一、日开发出多层多孔金属陶瓷材料(论文文献综述)
刘渊[1](2021)在《Ti-Si金属间化合物多孔膜的制备与表征》文中提出Ti-Si金属间化合物具有优异的抗高温、耐腐蚀性能,可以满足多数苛刻工况的使用需求,受到多个研究领域的持续研究和关注,对其开展多孔膜材料的制备和表征,具有一定的理论意义与实际应用价值。本课题以制备新型过滤膜材料为研究背景,以高纯Ti粉和高纯石英片(Si O2)为原料,采用加压原位反应烧结技术成功制备了Ti-Si金属间化合物多孔膜:梯度膜层孔径分布范围为0.5~2μm,膜层颗粒尺寸为0.5~3μm,厚度为3~5μm,膜层成分主相为Ti5Si3,次相为Ti O2和Ti;烧结压力、烧结温度和基体粉末粒度均不会影响膜层的物质组成;基体粉末粒度越小、烧结温度越高、烧结压力越大,生成的膜层中TixSiy化合物和Ti O2的相对含量越高;随着钛粉粒径尺寸减小、烧结压力增大,梯度膜层的最大冒泡孔径及透气率呈下降趋势,最大冒泡点孔径最小可达6.1μm;烧结温度不会影响梯度膜层的最大孔径,但烧结温度越高,梯度膜层透气率越低。Ti-Si金属间化合物梯度膜层表面具有明显不同的两个膜层颗粒区:大颗粒区和小颗粒区,大颗粒区为过度反应区,小颗粒区为远距离扩散反应区。如果原位反应过程中发生过反应,Ti和Si原子之间已生成的膜层会阻碍两者的相互扩散,延滞原位反应的进行,最终导致膜层出现富Ti和富Si区。梯度膜层形成时,Si O2受热分解为O原子和Si原子,大部分O原子溶解在多孔钛基体中,形成Ti-O固溶体,随着其分解量的增加,未固溶的O原子在高温下与Ti原子反应,在多孔钛基体表面生成Ti Ox化合物层;由多孔钛基体提供的Ti原子与热分解产生的Si原子在高温下发生合成反应,最终在Ti Ox化合物层之上形成TixSiy化合物膜层。本研究通过改变烧结压应力大小,按照管状样品的制备条件通过加压烧结工艺制备了对应的Ti-Si金属间化合物多孔膜片状样品,实现了对限域原位反应烧结过程的模拟。本工作可为后续限域原位反应制备Ti-Si金属间化合物多孔膜管状样品提供理论和技术上的借鉴。
高文明[2](2021)在《固体氧化物燃料电池Ni-Co-Fe合金支撑体的制备与性能研究》文中研究表明固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)是一种将H2、CH4、天然气等碳氢燃料中的化学能直接转化为电能的固态发电装置,具有能量密度高、机械性能稳定、燃料广泛以及绿色无污染等优势,是二十一世纪新一代能源技术。以金属或合金作为SOFC阳极支撑体,不但可以提高电池的机械稳定性,实现电堆的快速启动,也可以降低电池的材料和制备成本,有望促进SOFC的商业化进程。传统的金属支撑型固体氧化物燃料电池(Metal support solid oxide fuel cell,MS-SOFC)采用商业化合金作为支撑体,对CH4燃料催化重整活性较低,严重制约了碳氢燃料在MS-SOFC中的使用。为了提高SOFC金属支撑体对CH4燃料的催化重整活性,本文以Ni-Co-Fe(NCF)合金作为SOFC的支撑体。CH4燃料率先在Ni-Co-Fe合金支撑体中重整为H2、CO,随即在Ni-YSZ功能层发生电化学反应。通过支撑体独立重整实验,分析Co掺杂量对支撑体催化活性的影响,进而研究不同组分金属支撑体对MS-SOFC在CH4燃料中电化学稳定性能的影响规律。以Ni、Co、Fe的氧化物粉末为原料,采用模压-丝网印刷-高温烧结工艺制备以Ni-Co-Fe合金为支撑体,Ni-YSZ为阳极,YSZ为电解质,LSM-BSCF为阴极的MS-SOFC。高温烧结后,SOFC的支撑体主要由Ni O、Ni Fe2O4和Co Fe2O4尖晶石相组成,在650°C的H2中还原2h,支撑体转变为Ni-Co-Fe合金;金属支撑体独立重整实验表明,随Co掺杂量的提高,支撑体对CH4催化重整活性增加,NCF631表现出较高的CH4转化率和稳定性;NCF811、NCF721和NCF631电池在H2-3mol.%H2O燃料中最大峰值功率密度基本相同,但在CH4-3mol.%H2O燃料中,相比NCF811和NCF721,NCF631在650-750℃的温度范围表现出较高的峰值功率密度,主要因为NCF631支撑体具有较高的CH4重整活性;电池在750℃、400m A·cm-2恒电流的稳定性测试表明,NCF721和NCF631稳定运行24h,电压几乎无衰减。
李晶琨[3](2021)在《SiC/Ti梯度材料的烧结工艺基础与致密化机理研究》文中认为SiC/Ti层状复合材料兼具Ti的高延展性和导热性以及SiC的高硬度、耐磨性和隔热性能,具有非常高的应用价值。为了解决SiC/Ti层状复合材料界面处的应力集中问题,本文提出将SiC与Ti的成分进行梯度过渡,制备出SiC/Ti梯度材料,从而使材料获得更加优良的服役效果。针对SiC与Ti烧结温度难以匹配和材料界面应力集中等问题,提出采用热压烧结法制备SiC/Ti梯度材料。在实现SiC的低温致密化烧结,使其与Ti烧结温度匹配的基础上,选择适宜的中间过渡成分和梯度,制备出SiC/Ti梯度材料,并对反应机理和烧结动力学进行研究。针对SiC烧结温度过高的问题,提出了添加Mg合金烧结助剂进行SiC低温液相烧结的新方法,阐明了 Mg元素降低SiC烧结温度的机理,实现了SiC在1300℃低温下的致密化烧结。研究了原材料颗粒尺寸、烧结助剂种类和烧结时间对于SiC致密化过程的影响规律及机理,在1300℃的烧结温度下获得了高致密度且具有优良力学性能的SiC陶瓷。发现了 Mg合金在烧结过程中通过发生溶解-析出和塑性变形过程实现SiC陶瓷颗粒的低温致密化;SiC晶界处的孔洞可以促进晶界的运动和传质过程的进行。为了实现SiC的低温固相烧结,以Mg2Si为烧结助剂引入Mg元素,在1300℃下对SiC陶瓷进行烧结,获得了 96.86%以上的高致密度和优良的力学性能,并分别通过研究SiC与Mg2Si的组织演变,揭示了 Mg2Si对SiC低温致密化烧结的作用。在烧结过程中,Mg2Si保持着随机的取向,仅在烧结后期发生晶粒长大。Mg2Si与SiC基体之间保持着良好匹配的位向关系,(0-111)SiC与(1-11)Mg2Si、(10-10)SiC与(1-1-1)Mg2Si、(10-10)SiC与(400)Mg2Si、(10-12)SiC与(222)Mg2Si和(10-11)SiC与(311)Mg2Si之间分别存在较小的取向差。致密化过程主要发生在烧结前期,随着烧结时间的延长,烧结致密化的速率逐渐降低,最终趋于稳定。制备出了无中间过渡成分的SiC/Ti梯度材料,探明了其组织结构和致密化机理。无中间过渡成分的SiC/Ti梯度材料中致密程度和孔洞分布不均匀;纯SiC和纯Ti部位较为致密,随着Ti质量分数的增加,材料中开始出现孔洞;当Ti质量分数进一步增加,材料中蕴含闭孔的数量和面积比例开始降低;当Ti质量分数达到80%后,仅有少量孔洞存在于SiC聚集区的边缘部位。SiC与Ti的反应主要传质机制为片层扩散,界面未反应生成明显的化合物层,是依靠元素扩散形成的冶金结合界面;烧结致密化的过程主要发生在升温和保温阶段。提出了加入Ni3Al提升低温烧结SiC致密度的新方法,阐明了 Ni3Al对于SiC陶瓷组织改善和性能提升的影响机理。添加10wt%的Ni3Al可以使SiC获得最佳的综合性能,相比于未添加Ni3Al的SiC陶瓷,显微维氏硬度提高174.55%;断裂韧性提高27.29%。加入Ni3Al后,Al元素均匀扩散至SiC中,富Ni区域呈岛状分布于SiC基体上;SiC颗粒结合紧密,在弯曲过程中不产生颗粒的脱落和开裂;硬度压痕引起的裂纹经过岛状富Ni区域时部分能量被吸收,裂纹扩展受到阻碍。探明了不同含量的Ni3Al与Ti的反应产物、孔洞形成机制和反应机理。随着Ni3Al含量的增加,其与Ti的反应依次形成尺寸小而密集的孔洞、尺寸小而分散的孔洞和尺寸大的孔洞。尺寸小而密集孔洞出现在Ni3Al含量高的一侧,主要是由烧结不致密导致的;尺寸小而分散的孔洞以及尺寸大的孔洞为烧结中的气孔,尺寸大的孔洞内会析出富Ti的直径几十微米的颗粒。Ni3Al与Ti反应生成Ti-Ni-Al相、Ti-Al相和少量的Ni-Ti相;随着烧结温度的升高,Ti-Ni-Al相首先形成,之后含量逐渐减少,而Ti-Al相的含量逐渐增加。制备出了含Ni3Al中间过渡成分的SiC/Ti梯度材料,探明了梯度材料的组织结构与烧结致密化机理。在SiC/Ti梯度材料中,Ti元素和Si元素各自实现了梯度分布,Ni元素和Al元素在SiC与Ti成分间聚集,防止了 Si与Ti直接接触而导致过大的应力集中。梯度材料中包含四个界面,分别由Ti与Ni-Al的固液界面,Ni与Al的成分差异,Ni-Al与SiC的固液界面和Ni、Al、Si成分差异形成。烧结致密化过程是由片层扩散机制控制的,反应的激活能为184.6 kJ/mol。在以Ni3Al为中间过渡成分的SiC/Ti梯度材料中加入TiAl层进行SiC与Ti成分的阻隔。Ni3Al与TiAl界面存在金属间化合物层,TiAl与Ti间元素均匀过渡。随着烧结时间的延长,SiC/Ti梯度材料的致密化速率首先较低,之后陡然上升。烧结致密化过程由界面反应和扩散机制共同控制且由扩散机制主导,反应的激活能为338.28 kJ/mol。
