Al 2 O 3 /GdAlO 3 共晶陶瓷约束成型定向凝固及组织研究
发布时间：2022-02-13 09:57
定向凝固Al2O3基共晶自生复合陶瓷具有优异的高温强度、高温结构稳定性、高温抗氧化性及抗腐蚀性,有望成为新一代长期服役于高温氧化性气氛中的超高温结构材料。本文以采用光悬浮区熔法制备的定向凝固Al2O3/GdAlO3（GAP）二元共晶自生复合陶瓷材料为研究对象,对其制备工艺进行优化,分析了预制体和籽晶对制备Al2O3/GAP共晶陶瓷的影响;研究了凝固速率与共晶组织之间的关系,对Al2O3/GAP共晶陶瓷的微观组织形貌、相组成、择优取向和相界面结构进行了研究;测定了不同温度下Al2O3/GAP共晶陶瓷的力学性能,包括硬度、断裂韧性、弯曲强度和压缩强度,并对其增韧机制进行了分析。研究结果表明:随着抽拉速率的增大,Al2O3/GAP共晶组织片层间距逐渐减小。当其过大（>60mm/h）时,试样表面会产生宏观裂纹,组织中出现了胞状及条带状组织,二者均会降低材料的力学性能。Al2O3/GAP共晶陶瓷试样呈乳白色棒状,表面无裂纹和孔洞,致密度高,试样中只存在Al2O3和GAP两相,无非晶相的存在,两相体积比为Al2O3:GAP=48:52,接近其理论值（45:55）。Al2O3相和GAP相相互连...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
定性凝固氧化物共晶陶瓷在1700°C的抗氧化性[13]
西安理工大学工程硕士专业学位论文2氧化物陶瓷材料的易发生塑性形变，导致机械性不能满足应用条件。截止现在，烧结工艺仍然是制备陶瓷材料的主要手段。由于烧结陶瓷均是多晶，难以获得单晶相，各相之间存在薄弱界面，难以保证显微组织的均匀性、稳定性，这进一步导致陶瓷材料的应用受到限制。因此，急需发展新一代陶瓷材料的制备工艺以提高其高温力学性能。图1-1定性凝固氧化物共晶陶瓷在1700°C的抗氧化性[13]Fig.1-1Oxidationresistanceofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicsat1700°C[13]定向凝固工艺可以使材料的微观结构按一定方向进行排列，获得具有特定方向的单晶组织，进而提升材料的机械性能。学者们将定向凝固技术应用到氧化物共晶自生复合陶瓷的制备过程中。共晶相从熔体中析出自生复合，降低了孔洞含量，提高了材料的致密度。相界面以一定的晶体学位向关系进行结合，同时去除了传统复合材料中的人为界面，去除了烧结陶瓷中的界面非晶相，从而使得材料在高温下组织更稳定性和机械性能更优异[14]，如图1-2所示。定向凝固氧化物陶瓷材料具有显著的各向异性，特别是在其择优生长方向上表现出优异的机械性能[15,16]。因此，定向凝固氧化物共晶陶瓷材料有希望成为全新一代可以在超高温氧化性气氛中长时间服役的超高温结构材料[17]。图1-2定向凝固氧化物共晶陶瓷弯曲强度比较[14]Fig.1-2Comparisonofflexuralstrengthofdirectionalsolidifiedoxideeutecticceramics[14]
第1章绪论3定向凝固氧化物陶瓷具有广阔的应用前景，有希望作为航空航天大型涡轮发动机的喷嘴、导向叶片和燃烧室内衬等能够在高温氧化性气氛下长期稳定工作的部件[18]，如图1-3所示。同时定向凝固氧化物共晶自生复合材料的应用将明显提高涡轮发动机的热效率[19]，并可大大降低废气的排放量，如图1-4所示。图1-3定向凝固氧化物共晶陶瓷在未来涡轮发动机中的应用[18]Fig.1-3Applicationofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicsinfutureturbineengines[18]图1-4定向凝固氧化物共晶陶瓷的应用对涡轮发动机热效率的提高[19]Fig.1-4Applicationofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicstoimprovethermalefficiencyofturbineengines[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子背散射衍射技术在材料科学研究中的应用[J]. 何立晖,聂小武,张洪,邓健平,何燕,孔克文. 现代制造工程. 2010(07)
[2]Nb-Si基超高温合金研究进展[J]. 沙江波. 航空制造技术. 2010(14)
[3]碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展[J]. 陈少杰,张教强,郭银明. 腐蚀与防护. 2009(10)
[4]氧化物/氧化物共晶复合陶瓷研究进展[J]. 杨权,张龙,赵忠民,潘传增,曲振生,宋亚林. 材料开发与应用. 2009(04)
[5]微拉法制备氧化物共晶复相陶瓷的研究进展[J]. 吴江,张龙,赵忠民,潘传增,张靖,吴铮. 科学技术与工程. 2007(04)
