本文關(guān)鍵詞：基于晶須原位生長(zhǎng)的ZTA陶瓷連接工藝及機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： ZTA陶瓷 硼酸鋁晶須 原位生長(zhǎng) ABS微晶玻璃 高溫性能

【摘要】：ZTA陶瓷是一種利用Zr O2增韌Al2O3的復(fù)相陶瓷,具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐酸堿腐蝕以及較好的韌性,成為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中應(yīng)用廣泛的材料之一。實(shí)際應(yīng)用中,由于陶瓷材料加工性差,復(fù)雜構(gòu)件需要將簡(jiǎn)單構(gòu)件進(jìn)行連接,采用金屬釬料釬焊陶瓷會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)突出問(wèn)題:接頭中存在較大殘余應(yīng)力,耐高溫、耐腐蝕性能差等。本課題提出一種基于晶須原位生長(zhǎng)連接ZTA陶瓷的新方法,由于晶須具有與陶瓷接近的熱膨脹系數(shù),且晶須從ZTA陶瓷表面外延生長(zhǎng),與陶瓷具有良好的結(jié)合,降低接頭中的殘余應(yīng)力。利用掃描電鏡及能譜分析,X射線衍射,透射電鏡對(duì)ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須形貌和連接接頭的界面組織進(jìn)行分析,研究了工藝參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律。采用B2O3、B2O3+Cu O、B2O3+K2SO4、B2O3+Mn O2、B2O3+Zn O五種非金屬粉末均可以在ZTA陶瓷表面生長(zhǎng)形貌不同的晶須。單純利用B2O3在ZTA陶瓷表面生長(zhǎng)晶須的均勻性較差,且會(huì)有B2O3殘留。利用B2O3+Cu O生長(zhǎng)晶須的長(zhǎng)徑比較短;利用B2O3+K2SO4生長(zhǎng)晶須的分布均勻性變好,但晶須生長(zhǎng)方向與ZTA陶瓷母材夾角較小;利用B2O3+Mn O2和B2O3+Zn O生長(zhǎng)晶須的結(jié)晶度好,且分布均勻,生長(zhǎng)密度大,晶須直徑為500nm~2μm,長(zhǎng)度達(dá)到20~30μm,晶須生長(zhǎng)方向與陶瓷表面傾角大�；诰ы毶L(zhǎng)的研究結(jié)果,采用B2O3,B2O3+Mn O2,B2O3+Zn O粉末中間層通過(guò)原位生長(zhǎng)Al4B2O9和Al18B4O33晶須實(shí)現(xiàn)了ZTA陶瓷的自身連接。單獨(dú)使用B2O3進(jìn)行連接時(shí),接頭中晶須所占的體積分?jǐn)?shù)小于50%,接頭在最優(yōu)工藝參數(shù)下的抗彎強(qiáng)度為78MPa。采用B2O3+Mn O2和B2O3+Zn O粉末中間層時(shí),接頭的界面有了明顯改善,接頭中晶須所占的體積分?jǐn)?shù)約達(dá)到80%,但是接頭中會(huì)存在部分孔洞區(qū)域,接頭在最優(yōu)工藝參數(shù)下的抗彎強(qiáng)度分別為168MPa和163MPa。接頭經(jīng)過(guò)高溫?zé)嵫h(huán)后,強(qiáng)度下降明顯,當(dāng)熱循環(huán)溫度為1200℃時(shí),接頭強(qiáng)度不足50MPa。采用晶須生長(zhǎng)復(fù)合玻璃中間層在高溫下可以實(shí)現(xiàn)ZTA陶瓷的連接。通過(guò)ABS微晶玻璃的析晶行為,在連接過(guò)程中會(huì)在接頭中形成一種晶須復(fù)合玻璃相的接頭。在1400℃保溫lh得到的接頭由Al2Si O5玻璃相和Al18B4O33晶須組成的致密組織。接頭經(jīng)過(guò)1200℃高溫?zé)嵫h(huán)后強(qiáng)度為95MPa,接頭具有良好的高溫使用性能。
【關(guān)鍵詞】：ZTA陶瓷 硼酸鋁晶須 原位生長(zhǎng) ABS微晶玻璃 高溫性能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG49
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 課題背景及研究意義10
• 1.2 ZTA陶瓷的研究現(xiàn)狀及分析10-13
• 1.3 Al_2O_3陶瓷的連接13-17
• 1.3.1 Al_2O_3陶瓷的釬焊連接13-15
• 1.3.2 Al_2O_3陶瓷的擴(kuò)散連接15-16