杨国强[4](2020)在《高硬度三元硼化物基金属陶瓷的设计与制备研究》文中研究说明WC-Co硬质合金被誉为“工业的牙齿”,是应用最广泛的金属陶瓷材料之一,但是其制备需要消耗大量的钨资源。由于钨资源的战略地位和WC的高密度,寻找无钨、轻质的金属陶瓷一直是研究的热点。三元硼化物具有高硬度、高熔点和低密度,并且与金属具有较好的相容性,一度成为无钨金属陶瓷的潜在候选者。对此,本研究首先采用第一性原理计算筛选出综合性能最优的三元硼化物(MoCoB);然后通过原位合成工艺制备了 MoCoB-Co金属陶瓷,并研究了其相演变和组织演变规律;最后研究了化学成分以及掺杂过渡金属元素对金属陶瓷组织和性能的影响。本研究为无钨、轻质金属陶瓷的探索提供了新的思路。论文的研究内容和主要结论如下:(1)26种三元硼化物的综合性能评估。通过分析各类超硬和硬质材料的晶体结构特点,确定以M1xMⅡBx(x=1 or 2,MⅠ和MⅡ为过渡金属元素)型三元硼化物作硬质相。以元素周期表中的过渡金属元素为搜索目标,采用第一性原理计算对26种三元硼化物的结构、力学和热学等性质等进行了研究,确定了 MoCoB是硬度最高的三元硼化物,并且具有比WC更高的韧性和德拜温度。Mo-Co-B三元相图中存在MoCoB+Co的两相区,具备合成MoCoB-Co金属陶瓷的热力学条件,确定了 MoCoB-Co金属陶瓷作为研究对象。(2)25Mo-50Co-25B(at.%)合金在烧结过程中的相演变和组织演变规律。混合粉末在烧结过程中依次经历三个固相反应:2Co+B→Co2B,11Mo+15Co2B→Mo2Co21B6+9MoCoB 和4Mo+Mo2Co21B6→6MoCoB+15Co以及两个液相反应(1242℃-L1和1268℃-L2)。当烧结温度为1100℃-1200℃时,颗粒表面产生了大量类银耳状纳米多孔结构的Co。液相L1和L2分别为纳米多孔结构Co和非纳米多孔结构的Co与MoCoB相互反应形成的共晶液相,L1使烧结体发生初步致密,L2使烧结体进一步充分致密。(3)Mo/B原子比和Co含量对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响。当Mo/B原子比为0.84时,MoCoB颗粒粗大,导致金属陶瓷的硬度较低。当Mo/B原子比≥1.08时,组织中出现了μ相以及由堆垛层错和片状ε-马氏体板组成的三维网络,该三维网络对γ-Co和ε-马氏体的位错滑移有阻碍作用,提高了金属陶瓷的硬度,但降低了断裂韧性。当Mo/B原子比为0.92且Co含量为45 at.%时,金属陶瓷具有最佳的综合性能,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为HRA 89、1720 MPa和13.2 MPa·m1/2。(4)第四周期过渡金属元素掺杂MoCoB的第一性原理计算。Sc在Mo8Co8B8中具有强Mo占位,Ti、V和Cr具有弱Mo占位,Mn、Fe、Cu和Zn具有弱Co占位,Ni具有强Co占位。除Mo7CrCo8B8之外的掺杂模型的德拜温度均低于Mo8Co8B8的德拜温度值,所有掺杂模型的硬度均小于Mo8Co8B8的硬度。掺杂Sc、Mn、Ni、Cu和Zn可以提高硬质相中位错克服长程内应力场进行滑移所需的应力。(5)Cr、Ni和Mn对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响。添加Cr元素会导致金属陶瓷中出现脆性有害相μ相,恶化材料的抗弯强度和断裂韧性。添加Ni元素会降低金属陶瓷的硬度和耐磨性。添加适量的Mn可以提高金属陶瓷的致密度和细化硬质相晶粒。随着Mn含量的增加,金属陶瓷的硬度先略有降低后逐渐升高,抗弯强度逐渐下降。当Mn含量为6 wt.%时,金属陶瓷具有最小的硬质相晶粒尺寸和较高的致密度,此时的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为 HRA91.7、1200MPa 和 11.4MPa·m1/2。当 Mn 含量为 10wt.%时,金属陶瓷的硬度最高,为HRA92.1。
刘卓萌[5](2020)在《Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料的制备及性能表征》文中认为Ti5Si3具有高熔点、高硬度、低密度、耐腐蚀等诸多优异性能,对其开展高温腐蚀环境下的高效吸音、传热和过滤行业的研究,具有一定的理论意义与实际应用价值。本课题以制备新型过滤材料为研究背景,首次采用限域内原位反应烧结工艺,以Ti粉和高纯石英管为原料,制备了Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料,证明了该成形技术的可行性。通过SEM对多孔材料孔结构进行分析,发现:制备的Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料基体孔隙尺寸为1050μm;膜层孔隙尺寸为0.10.3μm,厚度13μm,且膜层孔隙为连通孔。对制备的梯度多孔膜层进行了X射线衍射及EDS分析,确定了原位反应生成的多孔膜层物相成分主相为Ti5Si3相,次相为Ti Si相、Ti O2相。通过对孔隙性能进行实验数据分析,发现制备的Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料随着原始Ti粉粒径减小、烧结温度升高以及保温时间延长,其最大冒泡点孔径呈减小趋势,且最大冒泡点孔径最小可到7.3μm;相对于多孔钛,其相对透气系数呈降低趋势,最小为35.83 m3/h·k Pa·m2,缩减率为45.84%;其相对渗透系数同样呈降低趋势,最小为9.29m3/h·k Pa·m2,缩减率为62.6%。通过材料的热膨胀性能测试,证明金属钛多孔试样的线膨胀系数远远大于石英管。因此,在原位反应烧结过程中,石英管内壁对金属钛多孔生坯产生烧结压应力,此应力有利于生坯表面原位反应的进行,该烧结过程类似于传统意义上的加压原位反应烧结。由于Ti-Si系金属间化合物中Ti5Si3相化学性质最稳定,如果烧结过程中原位反应进行充分,最终获得的多孔膜层成分将是富钛硅化物Ti5Si3相。
田智豪[6](2020)在《(Ti,Zr)C固溶体粉末的制备及其调幅分解特性研究》文中认为Ti(C,N)基金属陶瓷具有密度小、硬度高、高温红硬性强等优点,受到越来越多研究者的关注。但由于Ti(C,N)基金属陶瓷韧性较差,严重影响了Ti(C,N)基金属陶瓷的应用,因此对Ti(C,N)基金属陶瓷增韧的研究显得尤为重要。本文综述了Ti(C,N)基金属陶瓷的发展历史、研究现状和未来发展方向,并针对Ti(C,N)基金属陶瓷增韧方法做了详细介绍。相图模拟发现将Zr作为添加元素时,由于Ti C和Zr C在高温下能无限固溶,且(Ti,Zr)C固溶体可通过低温时效发生条幅分解,因此本工作将(Ti,Zr)C固溶体调幅分解增韧Ti(C,N)基金属陶瓷作为研究方向。全文主要工作及创新点如下:(1)首先制备了(Ti,Zr)C固溶体,通过实验比较了物理干磨、高能球磨、化学合成后球磨三种(Ti,Zr)C原料混合方式的优劣,确定了最适合(Ti,Zr)C原料混合的湿磨工艺。(2)制备了三种不同Ti、Zr比例的(Ti,Zr)C固溶体,通过第一性原理对(Ti,Zr)C固溶体的合成和调幅分解进行了理论分析,并确定(Ti0.8,Zr0.2)C固溶体最佳合成温度为2100℃,(Ti0.5,Zr0.5)C固溶体最佳合成温度为2150℃;(Ti0.2,Zr0.8)C固溶体最佳合成温度为2200℃。根据第一性原理计算得出与(Ti0.5,Zr0.5)C分解的驱动力相比,(Ti0.2,Zr0.8)C和(Ti0.8,Zr0.2)C分解成层状结构的驱动力更大。(3)以(Ti0.5,Zr0.5)C固溶体为研究对象,进行时效处理,得到(Ti0.5,Zr0.5)C固溶体调幅分解发生温度为1250℃,此时调幅分解范围极小,且条纹细小,随着时效温度的升高,调幅分解逐渐增强,出现条纹的区域增加,条纹宽度增加,当时效温度继续升高时,分解产生的条纹逐渐增粗,聚集成团。(4)制备了五种WC质量分数不同的(W,Ti,Zr)C固溶体。对五种(W,Ti,Zr)C固溶体进行时效处理,总结调幅分解规律。W含量越高,调幅分解越难以进行,分解不彻底,产生的黑白条纹对比度下降,并在WC质量百分数达到60%无法再通过SEM背散射观察到条纹。(5)通过相场模拟对(Ti0.5,Zr0.5)C固溶体和(W,Ti,Zr)C固溶体进行理论分析,通过模拟得到的数据发现与实验结果一致。在理论上说明了调幅分解的规律。总结全文研究的结论和意义,展望了(Ti,Zr)C固溶体条幅分解在未来的研究方向和难点。
