离心法制备梯度材料的制备与烧结开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

陶瓷/金属功能梯度(fgm)材料兼具陶瓷和金属的优越性,既有陶瓷耐高温、耐腐蚀等特性,又有金属的延展性、可焊接性等,可实现热应力的缓和及耐热绝热等功能。功能梯度材料体系繁杂,其制备方法也很多。如以陶瓷和金属固相颗粒为原料的制备方法,包括粉末冶金法、等离子喷涂法和自蔓延高温合成法(shs) 等;气相制备方法则包括物理气相沉积法( pvd)和化学气相沉积法(cvd) ;另外,还有电沉积法、激光熔覆法、部分晶化法、热分解法等。这些方法中,普遍认为材料残余应力的消除与降低是获得性能稳定的功能梯度材料的关键,也是目前功能梯度材料理论研究的重要内容。 然而,目前常规制备梯度材料的方法中,成分变化往往不能制备出连续分布的功能梯度材料,这成为陶瓷/金属功能梯度研究的一个难题。

梯度功能材料是日本学者于1984年首先提出来的。这一新材料的设想,与高新的航天技术的发展密切相关。航天飞机是人类征服宇宙空间时必需的运载工具。众所周知,目前的航天飞机是由火箭助推,垂直地穿越大气层进入外层空间后才进入轨道的,这种航天飞机不能充分利用大气中的氧气助燃,致使携带的助燃剂量增加。而且这种航天飞机不能像普通航空飞机那样能完全重复使用,且不能从一般的跑道起降,因而运输成本高、效率低、使用不方便。所以一些发达国家提出了许多面向21世纪的新一代航天飞机研制计划,如美国的东方快车(new orient express)、英国的"hotel”、法国的“hermes"、德国的“sanger”等。这些新型的航天飞机的特点之一是采用吸气式发动机,利用空气中的氧助燃。这种航天飞机要以近似水平地在大气层中以极超音速长时间飞行加速,机体表面与空气摩擦就产生很高;的温度。据模拟计算,机体头部前沿和发动机吸入口等处的温度高达1800左右,喷气发动机燃烧室壁的温度可能更高。为了使机体内部保持较低的温度,需用所携带的液氢对这些高温部位加以直接或间接冷却。当用现有的金属-陶瓷复合涂层材料时,由于金属和陶瓷的热膨胀系数和弹性模量相差较大,而且内外壁温差较大,这样将会在金属和陶瓷界面处产生很大的热应力而导致表面涂层脱落、剥离,甚至严重破坏而造成重大安全事故。特别是1986年美国“挑战者”号航天飞机发生爆炸事故以来,人们正在试图研制开发一种全新的能在极苛刻环境下长久使用的新型超耐热材料。梯度功能材料正是在上述背景下由日本科学家提出来的。

目前的制备方法主要存在的问题:

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

(1)掌握在离心力和重力等各种惯性力的作用下梯度分布形成的机理。

(2)掌握离心成型的方法制备梯度材料的原理及实验方法。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-9周:按照设计方案,配制相关的梯度材料料浆,采用离心成型,通过控制工艺参数来控制梯度的分布。

第10-12周:表征梯度材料的结构和性能。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]ji wb, zou b, zhang s, xing hy,etal.design and fabrication of gradient cutting tool, and its cutting performance[j].journal of alloys and compounds,2018, 732(25):25-31.

[2]zhou lm,xiong j,guo zx,etal.design and preparation of gradient graphite/cermets self-lubricating composites[j].journal of materials science amp; technology,2018,34(8):1378-1386.

[3]ji wb, zou b,liu yn,etal.frictional behavior and wear resistance performance of gradient cermet composite tool materials sliding against hard materials[j].ceramics international,2017,43(10):7816-7826.

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