合起来,所构成的纳米复合材料兼有纳米材料和复合材料的优点,因而引起科学家的广泛关注和深入的研究[4-5,44,45]。纳米复合材料的基体不同,所构成的复合材料类型也不同,如:金属基纳米材料[9-11,43]。陶瓷基纳米材料[12]、聚合物基纳米材料。 近年来发展很快,世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。 1纳米聚合物基复合材料 1.1 纳米聚合物基复合材料的合成进展 在纳米聚合物基复合材料方面,主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体,分散水平达到纳米级,得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。较早发展起来的几种聚合物纳米复合材料的制备方法[13-14]有共混法、溶胶-凝胶法(sol-ge1)、插层复合技术(interaction),可分为插层和剥离(exfoliate)两种技术、原位(in-situ)法、母料法、模定向合成法(template directed)包括化学方法和电化学方法。 声化学合成(sonochemical synthesis)是制备具有独特性能的新材料的有效方法。

纳米陶瓷冲头报废标准

纳米陶瓷冲头报废标准 首先感谢贵公司使用北京清心益人科技有限公司生产的纳米陶瓷冲头产品;为获得良好的使用体验,特制定本标准,希望对贵司有所帮助: 一、正常失效标准: 1、因外圆磨整体尺寸磨小:一般磨损量大于0.5mm、出现连续跑铝、卡冲头做报废处理。 2、对于真空度达不到,换产等异常情况拆下的冲头;首先观察表面,如磨损不明显,纹路依然清晰,建议参考下表尺寸进行测量确认,达不到报废的,可装到工况良好的设备继续使用。 冲头规格新冲头公差磨损极限公差 Φ50*90-0.02^-0.06-0.52^-0.56 Φ60*90-0.02^-0.07-0.52^-0.57 Φ70*90-0.03^-0.08-0.53^-0.58 Φ80*90-0.04^-0.09-0.54^-0.59 Φ90*90-0.05^-0.09-0.55^-0.59 Φ100*120-0.06^-0.10-0.56^-0.60 Φ110*120-0.07^-0.11-0.57^-0.61 Φ120*120-0.08^-0.12-0.58^-0.62 3、冲头前端如热裂纹严重,可能出现漏水现象的做报废处理。 二、异常失效形式 1、冲头表面大面积拉伤痕深度大于0.5mm,有可能引起跑铝卡死的做报废处理,同时建议检查浇口套、熔杯情况。 2、生产发生跑铝、卡冲头等,但冲头磨损量不大,建议检查浇口套和熔杯质量、尺寸;同时建议检查润滑是否正常、冲头和熔

杯的冷却水是否通畅、回水温度、冲头温度是否正常。 三、影响冲头寿命的主要因素 冲头寿命除自身质量因素外,还与设备精度、熔杯工况、润滑条件、工作温度、产品要求等条件密切相关,按下表要求使用可获得更稳定的使用效果。 北京清心益人科技有限公司 1 更换要求根据标识选用合适的冲头按作业标准更换。更换冲头后,使用前要先在冲头表面涂冲头油,用慢速在熔杯内前后活动两次检查新冲头与熔杯配合情况;调整跟出位置(圆柱面不得从熔杯脱出),压回位置(铝液不要直接浇到冲头圆柱面,且与熔杯搭接>10mm,防止脱出),然后再进行无增压预热。2 安装要求连接螺纹必须拧紧,保证压射力作用在冲头和接头配合端面;否则可能造成接头或冲头断裂;3 冷却水要求使用前装好密封圈,防止冷却水泄露影响产品品质;发现漏水及时修复,并对产品进行质量确认。4润滑要求保证每模润滑1次;滴油润滑要求冲头压回后将油滴在冲头圆周顶面前段,吹气,或依靠重力使油流动到冲头的两侧圆周,同时控制油量不要过多,造成浪费,污染环境。 颗粒润滑的时机应选择在喷雾机吹气结束 后,倒料以前。合理控制颗粒使用量,用量 过多会污染铝液、造成浪费。