胡小刚[7](2019)在《大弧源电弧离子镀厚膜沉积及其应用》文中进行了进一步梳理超出10微米的厚膜在许多工业领域有着重大需求,如核电、航空航天、机械、汽车、石油化工、船舶等领域。厚膜可以容纳更多的内部缺陷,并且避免缺陷连接导致的贯穿性破坏,提高膜层的耐磨、耐蚀、抗氧化性能、延长损耗时效。如核燃料包壳管销合金表面需要制备大厚度膜层以提高其事故容错能力,增强高温抗氧化性能、延长服役时效;汽车内燃机活塞环在高温高压往复摩擦的工况下,需要制备大厚度耐磨膜层以提高其服役时效和耐磨性能。传统的厚膜制备技术如电镀、喷涂等存在难以克服的问题,如膜层多孔、污染严重、镀液后处理等,膜层性能无法进一步提高。以电弧离子镀为代表的技术可以制备高品质膜层且环境友好,成为物理气相沉积(PVD)方法中沉积厚膜最具潜力的技术。目前电弧离子镀制备厚膜仍需克服金属熔滴多、残余应力大、生长速率慢等困难。为解决上述问题需要综合考虑弧源技术优化、材料和工艺,实现在增加厚度的同时降低缺陷密度。本工作与大连纳晶科技有限公司联合开发了新型0155 mm大面积电弧源技术,弥补了传统弧源面积小、速率慢、熔滴多、磁场不均匀、靶材调整灵活性差等诸多问题,具备工作面积大、生长速率快、熔滴少、弧斑运动均匀快速、双磁场多模式控制等优点,为厚膜的沉积提供了硬件基础,尤其应用在核电和机械领域。通过对新型大面积电弧源的沉积参数进行调制,研究了适配大弧源的厚膜沉积工艺以及提高膜基结合力的工艺。获得了快速沉积、均匀致密、缺陷少的基础沉积参数;结合表面防护为主要目的工业需求,以核用Zr-4合金、不锈钢SUS304为基体材质,沉积了三类厚膜,包括单质金属Cr单层膜、金属与金属氮化物Cr/CrN多层膜、和MAX相金属陶瓷Ti2AlC梯度膜,涵盖了该领域常采用的材料和制备方法。本文的结果充分展示了新型大面积电弧源技术和厚膜设计工艺在沉积多类型厚膜上的应用潜力,得出以下主要结论。(1)核电行业迫切需要一种制备优异厚膜的表面技术,以提高核燃料包壳管的事故容错能力,避免Zr-4合金与高温水蒸气反应生成爆炸性氢气。本工作采用新型大面积电弧源技术,在Zr-4合金表面,制备了均匀、平整、致密的20 μm Cr厚膜,其生长速率达到3.6 μm/h(工业化生长速率),采用特殊的高压复扫工艺使膜基界面处产生冶金结合,结合力优异(>100N),可经受至少15.8%的形变量不脱落,承受模拟事故条件下(1000℃,1100℃和1200℃,1小时)的高温氧化。在经受最苛刻测试后(1200℃/1小时),形成三层成分保护;仍能残余约6.8 μm的Cr膜层良好地结合在基体上,形成有效屏障,大厚度显然可以承受多次氧化开裂消耗,另外对裂纹、鼓泡、隆起等缺陷的形成进行了解释。结果充分显示:大面积电弧源及工艺设计能够快速制备单质金属厚膜,膜层致密、均匀,结合力优异,核燃料包壳管在沉积该种厚膜后,可以满足常规工况和事故条件下(>1000 ℃高温)的要求。(2)机械领域使用的传统电镀硬Cr需要新型厚膜技术进行替代,以满足造纸机筛鼓叶片在含有砂砾铁钉纸浆中连续工作的耐磨性需求,解决电镀硬Cr厚膜硬度低、磨损快、氧化性差等问题。采用大面积电弧源技术和膜层设计,在筛鼓叶片(304不锈钢)上,沉积了 42 μm的Cr/CrN多层厚膜,平均生长速率达到3.4 μm/h(工业化生长速率)。测试了该部件在实际摩擦磨损工况下的服役行为,结果显示Cr/CrN多层膜的摩擦性能相较于单层Cr得到提高,Cr/CrN的摩擦系数由Cr的0.798降低至0.353,由无防护基体的磨痕宽度320 μm下降至185 μm,磨损仅停留在厚膜表面,磨损速率低,呈磨粒磨损;Cr调制层可提高至少18.4%的显微硬度;膜层的结合力保持在>60 N的较好水平,满足服役要求;42 μm的Cr/CrN多层厚膜在1000℃(10h)的高温氧化下,氧化深度被限制在2.3 μm内,氧元素无法深入影响基体;Cr/CrN多层厚膜存在N扩散机制,这与高温沉积以及高能粒子流轰击相关。结果充分显示,新型大面积电弧源技术与工艺设计,可用于快速沉积金属与金属氮化物多层防护厚膜,具有替代传统电镀硬Cr的潜力,并成功应用于造纸机筛鼓叶片上。(3)新型大面积电弧源与其他薄膜制备技术结合,可在核反应堆的锆合金结构件上,制备复杂多组元的MAX相Ti2AlC厚膜,以提高锆合金工件的耐事故能力。复合技术可以避免引入H元素造成氢脆,在核用Zr-4合金表面快速沉积,获得约20 μm致密的Ti-Al-C膜层。550 ℃、650℃、750℃和850℃的真空退火研究显示,最低需要650℃能够获得Ti2AlC结构,更高的温度会加速Ti2AlC的生成,高温对制备Ti2AlC相厚膜是必备的。结果证明大面积电弧源技术亦可与其他镀膜技术合理组合,快速沉积多组元陶瓷厚膜。
薛梦莹[8](2019)在《高温隔热/承载一体化热防护连接件的设计与高温失效机理研究》文中研究指明近空间高超声速飞行器中热防护系统是不可缺少的重要组成,热防护系统通过各个结构的连接构成整个体系来实现其工作性能。其中热结构连接件的强度和可靠性关系到飞行器的结构安全,其隔热性能关系到整个热防护系统的隔热能力。热结构连接件的一个设计难点是避免连接结构因“热桥”效应而失效,即如何保证热防护系统中的连接结构在传递荷载同时又不能造成过多的热流失,因此设计出一种高强度、低热导率的热连接螺栓具有重要的意义。本文首先设计、制备出一种低孔隙率、低热导率、高强度的多层梯度Ni/Y2SiO5复合材料。其中多孔Y2SiO5陶瓷(孔隙率为30%)的热导率为0.378W/m·K,混合Ni形成的金属-陶瓷复合材料同时具有高剪切强度(62.12MPa,20%vtNi/Y2SiO5)以及变化较小的热导率为0.456W/m·K。研究了不同梯度组成、承载位置对多层梯度复合材料热学参数及力学参数的影响。运用ABAQUS有限元分析软件进行模拟验证,模拟得到0%/10%/20%梯度组成的多层复合材料所表征的剪切强度(57.41MPa)优于0%/5%/10%梯度的剪切强度(49.78MPa),其中要注意避免在弱界面处发生剪切破坏。破坏形式主要以沿着剪切面发生脆性破坏,对于Ni的增强有减缓脆性破坏的效果。在高温下多层梯度材料承受剪切作用时,剪切强度会随着温度的升高降低,但衰减程度有所减缓。其次研究了典型多层梯度Ni/Y2SiO5复合材料螺栓在高温下的热力耦合行为。分析了热力耦合作用下应力集中对螺栓承载力的影响,螺栓的等效热导率为0.402 W/m·K,主要由中间层多孔陶瓷为结构整体提供隔热作用,较多孔陶瓷(0.378W/m·K)相比热导率变化不大。但结构由于螺帽和螺纹的设置而产生的应力集中,影响了螺栓结构的剪切强度(16.87MPa)。最后综合考虑螺栓的承载能力及隔热性能,对梯度组成和尺寸进行结构优化。在通过模拟中根据组成结构的残余热应力影响最小,相对隔热性能最优的结构确定为强化层厚4mm,过渡层厚6.5mm,隔热层厚3mm,进行设计。所得到的优化结构有效结构热导率为0.435W/m·K,热力耦合作用下剪切强度为15.46MPa。