[6]电子背散射衍射技术及其在材料科学中的应用[J]. 刘庆. 中国体视学与图像分析. 2005(04)
[7]激光快速凝固条件下Al- 5.6wt% Mn合金的组织选择规律研究[J]. 杨森,黄卫东,林鑫,苏云鹏,周尧和. 应用激光. 1999(05)
[8]涡轮叶片材料及制造工艺的研究进展[J]. 何国,李建国,毛协民,傅恒志. 材料导报. 1994(01)
博士论文
[1]ZrB2基超高温陶瓷高温本构关系及断裂行为研究[D]. 王玲玲.哈尔滨工业大学 2015
[2]Al2O3/Cr3C2多元复合陶瓷材料的制备、性能及应用研究[D]. 孙德明.山东大学 2006
本文编号：3622983
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
定性凝固氧化物共晶陶瓷在1700°C的抗氧化性[13]
西安理工大学工程硕士专业学位论文2氧化物陶瓷材料的易发生塑性形变，导致机械性不能满足应用条件。截止现在，烧结工艺仍然是制备陶瓷材料的主要手段。由于烧结陶瓷均是多晶，难以获得单晶相，各相之间存在薄弱界面，难以保证显微组织的均匀性、稳定性，这进一步导致陶瓷材料的应用受到限制。因此，急需发展新一代陶瓷材料的制备工艺以提高其高温力学性能。图1-1定性凝固氧化物共晶陶瓷在1700°C的抗氧化性[13]Fig.1-1Oxidationresistanceofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicsat1700°C[13]定向凝固工艺可以使材料的微观结构按一定方向进行排列，获得具有特定方向的单晶组织，进而提升材料的机械性能。学者们将定向凝固技术应用到氧化物共晶自生复合陶瓷的制备过程中。共晶相从熔体中析出自生复合，降低了孔洞含量，提高了材料的致密度。相界面以一定的晶体学位向关系进行结合，同时去除了传统复合材料中的人为界面，去除了烧结陶瓷中的界面非晶相，从而使得材料在高温下组织更稳定性和机械性能更优异[14]，如图1-2所示。定向凝固氧化物陶瓷材料具有显著的各向异性，特别是在其择优生长方向上表现出优异的机械性能[15,16]。因此，定向凝固氧化物共晶陶瓷材料有希望成为全新一代可以在超高温氧化性气氛中长时间服役的超高温结构材料[17]。图1-2定向凝固氧化物共晶陶瓷弯曲强度比较[14]Fig.1-2Comparisonofflexuralstrengthofdirectionalsolidifiedoxideeutecticceramics[14]
第1章绪论3定向凝固氧化物陶瓷具有广阔的应用前景，有希望作为航空航天大型涡轮发动机的喷嘴、导向叶片和燃烧室内衬等能够在高温氧化性气氛下长期稳定工作的部件[18]，如图1-3所示。同时定向凝固氧化物共晶自生复合材料的应用将明显提高涡轮发动机的热效率[19]，并可大大降低废气的排放量，如图1-4所示。图1-3定向凝固氧化物共晶陶瓷在未来涡轮发动机中的应用[18]Fig.1-3Applicationofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicsinfutureturbineengines[18]图1-4定向凝固氧化物共晶陶瓷的应用对涡轮发动机热效率的提高[19]Fig.1-4Applicationofdirectionallysolidifiedoxideeutecticceramicstoimprovethermalefficiencyofturbineengines[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子背散射衍射技术在材料科学研究中的应用[J]. 何立晖,聂小武,张洪,邓健平,何燕,孔克文. 现代制造工程. 2010(07)
[2]Nb-Si基超高温合金研究进展[J]. 沙江波. 航空制造技术. 2010(14)
[3]碳/碳复合材料高温抗氧化涂层的研究进展[J]. 陈少杰,张教强,郭银明. 腐蚀与防护. 2009(10)
[4]氧化物/氧化物共晶复合陶瓷研究进展[J]. 杨权,张龙,赵忠民,潘传增,曲振生,宋亚林. 材料开发与应用. 2009(04)
[5]微拉法制备氧化物共晶复相陶瓷的研究进展[J]. 吴江,张龙,赵忠民,潘传增,张靖,吴铮. 科学技术与工程. 2007(04)
[6]电子背散射衍射技术及其在材料科学中的应用[J]. 刘庆. 中国体视学与图像分析. 2005(04)
[7]激光快速凝固条件下Al- 5.6wt% Mn合金的组织选择规律研究[J]. 杨森,黄卫东,林鑫,苏云鹏,周尧和. 应用激光. 1999(05)
[8]涡轮叶片材料及制造工艺的研究进展[J]. 何国,李建国,毛协民,傅恒志. 材料导报. 1994(01)
博士论文
[1]ZrB2基超高温陶瓷高温本构关系及断裂行为研究[D]. 王玲玲.哈尔滨工业大学 2015
[2]Al2O3/Cr3C2多元复合陶瓷材料的制备、性能及应用研究[D]. 孙德明.山东大学 2006
本文编号：3622983
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