陶瓷力学性能

陶瓷的力学性能 newmaker 化学健大都为离子键和共价健,健合牢固并有明显的方向性,同一般的金属相比,其 杂而表面能小。因此,它的强度、硬度、弹性模量、耐磨性、耐蚀性和耐热性比金属优越,但塑性、韧性、可加工性、抗热震性及使。因此搞清陶瓷的性能特点及其控制因素,不论是对研究开发还是使用设计都具有十分重要的意义。本节主要讨论弹性、硬度、强度因素、环境因素的影响。 能 性模量 脆性材料,在室温下承载时几乎不能产生塑性变形,而在弹性变形范围内就产生断裂破坏。因此,其弹性性质就显得尤为重要。与其瓷的弹性变形可用虎克定律来描述。 变形实际上是在外力的作用下原子间里由平衡位置产生了很小位移的结果。弹性模量反映的是原子间距的微小变化所需外力的大小。在室温下的弹性模量。 性模量的影响 距和结合力随温度的变化而变化,所以弹性核量对温度变化很敏感、当温度升高时。原子间距增大,由成j变为d,(见图11.2)而该处弹性模量降低。因此,固体的弹性模量一般均随温度的升高而降低。图11.3给出一些陶瓷的弹性模量随温度的变化情况。一般来说,往往具有较高的弹性模量。

与熔点的关系 高低反映其原子间结合力的大小。一般来说,弹性模量与熔点成正比例关系。不同种类的陶瓷材料样性模量之间大体上有如下关系氧

挪<碳化物。 描述陶瓷材料弹性变形的重要参数。表11.4给出一些陶瓷材料和金属的泊松比。可以看出除BeO与MgO外大多数陶瓷材料的泊松泊松比。 与材料致密度的关系 致密度对其弹性模量影响很大。图11.5给出AL2O3陶瓷的弹性模量随气孔率的变化及某些理论计算值的比较。Fros指出弹性模量与关系 P) 。 气孔率的增加,陶瓷的弹性模量量急剧下降。

陶瓷材料的分类及性能

陶瓷材料的力学性能 高分子091 项淼学号17 陶瓷材料 陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料 之间的主要区别在于化学键不同。 金属:金属键 高分子:共价键(主价键)+范德瓦尔键(次价键) 陶瓷:离子键和共价键。 普通陶瓷,天然粘土为原料,混料成形,烧结而成。 工程陶瓷:高纯、超细的人工合成材料,精确控制化学组成。 工程陶瓷的性能: 耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。 硬度高,弹性模量高,塑性韧性差,强度可靠性差。 常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。 一、陶瓷材料的结构和显微组织 1、结构特点 陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物;以离子键和共价键为主要结合键。 可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。 如“六方氮化硼为松散的绝缘材料;立方结构是超硬材料” 2、显微组织 晶体相,玻璃相,气相 晶界、夹杂 (种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。 (可通过热处理改善材料的力学性能) 陶瓷的分类 ※玻璃—工业玻璃(光学,电工,仪表,实验室用);建筑玻璃;日用玻璃 ※陶瓷—普通陶瓷--日用,建筑卫生,电器(绝缘),化工,多孔…… 特种陶瓷--电容器,压电,磁性,电光,高温…… 金属陶瓷--结构陶瓷,工具(硬质合金),耐热,电工…… ※玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃,光子玻璃陶瓷,无线电透明微晶玻璃,熔渣玻璃陶瓷… 2. 陶瓷的生产 (1)原料制备(拣选,破碎,磨细,混合) 普通陶瓷(粘土,石英,长石等天然材料) 特种陶瓷(人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物) (2)坯料的成形(可塑成形,注浆成形,压制成形) (3)烧成或烧结 3. 陶瓷的性能 (1)硬度是各类材料中最高的。 (高聚物<20HV,淬火钢500-800HV,陶瓷1000-5000HV) (2)刚度是各类材料中最高的(塑料1380MN/m2,钢207000MN/m2) (3)强度理论强度很高(E/10--E/5);由于晶界的存在,实际强度比理论值低的多。