刘凯歌[9](2019)在《SPS制备Ti-35Nb-7Zr-5Ta医用材料的组织及性能研究》文中研究指明钛合金拥有较为优异的力学性能、耐磨和耐腐蚀性能,是目前应用最广泛的金属植入材料。然而,目前使用的钛合金生物植入材料仍存在弹性模量较高、生物活性较差以及部分材料在人体内可能会释放出有毒元素等不足。因此,本文选择弹性模量最低的无毒性的β型Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金,通过添加造孔剂NH4HCO3制备多孔结构降低弹性模量,通过碱的表面处理或添加HA制备β-Ti基复合材料增加生物活性,从而制备出低弹性模量、高生物活性、无毒性的人工骨植入材料。本文采用了放电等离子烧结(SPS)技术制备了不同性能的Ti-35Nb-7Zr-5Ta植入材料,研究了材料的相对密度、微观组织、弹性模量、抗压强度及生物活性。在不同的烧结温度下,Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金的相对密度均随着烧结温度的升高而升高。该钛合金都是由β-Ti和少量的α-Ti、Nb、Ta相组成,并且随着烧结温度的升高元素扩散更加均匀,使β-Ti相增加,α-Ti、Nb、Ta相减少。烧结温度的升高,材料的弹性模量从43GPa上升到53GPa,高于人骨。其抗压强度从1563MPa升高至1777MPa。钛合金在模拟体液(SBF)中浸泡表现出生物惰性,而经过不同浓度的NaOH处理的钛合金均提高了生物活性,其中10mol/L的NaOH处理后的钛合金生物活性最佳。(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的相对密度随着烧结温度的升高逐渐增加,随着HA含量的增加逐渐降低。复合材料的相均是由β-Ti、α-Ti及新形成的陶瓷相CaZrO3、CaO、Ti2O、Ti5P3和Ca3(PO4)2组成。复合材料的弹性模量在30-95GPa范围变化,略高于人骨,需进一步降低。其抗压强度在593-1978MPa之间变化,抗压强度满足植入要求。添加HA的复合材料均具有一定的生物活性,随着烧结温度的升高,生物活性逐渐降低,随着HA含量的增加,生物活性逐渐提高。950℃下添加15wt.%HA复合材料的力学性能和生物活性满足植入材料的要求。多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金的开孔率随着烧结温度的升高逐渐下降,随着NH4HCO3含量的增加逐渐上升。多孔结构主要由NH4HCO3分解留下的大孔和烧结不致密留下的小孔相互连通而成。多孔钛合金的相都是由β-Ti、α-Ti、Nb、Ta组成。多孔钛合金的弹性模量,能在1.1-6.0GPa范围内调控,与人骨适配。但其抗压强度在32-160MPa范围内变化,略低于人骨。多孔钛合金在SBF中浸泡均表现出生物惰性,而经过不同浓度的NaOH处理的钛合金表面展现出了很高的生物性,其中10mol/L的NaOH处理后的钛合金表面形成多层致密的类骨磷灰石。多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的密度随着NH4HCO3含量的升高逐渐降低,随着HA含量的升高逐渐升高。该材料的相都是由β-Ti、α-Ti及新形成的陶瓷相Ti2O、CaZrO3、CaO、Ti5P3组成。多孔复合材料的弹性模量,在12-52GPa范围内变化,能实现与人骨匹配。该材料的抗压强度在255-1696MPa变化,满足植入要求。因此,多孔复合材料具有优异的力学相容性。添加HA的多孔复合材料均具有一定的生物活性,随着NH4HCO3和HA含量的升高,生物活性逐渐提高,但生物活性不如碱处理工艺的效果好,有待进一步提高。综上所述,使用SPS技术制备的以β-Ti为基体的无毒性多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料,具有与人体适配的力学性能,又具有较好的生物活性,是综合性能优异的生物植入材料,具有潜在的应用价值。
魏东辉[10](2018)在《CrON基太阳能选择性吸收涂层的制备及其性能研究》文中研究表明太阳能光热利用具有清洁无污染、成本低、效率高等特点,是目前太阳能利用的主要方式之一,而太阳能光谱选择性吸收涂层是太阳能光热转化的核心部件,然而太阳能光谱选择性吸收涂层目前主要面临以下几个问题:(1)涂层在高温下存在明显的元素扩散和氧化;(2)涂层中的非晶、纳米晶组织在高温下会发生晶化或再结晶等现象使涂层的微观结构发生改变;(3)涂层与基底材料存在热膨胀系数的差异导致膜层出现分层、开裂、剥落等现象;(4)涂层的耐腐蚀性有待提高。针对太阳能光谱选择性吸收涂层在高温下的元素扩散、氧化、涂层的开裂、脱落,以及盐雾环境下的耐候性及其深层的物理、化学机制尚不明确等问题,我们把注意力集中在过渡金属铬(Cr)及其氧化物、氮氧化物身上,因为这类材料具有极强的抗高温氧化性;此外,这类材料通过控制氧、氮或其他掺杂元素的含量可以对其禁带宽度进行有效调控,进而使得该类材料拥有良好的光吸收率。同时,我们还将重点分析由这类材料制备的太阳能光谱选择性吸收涂层在高温下发生的元素扩散和氧化引起的涂层的结构和成分变化的物理、化学机制和在中性盐雾环境下发生的电化学腐蚀的腐蚀机制和腐蚀原理,为后续优化或研发更优热稳定性和耐腐蚀性的太阳能光谱选择性吸收涂层提供实验和理论支撑。围绕上述问题,本文以金属铬及其氧化物和氮氧化物组成的金属陶瓷层作为光吸收层,采用磁控溅射法制备的太阳能光谱选择性吸收涂层,即Al/CrOx/CrOx Ny/SiO2(简称CrON基)多层金属陶瓷涂层为研究载体,把探索其在高温和盐雾环境下的光学性能衰减的物理、化学机制作为研究目标,开展的研究内容包括以下4个主要方面:(1)CrOx和CrOx Ny吸收层的设计与制备工艺研究;(2)CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层光热性能研究;(3)CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层热稳定性研究;(4)CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层耐腐蚀性研究。采用探索性研究方法结合定量、定性分析,得到如下成果和结论:(1)在CrOx和CrOx Ny薄膜中,当氧含量较高时,CrOx和CrOx Ny薄膜中主要的物相为Cr2O3;当氧的含量较低时,主要的物相为单质Cr;而当氧含量居中时,则由Cr2O3和Cr相共同组成。在CrOx Ny薄膜中,还存在微量的CrO2N6结晶相。此外,随着氧含量的减小,CrOx、CrOx Ny薄膜折射率和消光系数均逐步减小,呈现出典型的电介质特性。(2)制备的Al/CrOx/CrOx Ny/SiO2金属陶瓷涂层的光吸收率为0.947,热发射率为0.05(100°C),其中CrOx层为主要的光吸收层;涂层的表面晶粒尺寸、大小分布均匀,除了少量的晶粒尺寸较大以外,未观察到明显的缺陷;涂层的内部存在大量的非晶结构,同时也存在大小不一,分布不均的结晶相,如Cr2O3、Cr、CrO2N6等。同时在这些结晶相中存在不同程度的晶格畸变。(3)根据EN ISO 9806-2013测试标准,Al/CrOx/CrOx Ny/SiO2金属陶瓷涂层具有良好的热稳定性,可用于平板太阳能集热器的太阳能光谱吸收层;同时,在高温加速老化实验中,涂层的沉积态和退火态的界面发生了不同程度的元素扩散和氧化。氧化产物主要为Cr2O3和Al2O3;此外,涂层本身自带的缺陷,如微裂纹、孔洞、位错、层错等,在高温条件下将大大促进元素的扩散和氧化。(4)Al/CrOx/CrOx Ny/SiO2涂层在盐雾环境下腐蚀过程为:涂层中的Cr、Al等金属颗粒作为阳极而溶解;与此同时,氯离子将涂层中的CrOx、CrNx Oy和Al2O3等难溶物转变为易溶的氯化物。得到的Cr3+和Al3+与氧溶解生成的OH-离子反应生成相应的氢氧化物,干燥时Cr(OH)3和Al(OH)3脱水,即得到相应的腐蚀产物,且腐蚀产物易于聚集在涂层表面和各亚层界面处。形貌上表现为随着盐雾腐蚀时间增加,该涂层表面粗糙度逐渐增加,小晶粒和非晶相逐渐消失而留下较多的微凹坑、微孔洞和微裂纹。(5)Al/CrOx/CrOx Ny/SiO2涂层在35°C下经1.0wt%、3.0wt%和5.0wt%的氯化钠盐雾腐蚀96h后,吸收率分别下降了0.040、0.059、0.115,发射率分别大幅地上升了0.098、0.221、0.381。涂层在盐雾腐蚀过程中的光吸收率变化可用经验公式Y=y0+Ae-t/B描述,热发射率变化可用经验公式Y=y0+B1 t+B2 t2+B3 t3描述。
二、日开发出多层多孔金属陶瓷材料(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、日开发出多层多孔金属陶瓷材料(论文提纲范文)
(1)Ti-Si金属间化合物多孔膜的制备与表征(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 多孔金属材料 |
1.3 多孔钛合金 |
1.3.1 多孔钛合金应用现状 |
1.3.2 Ti-Si金属间化合物研究现状 |
1.4 多孔梯度膜材料 |
1.4.1 研究现状 |
1.4.2 多孔梯度膜材料的分类 |