• 1.3.3 Al_2O_3陶瓷的其他連接方法16-17
• 1.4 ZrO_2陶瓷的連接17-19
• 1.5 晶須的研究現(xiàn)狀19-22
• 1.5.1 晶須簡(jiǎn)介19
• 1.5.2 硼酸鋁晶須的制備方法19-21
• 1.5.3 硼酸鋁晶須的應(yīng)用21-22
• 1.6 本課題的研究?jī)?nèi)容22-24
• 第2章 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法24-29
• 2.1 試驗(yàn)材料24-25
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)備25-26
• 2.2.1 晶須生長(zhǎng)及連接設(shè)備25
• 2.2.2 玻璃中間層制備設(shè)備25-26
• 2.3 試驗(yàn)過(guò)程26-27
• 2.4 微觀組織分析及力學(xué)性能測(cè)試27-29
• 2.4.1 掃描電鏡(SEM)分析27
• 2.4.2 X射線衍射(XRD)分析27
• 2.4.3 透射電鏡(TEM)分析27
• 2.4.4 接頭力學(xué)性能測(cè)試27-29
• 第3章ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須及表征29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 以B_2O_3為原料在ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須29-33
• 3.2.1 保溫時(shí)間對(duì)ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須的影響30-32
• 3.2.2 生長(zhǎng)溫度對(duì)ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須的影響32-33
• 3.3 添加助熔劑對(duì)ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須的影響33-38
• 3.3.1 CuO作為助熔劑33-34
• 3.3.2 K_2SO_4作為助熔劑34-36
• 3.3.3 MnO_2作為助熔劑36-37
• 3.3.4 ZnO作為助熔劑37-38
• 3.4 晶須的表征38-41
• 3.4.1 XRD結(jié)果分析38-39
• 3.4.2 TEM結(jié)果分析39-41
• 3.5 ZTA陶瓷表面原位生長(zhǎng)晶須機(jī)理分析41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第4章 原位生長(zhǎng)硼酸鋁晶須連接ZTA陶瓷45-58
• 4.1 引言45
• 4.2 B_2O_3為中間層連接ZTA陶瓷45-48
• 4.2.1 工藝參數(shù)對(duì)接頭組織的影響45-47
• 4.2.2 工藝參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響47-48
• 4.3 B_2O_3+助熔劑為中間層連接ZTA陶瓷48-54
• 4.3.1 工藝參數(shù)對(duì)接頭組織的影響48-52
• 4.3.2 工藝參數(shù)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響52-54
• 4.3.2 高溫?zé)嵫h(huán)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響54
• 4.4 接頭斷口及斷裂模式分析54-55
• 4.5 原位生長(zhǎng)硼酸鋁晶須連接ZTA陶瓷機(jī)理分析55-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 晶須增強(qiáng)玻璃相連接ZTA陶瓷58-68
• 5.1 引言58
• 5.2 ABS微晶玻璃中間層的制備及表征58-60
• 5.3 利用ABS微晶玻璃中間層連接ZTA陶瓷典型界面分析60-62
• 5.4 高溫?zé)嵫h(huán)對(duì)接頭力學(xué)性能的影響62-63
• 5.5 接頭斷口及斷裂模式分析63-64
• 5.6 ABS微晶玻璃中間層連接ZTA陶瓷接頭界面形成機(jī)理64-66
• 5.7 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果73-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：663494