纳米陶瓷的应用及发展趋势

纳米陶瓷的应用及发展趋势 摘要:介绍了纳米材料的特性以及纳米陶瓷的制备方法。针对纳米陶瓷特有的性能,进一步分析了纳米技术在陶瓷领域的最新应用及发展状况,并认为纳米陶瓷将在工程领域乃至日常生活中得到更广泛的应用。 关键词:纳米技术; 纳米陶瓷;前景预测 前言 当人们在研究中发现,纳米材料存在小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应等基本特性,近几十年来纳米材料备受世界各国的关注。纳米材料的这些特性使得纳米材料有着传统材料无法比拟的独特性能和极大的潜在应用价值。 传统的陶瓷材料质地较脆,韧性和强度都较差,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生。所谓纳米陶瓷材料,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。目前,虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决,但其优良的保温和高温力学性能,使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等许多方面都有广泛的应用,并在许多超高温、强腐蚀等苛刻环境下起着其他材料不可替代的作用。 1纳米技术与纳米陶瓷 1.1 纳米技术与纳米复合材料 纳米技术是20 世纪90年代出现的一门新兴技术,它是在0.10- 100nm的尺度空间内,研究电子、原子和分子的运动规律和特性。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点, 其相应发展起来的纳 米技术,被公认为21世纪最有前途的科研领域。在纳米材料中,纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序,通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级;高浓度晶界及晶界原子的特殊结构,导致材料的力学性能、磁性、光学性能乃至热力学性能的改变。纳米相材料与普通的金属、陶瓷和其它固体材料都是由同样的原子组成,只不过这些原子排列成了纳米级的原子团,成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。纳米材料具有常规粗晶粒材料所不具备的奇异特性和反常特性,例如纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍;纳米相铜的强度

纳米陶瓷材料的应用与发展

纳米陶瓷材料的应用与发展 新材料技术是介于基础科技与应用科技之间的应用性基础技术。而军用新材料技术则是用于军事领域的新材料技术,这部分技术是发展高技术武器的物质基础。目前,世界范围内的军用新材料技术已有上万种,并以每年5%的速 度递增,正向高功能化、超高能化、复合轻量和智能化的方向发展。常见的军用新材料技术:高级复合材料,先进陶瓷材料,高分子材料,非晶态材料,功能材料。 先进陶瓷材料是当前世界上发展最快的高技术材料,它已经由单相陶瓷发展到多相复合陶瓷,由微米级陶瓷复合材料发展到纳米级陶瓷复合材料。先进陶瓷材料主要有功能陶瓷材料和结构陶瓷材料两大类。其中,在结构材料中,人们已经研制出氮化硅高温结构陶瓷,这种材料不仅克服了陶瓷的致命的脆弱性,而且具有很强的韧性、可塑性、耐磨性和抗冲击能力,与普通热燃气轮机相比,陶瓷热机的重量可减轻 30%,而功率则提高 30%,节约燃料 50%。 陶瓷是人类最早使用的材料之一, 在人类发展史上起着重要的作用。但是, 由于传统的陶瓷材料脆性大, 韧性和强度较差、可靠性低, 使陶瓷材料的应用领域受到较大限制。随着纳米技术的广泛应用, 纳米陶瓷随之产生。所谓纳米陶瓷, 是指陶瓷材料的显微结构中, 晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是在纳米级的水平上。纳米陶瓷复合材料通过有效的分散、复合而使异质纳米颗粒均匀弥散地保留于陶瓷基质结构中, 这大大改善了陶瓷材料的韧性、耐磨性和高温力学性能。纳米陶瓷材料不仅能在低温条件象金属材料那样可任意弯曲而不产生裂纹, 而且能够象金属材料那样进行机械切削加工甚至可以做成陶瓷弹簧。纳米陶瓷材料的这些优良力学性能, 使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等多方面得到广泛应用并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用。纳米陶瓷在人工关节、人工骨、人工齿以及牙种植体、耳听骨修饰体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。此外, 纳米陶瓷的高磁化率、高矫顽率、低饱和磁矩、低磁耗, 特别是光吸收效应都成为材料开拓应用的新领域, 是当今材料科学研究的热点。 表1 纳米陶瓷材料力学性能的改善