1.4.3 金属梯度多孔膜材料的制备方法 |
1.5 本课题研究内容及意义 |
第二章 实验原料及基本工艺 |
2.1 原料 |
2.2 实验设备 |
2.3 原材料物理性能表征 |
2.3.1 原始粉末粒径 |
2.3.2 原始粉末密度 |
2.4 实验方案 |
2.4.1 实验流程 |
2.4.2 样品制备 |
2.4.3 烧结反应原理 |
2.5 Ti-Si金属间化合物膜材料微观形貌与成分表征 |
2.5.1 微观形貌观察 |
2.5.2 物相分析 |
2.5.3 梯度膜层元素标定与成分分析 |
2.6 孔结构性能测试 |
2.6.1 最大冒泡孔径 |
2.6.2 透气率(相对透气系数) |
第三章 Ti-Si金属间化合物膜材料的孔结构表征 |
3.1 粉末粒度对Ti-Si金属间化合物膜材料的影响 |
3.1.1 基体粉末粒度对基体微观结构的影响 |
3.1.2 基体粉末粒度对梯度层微观孔结构的影响 |
3.1.3 基体粉末粒度对梯度层断口微观形貌的影响 |
3.1.4 物相分析 |
3.2 烧结温度对Ti-Si金属间化合物膜材料的影响 |
3.2.1 烧结温度对梯度层微观孔结构的影响 |
3.2.2 烧结温度对梯度层断口微观形貌的影响 |
3.2.3 物相分析 |
3.3 烧结压力对Ti-Si金属间化合物膜材料的影响 |
3.3.1 烧结压力对梯度膜层微观孔结构的影响 |
3.3.2 烧结压力对梯度层断口微观形貌的影响 |
3.3.3 物相分析 |
3.4 过滤性能 |
3.4.1 最大冒泡孔径 |
3.4.2 相对透气率 |
3.5 本章小结 |
第四章 Ti-Si金属间化合物膜层成形机理 |
4.1 膜层孔结构成形机理 |
4.2 膜层相组织转变 |
4.2.1 基体粉末粒径对梯度膜层相组织的影响 |
4.2.2 烧结温度对梯度膜层相组织的影响 |
4.2.3 烧结压力对梯度层相组织的影响 |
4.3 本章小结 |
第五章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
(2)固体氧化物燃料电池Ni-Co-Fe合金支撑体的制备与性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 固体氧化物燃料电池(SOFC) |
1.3 金属支撑型固体氧化物燃料电池 |
1.3.1 金属支撑体材料 |
1.3.2 金属支撑体制备工艺 |
1.3.3 单电池制备工艺 |
1.3.4 CH_4 燃料适应性 |
1.4 课题研究意义、内容 |
第二章 实验材料及研究方法 |
2.1 实验试剂和设备 |
2.2 阴极粉体制备 |
2.3 MS-SOFC的制备 |
2.3.1 NCF支撑体的制备 |
2.3.2 半电池的制备 |
2.3.3 单电池的制备 |
2.4 材料表征方法 |
2.4.1 相成分分析(XRD) |
2.4.2 显微形貌分析(SEM) |
2.4.3 孔隙率测量 |
2.4.4 热膨胀系数测量(CTE) |
2.5 支撑体催化性能测试 |
2.6 电化学性能测试 |
2.6.1 电化学阻抗谱测试 |
2.6.2 电流-电压-功率密度曲线测试 |
第三章 金属支撑体性能研究 |
3.1 NCF支撑体相结构分析 |
3.2 NCF支撑体显微结构分析 |
3.2.1 支撑体还原前后微观形貌 |
3.2.2 NCF支撑体孔隙率测试 |
3.3 热膨胀系数(CTE)测量 |
3.4 CH_4 催化活性测试 |
3.5 本章小结 |
第四章 NCF-SOFC电化学性能研究 |
4.1 单电池的微观结构分析 |
4.1.1 YSZ电解质材料 |
4.1.2 LSM-BSCF阴极材料 |
4.1.3 MS-SOFC断面形貌 |
4.2 H_2 燃料中MS-SOFC的电化学性能 |
4.3 CH_4 燃料中MS-SOFC的电化学性能 |
4.4 电池稳定性能 |
4.5 本章小结 |
第五章 全文总结 |
5.1 主要结论 |
5.2 创新点 |
5.3 发展展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读学位期间参加科研情况及获得的学术成果 |
(3)SiC/Ti梯度材料的烧结工艺基础与致密化机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 文献综述 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 金属/陶瓷梯度材料的发展和应用 |
1.2.1 金属/陶瓷梯度材料的发展 |
1.2.2 金属/陶瓷梯度材料的应用 |
1.3 热压烧结工艺研究现状 |
1.3.1 颗粒尺寸对致密化效果的影响 |
1.3.2 烧结工艺对致密化效果的影响 |
1.3.3 烧结过程物质迁移机制 |
1.3.4 烧结致密化过程 |
1.4 SiC热压烧结研究现状 |
1.4.1 SiC的热压烧结工艺 |
1.4.2 烧结助剂对SiC致密化的影响 |
1.4.3 SiC烧结的致密化机理 |
1.4.4 SiC烧结的温度限制 |
1.5 金属/陶瓷梯度材料的结构、制备与使用性能 |
1.5.1 金属/陶瓷层状复合材料的结构及其优化 |
1.5.2 金属/陶瓷梯度材料的设计方法 |
1.5.3 金属/陶瓷梯度材料的烧结方法 |
1.5.4 金属/陶瓷梯度材料的热应力分布 |
1.5.5 金属/陶瓷梯度材料的断裂失效行为 |
1.6 烧结材料表征方法研究现状 |
1.6.1 烧结动力学研究方法 |
1.6.2 组织结构观测方法 |
1.6.3 性能评价指标与方法 |
1.7 本章小结 |
2 研究内容与实验方案 |
2.1 研究内容 |
2.2 研究方案 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 技术路线 |
2.3 实验设备 |
2.4 实验方法 |
2.4.1 以Mg为烧结助剂的SiC低温液相烧结研究 |
2.4.2 以Mg_2Si为烧结助剂的SiC低温固相烧结研究 |
2.4.3 SiC/Ti梯度材料的制备与组织结构研究 |
2.4.4 Ni_3Al对SiC和Ti烧结致密化的影响 |
2.4.5 SiC/Ti梯度材料的制备与表征 |
2.5 主要创新点 |
3 SiC低温液相烧结工艺与组织演变 |
3.1 多径球磨工艺快速细化SiC粉末颗粒 |
3.1.1 多径球磨前后SiC颗粒的变化 |
3.1.2 多径球磨快速细化粉末颗粒机理 |
3.1.3 多径球磨过程中的能量转换 |
3.2 SiC低温液相烧结工艺开发 |
3.2.1 低温液相烧结SiC陶瓷的成分与组织 |
3.2.2 原材料颗粒尺寸对SiC烧结质量的影响 |
3.2.3 烧结助剂对SiC烧结质量的影响 |
3.2.4 烧结时间对SiC烧结质量的影响 |
3.3 SiC陶瓷低温液相烧结组织演变 |
3.3.1 Mg合金的变形与作用机制 |
3.3.2 低温液相烧结SiC陶瓷的亚结构 |
3.3.3 孔洞在SiC低温液相烧结致密化中的作用 |
3.3.4 Mg与SiC的界面结构 |
3.4 本章小结 |
4 SiC低温固相烧结工艺与组织演变 |
4.1 SiC低温固相烧结的组织演变与性能变化 |
4.1.1 SiC低温固相烧结的组织演变 |
4.1.2 SiC低温固相烧结的性能变化 |
4.2 Mg_2Si的作用与组织演变 |
4.2.1 Mg_2Si的组织演变规律 |
4.2.2 Mg_2Si的取向演变规律 |
4.2.3 Mg_2Si与SiC基体的界面结构 |
4.3 SiC的低温固相烧结动力学 |
4.4 本章小结 |
5 无中间过渡成分SiC/Ti梯度材料的组织结构与致密化机理 |
5.1 SC/Ti梯度材料的组织结构 |
5.1.1 SiC/Ti梯度材料的整体结构 |
5.1.2 SiC/Ti梯度材料的显微组织 |
5.2 SiC与Ti的烧结反应机理 |
5.2.1 SiC/Ti梯度材料的致密化机理 |
5.2.2 SiC与Ti的界面反应机理 |
5.3 本章小结 |
6 Ni_3Al对SiC和Ti烧结质量的影响与反应机理研究 |
6.1 Ni_3Al对SiC组织与性能的影响 |
6.1.1 Ni_3Al对SiC陶瓷显微组织的影响 |
6.1.2 Ni_3Al对SiC陶瓷致密度与力学性能的影响 |
6.1.3 Ni_3Al对SiC陶瓷的强韧化作用机理 |
6.2 Ni_3Al与Ti反应的高通量研究 |
6.2.1 Ni_3Al/Ti梯度试样的整体结构 |
6.2.2 Ni_3Al/Ti梯度试样的孔洞结构与形貌 |
6.2.3 Ni_3Al/Ti梯度试样的显微组织与成分 |
6.2.4 Ni_3Al与Ti的烧结反应机理 |
6.3 本章小结 |
7 含Ni_3Al过渡成分SiC/Ti梯度材料的组织与致密化机理 |
7.1 含Ni_3Al过渡成分的SiC/Ti梯度材料 |
7.1.1 含Ni_3Al过渡成分SiC/Ti梯度材料的结构 |
7.1.2 含Ni_3Al过渡成分SiC/Ti梯度材料的显微组织 |
7.1.3 含Ni_3Al过渡成分SiC/Ti梯度材料的烧结动力学研究 |
7.2 含Ni_3Al过渡成分与TiAl层的SiC/Ti梯度材料 |
7.2.1 含TiAl中间层SiC/Ti梯度材料的结构 |
7.2.2 含TiAl中间层SiC/Ti梯度材料的显微组织 |
7.2.3 Ni_3Al/TiAl与TiAl/Ti的界面结构 |
7.2.4 含TiAl中间层SiC/Ti梯度材料的烧结动力学研究 |
7.3 本章小结 |
8 结论 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(4)高硬度三元硼化物基金属陶瓷的设计与制备研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 选题背景和意义 |
2 文献综述 |
2.1 超硬材料和硬质材料 |
2.2 三元硼化物基金属陶瓷的国内外研究现状 |
2.2.1 反应硼化烧结 |
2.2.2 Mo_2FeB_2-Fe金属陶瓷 |
2.2.3 Mo_2NiB_2-Ni金属陶瓷 |
2.2.4 WCoB-Co金属陶瓷 |
2.2.5 WFeB-Fe金属陶瓷 |
2.2.6 W_2NiB_2-Ni金属陶瓷 |
2.2.7 MoCoB+Mo_2CoB_2硬质涂层 |
2.2.8 存在问题 |
2.3 第一性原理基础理论 |
2.3.1 求解Schrodinger方程及近似处理 |
2.3.2 密度泛函理论 |
2.3.3 交换-关联泛函简化 |
2.3.4 常用第一性原理计算软件 |
2.4 研究内容及技术路线 |
3 计算方法、实验制备及表征方法 |
3.1 计算方法 |
3.2 实验制备 |
3.2.1 原料 |
3.2.2 样品的制备 |
3.3 分析与测试 |
4 硬质相的筛选 |
4.1 引言 |
4.2 模型和计算方法 |
4.3 结构和晶格参数 |
4.4 三元硼化物的性质 |
4.4.1 弹性常数 |
4.4.2 德拜温度 |
4.4.3 硬度 |
4.4.4 态密度 |
4.5 三元硼化物的筛选 |
4.6 本章小结 |
5 MoCoB-Co金属陶瓷的相演变和组织演变 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 烧结过程中的相演变 |
5.3.1 烧结过程中的物相分析 |
5.3.2 烧结粉末的差热分析 |
5.3.3 烧结过程中的相演变规律 |
5.4 烧结过程中的组织演变 |
5.4.1 烧结体的致密化过程 |
5.4.2 烧结体的显微组织 |
5.4.3 烧结体的断口形貌 |
5.5 纳米多孔结构的形成机理和液相形成机理 |
5.6 本章小结 |
6 化学成分对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响 |
6.1 引言 |
6.2 实验设计 |
6.3 不同Mo/B原子比对组织和性能的影响 |
6.3.1 物相分析 |
6.3.2 组织形貌 |
6.3.3 断口形貌 |
6.3.4 断口腐蚀形貌 |
6.3.5 界面 |
6.3.6 力学性能 |
6.4 不同Co含量对组织和性能的影响 |
6.4.1 组织形貌 |
6.4.2 力学性能 |
6.5 讨论 |
6.6 本章小结 |
7 过渡金属元素掺杂MoCoB的第一性原理计算 |
7.1 引言 |
7.2 模型和计算方法 |
7.3 过渡金属元素对MoCoB力学性能的影响 |
7.3.1 掺杂过渡金属的原子占位 |
7.3.2 弹性常数 |
7.3.3 德拜温度 |
7.3.4 硬度 |
7.4 本章小结 |
8 Cr、Ni和Mn对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响 |
8.1 引言 |
8.2 实验方法 |
8.3 Cr添加对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响 |
8.3.1 显微组织 |
8.3.2 力学性能 |
8.4 Ni添加对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响 |
8.4.1 显微组织 |
8.4.2 力学性能 |
8.5 Mn添加对MoCoB-Co金属陶瓷组织和性能的影响 |
8.5.1 显微组织 |
8.5.2 力学性能 |
8.6 讨论 |
8.7 与硬质合金对比 |
8.8 本章小结 |
9 结论及主要创新点 |
9.1 结论 |
9.2 主要创新点 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(5)Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料的制备及性能表征(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 多孔材料简介 |
1.1.1 金属多孔材料 |
1.1.2 金属间化合物多孔材料 |
1.1.3 陶瓷多孔材料 |
1.1.4 高分子多孔材料 |
1.2 梯度多孔材料简介 |
1.2.1 陶瓷梯度多孔材料 |
1.2.2 金属梯度多孔材料 |
1.2.3 金属-陶瓷梯度多孔材料 |
1.3 本文的研究背景、主要内容及研究意义 |
1.3.1 研究背景 |
1.3.2 主要内容 |
1.3.3 研究意义 |
第二章 实验设计及方法 |
2.1 实验材料及设备 |
2.1.1 实验原料参数 |
2.1.2 实验仪器参数 |
2.2 实验方案 |
2.2.1 实验流程 |
2.2.2 样品制备 |
2.2.3 反应原理 |
2.3 Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的组织成分、结构分析及性能表征 |
2.3.1 成分及组织形貌分析 |
2.3.2 物理性能测试 |
2.3.3 多孔材料的过滤性能表征 |
2.3.4 多孔材料的热膨胀系数 |
第三章 Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的制备与表征 |
3.1 Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的制备工艺 |
3.1.1 烧结设备 |
3.1.2 烧结工艺 |
3.2 粉末粒度对Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的影响 |
3.2.1 Ti粉的表征 |
3.2.2 粉末粒度对基体层微观孔结构的影响 |
3.2.3 粉末粒度对多孔膜层微观孔结构的影响 |
3.2.4 粉末粒度对多孔膜层微观断口形貌的影响 |
3.2.5 物相分析 |
3.3 烧结温度对Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的影响 |
3.3.1 烧结温度对基体层微观孔结构的影响 |
3.3.2 烧结温度对多孔膜层微观孔结构的影响 |
3.3.3 烧结温度对多孔膜层微观断口形貌的影响 |
3.3.4 物相分析 |
3.4 保温时间对Ti-Ti_5Si_3复合梯度多孔材料的影响 |
3.4.1 保温时间对基体层微观孔结构的影响 |
3.4.2 保温时间对多孔膜层微观孔结构的影响 |
3.4.3 保温时间对多孔膜层微观断口形貌的影响 |
3.4.4 物相分析 |
3.5 本章小结 |
第四章 梯度多孔材料的过滤性能 |
4.1 粉末粒度对孔径的影响 |
4.2 粉末粒度对相对透气系数的影响 |
4.3 粉末粒度对相对渗透系数的影响 |
4.4 烧结工艺对相对透气系数的影响 |
4.5 烧结工艺对相对渗透系数的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 Ti_5Si_3多孔膜层孔结构成形机理 |
5.1 生坯的制备 |
5.2 生坯的孔隙率 |
5.3 热膨胀系数 |
5.4 孔结构成形机理 |