纳米陶瓷的制备与应用

第23卷第3期20∞年6月黔东南民族师范高等专科学校学报Jo啪al0fS0utheastGlli出ouNatiorlalTe8ch一8CoⅡegeVd.23No.3Jun.20Q5 纳米陶瓷的制备与应用 杨章富,邹勇 (黔东南民族师范高等专科学校化学系,贵州凯里556000) 【摘要】蚋米陶瓷改变了传统陶瓷的脆性,大幅度提高了材料的强度、硬度、韧性和超塑性.综述了近年国内外纳米陶瓷的性能、稍备工艺.提出目前在生产纳米陶瓷工艺上存在的主要问题及应用前景. [关奠词]蚋米陶瓷;嗣备工艺;应用 【中圈分类号】m174.75+8【文献标识码】A【文章编号】1002—699“2005)03—00019—02 hlcorporateapplicationandthe preparation0fnan0porcelmn YANGZhang—fu,ZOUY0ng (及卵,由,l耐矿洲l竹,s口舳国谢船Ⅳa砌础弛∞恼75蝴,肠讲,556000,‰)Ah嘶t:hlcorporatetheh丑lrdIne稻,t伽旧city蚰dSt尬ngtlltllatn8noporcelainchange8tllebrittleness0f训itioIl8l porcel8in,rai8髓mateIial鲫.bst蛐tially砒lde舶∞dpl龉ticity.Smm瑚d∞illrecemyea璐dom洲c姐diIltem撕伽Ialil地orpomteplqHu碰ontecllIlolo舒舡ldtlle劬ction0fnanoporcelain.Sllgg鹪ttll砒nawi8produciIlgtoill∞Ipomte印plicationpmspect舢ldmee】【istemmajorpmblemonrl锄potterstm. 1妯ywords:IIlcorpomteapplicalion;nanoporcelain;pr印蹦ti∞ 所谓纳米陶瓷是指在显微结构中物相所具有的纳米级尺度的陶瓷材_|辟,就是说晶粒尺寸,晶界的宽度,第二相分布,缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上,它被认为是陶瓷研究发展的第三个台阶[I】.晦瓷粉料颗粒大小决定了陶瓷材料的徽观结构和宏观性能[2】.纳米陶瓷的力学性能,包括纳米陶瓷材料的硬度、断裂韧度和低温延展性等,在高温下其硬度、强度比普通尚瓷有较大提高,有助于解决陶瓷的强度和增韧问题.对纳米晶粒Si02进行研究表明[,J,纳米陶瓷具有在较低温度下烧结就能达到致密化的优越 性.1998年址i等人用纳米碳化硅来补强氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷的力学性能显著改善【4】.许多纳米陶瓷材料的硬度和强度比普通陶瓷材料高出4—5倍b】.在100℃下,纳米Ti02陶瓷的显微硬度为1300k∥—n2,而普通n02陶瓷的显徽硬度低于200k∥衄2.纳米陶瓷的晶粒尺寸极小,纳米材料具有极大的晶面,晶面的原子排列混乱。纳米晶粒易在其他晶粒上运动,使纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现臆性,而表现出一定的延展性和较好的韧性.纳米材料中有大量的界面,这些界面原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率,材料的烧结驱动力也随之剧增,加速了整个烧结过程,使得烧结温度大幅度降低.纳米晶体的自扩散率为传统晶体扩散率的10“至lO”倍,使纳米材料的固态反应可以在室温或低温下进行.纳米材料中利用晶界表面的不饱和链,造成沿晶界方向的平移,实现纳米陶瓷的超塑性【6-7】.由于纳米陶瓷硬度高、耐高温、耐磨损、质量轻和导热性好,使得它成为现代工业的基本材料之一. 1纳米冉瓷的崩备工艺 1.1气相合成法 气相合成法主要有热化学气相反应法,激光气相法和等离子体气相合成法. 1.I.I热化学气相反应法(cvD法).cvD法是目前世界上用于制 备纳米粉体的常用方法,cvD法稍备纳米粉体工艺是一个热化学 气相反应和形核生长的过程.在高于热力学计算,临界反应温度条件下,反应产物的蒸气形成很高的过饱和蒸气压,使得反应产物自动凝聚形成大量的核,这些核在加热区不断地长大聚积成颗粒,在合适的温度下会晶化成为徽晶.随着载气气流的输运和真空的抽送,反应产物迅速离开加热区进入低温区,颗粒生长、聚集、晶化过程停止,最后进入收集室收集起来,就可以获得所需的纳米粉体.此工艺过程可通过调节浓度、流速、温度和组成比例等工艺参数获得最佳工艺条件,实现对纳米粉体组成、形貌、尺寸和晶相等的控制.cvD法可制备出Sic,si3N4等单相粉体,并且被用来制备各种复合粉体.能制备出小于35姗的无定形Sic/si3N4纳米粉体,且做到sic/si3N‘比例可调,该设备简单,采用电阻炉外加热方式,通 【收稿日期】2004~06一16 [作者简介】杨章富(198l一),男,贵州剑河人,黔东南民族师范高等专科学校化学系Ol(本)学生;邹勇,黔东南民族师范高等专科学校化学系副教授,指导教师.  万方数据

相关文档
最新文档