5.5 本章小结 |
第六章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
(6)(Ti,Zr)C固溶体粉末的制备及其调幅分解特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 Ti(C,N)基金属陶瓷概述 |
1.2.1 Ti(C,N)基金属陶瓷的发展历程 |
1.2.2 Ti(C,N)基金属陶瓷微结构 |
1.2.3 集成计算材料工程(ICME)在金属陶瓷的应用 |
1.3 Ti(C,N)基金属陶瓷增韧研究 |
1.3.1 Ti(C,N)基金属陶瓷常用增韧方法 |
1.3.2 调幅分解对材料开发的意义 |
1.3.3 (Ti,Zr)C调幅分解的研究进展 |
1.4 固溶体的制备方法 |
1.4.1 碳热还原法 |
1.4.2 机械球磨法 |
1.4.3 热压烧结法 |
1.4.4 预合金化碳化法 |
1.5 研究目的、内容与方法 |
1.5.1 本文研究目的及意义 |
1.5.2 研究内容 |
1.5.3 工艺路线 |
1.5.4 论文创新点 |
第二章 实验方法、设备及性能表征 |
2.1 引言 |
2.2 实验所需原料及设备 |
2.3 制备工艺 |
2.3.1 固溶体粉末制备 |
2.3.2 固溶体粉末时效处理 |
2.3.3 金属陶瓷制备 |
2.4 样品检测 |
2.4.1 密度 |
2.4.2 钴磁 |
2.4.3 矫顽磁力 |
2.4.4 显微硬度 |
2.4.5 抗弯强度 |
2.4.6 显微组织结构 |
2.4.7 X射线衍射分析 |
第三章 (Ti_x,Zr_(1-x))C固溶体制备 |
3.1 引言 |
3.2 实验制备 |
3.2.1 (Ti,Zr)C原料混料工艺研究 |
3.2.2 (Ti_x,Zr_(1-x))C固溶体的制备 |
3.3 实验结果与分析 |
3.3.1 混料方式对(Ti,Zr)C固溶体的影响 |
3.3.2 (Ti_x,Zr_(1-x))C固溶体 |
3.4 (Ti_x,Zr_(1-x))C固溶体的第一性原理计算 |
3.5 本章小结 |
第四章 (Ti,Zr)C时效处理后微结构演变及分析 |
4.1 引言 |
4.2 实验制备 |
4.2.1 (Ti,Zr)C制备 |
4.2.2 时效温度对(Ti,Zr)C固溶体调幅分解的影响 |
4.2.3 时效时间对(Ti,Zr)C固溶体调幅分解的影响 |
4.3 实验结果及分析 |
4.3.1 试验检测 |
4.3.2 XRD衍射结果与分析 |
4.3.3 SEM结果与分析 |
4.4 (Ti,Zr)C固溶体调幅分解成分测试 |
4.5 本章小结 |
第五章 WC含量对(W,Ti,Zr)C固溶体调幅分解和显微结构的影响 |
5.1 引言 |
5.2 成分设计及固溶体制备 |
5.3 WC对(W,Ti,Zr)C固溶体调幅分解的影响 |
5.4 WC对(W,Ti,Zr)C复式碳化物显微结构的影响 |
5.5 相场法模型 |
5.5.1 化学自由能 |
5.5.2 弹性应变能 |
5.5.3 方程数值求解 |
5.5.4 程序的设计 |
5.6 模拟结果分析 |
5.6.1 不计弹性能作用效果的Ti-Zr-C与 Ti-Zr-W合金调幅分解模拟 |
5.7 本章小结 |
第六章 结论 |
6.1 总结 |
6.2 问题与展望 |
参考文献 |
读硕士学位期间主要研究成果 |
致谢 |
(7)大弧源电弧离子镀厚膜沉积及其应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
主要符号表 |
1 绪论 |
1.1 厚膜研究的必要性 |
1.2 厚膜的应用需求 |
1.3 厚膜制备技术 |
1.3.1 电化学沉积 |
1.3.2 高功率磁控溅射 |
1.3.3 喷涂技术 |
1.3.4 化学气相沉积 |
1.3.5 蒸镀 |
1.3.6 电弧离子镀 |
1.4 电弧离子镀制备厚膜的问题 |
1.4.1 金属熔滴多 |
1.4.2 残余应力大 |
1.4.3 生长速率慢 |
1.5 本文主要研究思路 |
2 实验与表征 |
2.1 实验设备 |
2.2 基体与膜层材料 |
2.3 基体镀前处理 |
2.4 工艺参数 |
2.5 性能测试方法 |
3 新型大面积电弧源 |
3.1 传统弧源结构 |
3.2 新弧源结构及磁场特点 |
3.3 定位/三维旋转可变的转架设计 |
3.4 本章小结 |
4 工艺优化及膜层结构设计 |
4.1 生长速率 |
4.2 膜基结合增强 |
4.3 本章小结 |
5 单层厚Cr膜制备及性能研究 |
5.1 沉积温度对基体的影响 |
5.2 厚Cr膜常温下结构和性能 |
5.2.1 显微组织结构 |
5.2.2 膜基结合强度 |
5.2.3 堆内腐蚀性能 |
5.3 厚Cr膜高温抗氧化行为 |
5.3.1 表面与截面形貌 |
5.3.2 成分分析 |
5.3.3 高温氧化机理的总结 |
5.4 Zr-4管件表面厚Cr膜 |
5.5 本章小结 |
6 Cr/CrN多层厚膜制备及性能研究 |
6.1 多层膜熔滴的进一步控制 |
6.2 膜层显微组织结构 |
6.3 N元素扩散机制 |
6.4 Cr调制层对Cr/CrN多层机械性能的影响 |
6.5 高温抗氧化行为 |
6.6 实际工件的膜层制备与应用 |
6.7 本章小结 |
7 多组元MAX相Ti_2AlC梯度厚膜制备 |
7.1 Ti_2AlC膜层制备条件 |
7.2 表面与截面形貌 |
7.3 Ti_2AlC相成分 |
7.4 退火温度和时间对合成Ti_2AlC相的影响 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
附录A 中子散射截面 |
附录B 陶瓷材料的物理性质表 |
攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
致谢 |
作者简介 |
(8)高温隔热/承载一体化热防护连接件的设计与高温失效机理研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 隔热材料研究现状 |
1.2.1 传统氧化物陶瓷 |
1.2.2 Y_2SiO_5陶瓷 |
1.3 颗粒增强陶瓷基复合材料研究现状 |
1.4 功能梯度材料制备方法研究现状 |
1.4.1 气相法 |
1.4.2 液相法 |
1.4.3 固相法 |
1.5 高温连接件结构研究现状 |
1.5.1 钢制(合金)连接件 |
1.5.2 高温合金连接件 |
1.5.3 C/SiC陶瓷基复合材料连接件 |
1.6 本文研究内容 |
2 Ni/Y_2SiO_5复合材料的力学模型 |
2.1 基于细观结构的Ni/Y_2SiO_5数值分析模型 |
2.1.1 Ni/Y_2SiO_5复合材料的微结构及制备工艺 |
2.1.2 Ni/Y_2SiO_5复合材料几何结构模型 |
2.2 Ni/Y_2SIO_5复合材料热学参数及力学参数计算方法 |
2.2.1 Ni/Y_2SiO_5复合材料的热学参数计算 |
2.2.2 Ni/Y_2SiO_5复合材料的力学性能计算 |
2.2.3 Ni/Y_2SiO_5复合材料的破坏分析 |
2.3 Ni/Y_2SiO_5高温下仿真分析及验证 |
2.3.1 热残余应力模拟分析 |
2.3.2 高温剪切实验 |
2.3.3 高温下Ni/Y_2SiO_5复合材料的破坏分析 |
2.4 本章小结 |
3 典型多层梯度Ni/Y_2SiO_5复合材料热连接件的失效行为分析及机理 |
3.1 典型多层梯度Ni/Y_2SiO_5复合材料热连接件的数值分析模型 |
3.1.1 螺栓基本结构及材料设计 |
3.1.2 螺栓承载结构与破坏模式 |
3.1.3 典型螺栓数值模型 |
3.2 典型多层梯度Ni/Y_2SiO_5复合材料热连接件的热计算分析 |
3.2.1 螺栓热导率计算 |
3.2.2 典型螺栓的热传导分析 |
3.2.3 典型螺栓的热力耦合分析 |
3.3 本章小结 |
4 多层梯度Ni/Y_2SiO_5复合材料热连接件的结构设计 |
4.1 多层梯度材料热连接件典型承载形式的强度设计 |
4.2 多层梯度材料热连接件的隔热设计 |
4.3 多层梯度材料热连接件结构的热残余应力影响 |
4.4 本章小结 |
5 结论 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(9)SPS制备Ti-35Nb-7Zr-5Ta医用材料的组织及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 医用植入材料的要求及分类 |
1.3 生物医用金属材料的发展现状及趋势 |
1.4 β型钛合金的发展现状及问题 |
1.5 放电等离子烧结制备技术及发展现状 |
1.6 课题的研究目的及内容 |
2 试验方法 |
2.1 试验的路线 |
2.2 样品制备 |
2.3 微观组织表征 |
2.4 物理性能的测试 |
2.5 压缩性能 |
2.6 体外矿化试验 |
3 Ti-35Nb-7Zr-5Ta钛合金及其碱处理的研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验设计 |
3.3 烧结温度对β-Ti合金相对密度的影响 |
3.4 烧结温度对β-Ti合金微观组织的影响 |
3.5 烧结温度对β-Ti合金力学性能的影响 |
3.6 β型Ti合金生物活性的研究 |
3.7 本章小结 |
4 生物活性(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验设计 |
4.3 生物活性(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料相对密度的研究 |
4.4 生物活性(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料微观组织演变 |
4.5 生物活性(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的力学性能及影响机理 |
4.6 (Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料生物活性的研究 |
4.7 本章小结 |
5 多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta钛合金及其碱处理的研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验设计 |
5.3 多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金密度和开孔率的研究 |
5.4 多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金微观组织演变 |
5.5 多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金的力学性能及影响机理 |
5.6 多孔Ti-35Nb-7Zr-5Ta合金生物活性的研究 |
5.7 本章小结 |
6 多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的研究 |
6.1 引言 |
6.2 试验设计 |
6.3 多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料密度和孔隙率的研究 |
6.4 多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料微观组织演变 |
6.5 多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料的力学性能及影响机理 |
6.6 多孔(Ti-35Nb-7Zr-5Ta)-HA复合材料生物活性的研究 |
6.7 本章小结 |
7 全文总结 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间发表论文及专利 |
(10)CrON基太阳能选择性吸收涂层的制备及其性能研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 引言 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 太阳能光谱选择性吸收涂层基本概念与设计原理 |
1.2.1 太阳能光谱选择性吸收涂层基本概念 |
1.2.2 太阳能光谱选择性吸收涂层基本原理 |
1.2.3 太阳能光谱选择性吸收涂层基本结构 |
1.2.4 太阳能光谱选择性吸收涂层制备方法 |
1.3 太阳能光谱选择性吸收涂层研究现状及进展 |
1.3.1 中低温太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展 |
1.3.2 高温太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展 |
1.4 选题依据 |
1.5 研究内容与方法 |
2 实验方案与表征方法 |
2.1 实验方案 |
2.1.1 实验试剂与实验装置 |
2.1.2 实验流程 |
2.2 样品制备与优化 |
2.3 表征方法 |
2.3.1 X射线衍射技术 |
2.3.2 扫描电子显微技术 |
2.3.3 透射电子显微技术 |
2.3.4 X射线光电能谱 |
2.3.5 俄歇电子能谱 |
3 CrO_x和CrO_xN_y吸收层的设计与制备工艺研究 |
3.1 CrO_x和CrO_xN_y吸收层的制备工艺参数 |
3.2 CrO_x和CrO_xN_y吸收层的微观形貌 |
3.3 CrO_x和CrO_xN_y吸收层的成分与微观结构 |
3.4 CrO_x和CrO_xN_y吸收层的光学常数 |
3.5 本章小结 |
4 CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层的设计与光学性能研究 |
4.1 Al/CrO_x/CrO_xN_y/SiO_2多层渐变金属陶瓷涂层的设计 |
4.2 Al/CrO_x/CrO_xN_y/SiO_2多层渐变金属陶瓷涂层的光学性能 |
4.3 Al/CrO_x/CrO_xN_y/SiO_2多层渐变金属陶瓷涂层的微观结构 |
4.4 本章小结 |
5 CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层热稳定性研究 |
5.1 高温加速老化实验 |
5.1.1 热稳定性标准测试 |
5.1.2 热稳定性高温测试 |
5.2 高温加速老化机制 |
5.2.1 元素扩散因素 |
5.2.2 元素氧化因素 |
5.2.3 微观缺陷等因素 |
5.3 本章小结 |
6 CrON基太阳能光谱选择性吸收涂层耐腐蚀性研究 |
6.1 盐雾腐蚀微观结构分析 |
6.1.1 氯化钠中性盐雾实验 |
6.1.2 盐雾腐蚀表面形貌分析 |
6.1.3 盐雾腐蚀元素扩散分析 |
6.1.4 盐雾腐蚀产物物相分析 |
6.2 盐雾腐蚀过程分析 |
6.3 盐雾腐蚀对光学性能的影响规律 |
6.3.1 盐雾浓度对涂层的吸收率的影响 |
6.3.2 盐雾浓度对涂层的发射率的影响 |
6.4 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 创新点 |
7.3 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
附录 |
四、日开发出多层多孔金属陶瓷材料(论文参考文献)
- [1]Ti-Si金属间化合物多孔膜的制备与表征[D]. 刘渊. 西安石油大学, 2021(09)
- [2]固体氧化物燃料电池Ni-Co-Fe合金支撑体的制备与性能研究[D]. 高文明. 西安石油大学, 2021(10)
- [3]SiC/Ti梯度材料的烧结工艺基础与致密化机理研究[D]. 李晶琨. 北京科技大学, 2021(08)
- [4]高硬度三元硼化物基金属陶瓷的设计与制备研究[D]. 杨国强. 北京科技大学, 2020(02)
- [5]Ti-Ti5Si3复合梯度多孔材料的制备及性能表征[D]. 刘卓萌. 西安石油大学, 2020
- [6](Ti,Zr)C固溶体粉末的制备及其调幅分解特性研究[D]. 田智豪. 湖南工业大学, 2020(02)
- [7]大弧源电弧离子镀厚膜沉积及其应用[D]. 胡小刚. 大连理工大学, 2019(06)
- [8]高温隔热/承载一体化热防护连接件的设计与高温失效机理研究[D]. 薛梦莹. 北京交通大学, 2019(01)
- [9]SPS制备Ti-35Nb-7Zr-5Ta医用材料的组织及性能研究[D]. 刘凯歌. 华中科技大学, 2019(03)
- [10]CrON基太阳能选择性吸收涂层的制备及其性能研究[D]. 魏东辉. 东北农业大学, 2018(02)