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Al_2O_3/ZrO_2陶瓷激光近净成形工艺研究及性能分析

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人工晶体学报 2015年第11期44卷 3223-3227,3233页

作者：牛方勇吴东江石龙飞马广义张垚磊大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

利用激光近净成形技术及未添加任何粘结剂的纯陶瓷粉末直接制备了Al_2O_3/ZrO_2共晶陶瓷薄壁结构,对成形工艺进行了研究,获得了优化的工艺参数范围,并利用XRD、SEM及显微硬度测量等手段对成形样件的化学成分、微观组织、硬度及断裂韧性... 详细信息

利用激光近净成形技术及未添加任何粘结剂的纯陶瓷粉末直接制备了Al_2O_3/ZrO_2共晶陶瓷薄壁结构,对成形工艺进行了研究,获得了优化的工艺参数范围,并利用XRD、SEM及显微硬度测量等手段对成形样件的化学成分、微观组织、硬度及断裂韧性等进行了分析。结果表明,随激光功率的增加,成形件的裂纹呈先减少后增多的规律,裂纹数量在激光功率为454 W时开始明显减少,而当超过582 W时则又开始逐渐增多。成形样件的微观组织为共晶间距约100 nm的致密共晶组织,主要由稳定的α-Al_2O_3与t-Zr O_2构成,微观硬度最高可达17.5 GPa,断裂韧性为4.8±0.3 MPa·m^(1/2),达到了传统方法的制备水平。该研究表明激光近净成形技术基于陶瓷材料的熔化-凝固成形,为直接快速制备高性能陶瓷结构提供了一种全新的选择。

关键词：激光近净成形陶瓷 Al2O3 ZrO2

激光近净成形Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷工艺基础研究

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激光近净成形Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷工艺基础研究

作者：张垚磊大连理工大学

学位级别：硕士

Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷具有优异的机械性能、耐腐蚀性、抗氧化性和高温稳定性,在航空航天、海洋化工等领域的极端环境中有着巨大的应用潜力。近年来,美国桑迪亚国家实验室提出了一种以激光熔覆和快速成形技术为基础的激光近净成形技... 详细信息

Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷具有优异的机械性能、耐腐蚀性、抗氧化性和高温稳定性,在航空航天、海洋化工等领域的极端环境中有着巨大的应用潜力。近年来,美国桑迪亚国家实验室提出了一种以激光熔覆和快速成形技术为基础的激光近净成形技术(LENSTM),该技术能够利用粉末原材料直接成形出形状复杂的三维实体,脱离了传统加工所需要的模具和刀具,极大地缩短了生产周期。因此,激光近净成形技术在快速制备高性能共晶陶瓷结构件方面具有一定优势,特别在航空航天关键零部件制造领域有着广阔的发展前景。本文通过开展Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷激光近净成形实验,研究激光功率对成形质量的影响规律,获得成形质量较好的激光功率范围;通过有限元方法建立成形过程数值模型,分析温度场和应力场分布规律,揭示结构件裂纹产生、扩展机理;利用X射线衍射仪、扫描电镜、维氏硬度计等工具对样件进行相成分、微观组织、硬度和断裂韧性等特征分析。主要研究内容如下： (1)以Al2O3-ZrO2(Y2O3)陶瓷粉末为原材料,利用激光近净成形的方法进行成形实验,研究激光功率对成形件成形质量的影响规律,为提高共晶陶瓷结构件成形质量与成形过程激光功率的优化提供指导;(2)利用有限元ANSYS软件建立25层Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷薄壁件模型,分析激光近净成形过程,获得成形过程温度场和应力场分布规律,揭示激光功率对气孔和裂纹缺陷的影响规律;(3)通过改变粉末比例,得到共晶与偏共晶成分的陶瓷薄壁件,分析不同成分陶瓷件微观组织形貌特征,揭示激光近净成形方法与传统方法制备的共晶陶瓷微观组织的异同点,并评价陶瓷件的相对密度、显微维氏硬度、断裂韧性特征。本文提出了利用激光近净成形技术直接成形Al2O3-ZrO2(Y2O3)共晶陶瓷结构方法,初步探索了激光功率对成形质量的影响规律,分析了激光近净成形共晶陶瓷微观组织、硬度及断裂韧性等特征,具有一定的理论意义和实际价值,凸显了激光近净成形共晶陶瓷的优势。

关键词：激光近净成形 Al2O3-ZrO2(Y2O3) 共晶陶瓷激光功率微观组织

激光功率对Al_2O_3-ZrO_2共晶陶瓷成形质量的影响

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稀有金属材料与工程 2014年第11期43卷 2814-2818页

作者：吴东江张垚磊牛方勇马广义孙贝康仁科大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

采用激光近净成形系统成形了Al2O3-Zr O2(Y2O3)共晶陶瓷,研究了激光功率对成形形貌以及陶瓷内部裂纹、气孔的影响规律,利用X射线衍射仪和扫描电镜对样件进行相成分分析和微观组织观察。研究表明,相对较高的激光功率可以得到裂纹以及气... 详细信息

采用激光近净成形系统成形了Al2O3-Zr O2(Y2O3)共晶陶瓷,研究了激光功率对成形形貌以及陶瓷内部裂纹、气孔的影响规律,利用X射线衍射仪和扫描电镜对样件进行相成分分析和微观组织观察。研究表明,相对较高的激光功率可以得到裂纹以及气孔较少的陶瓷样件;陶瓷样件具有紧凑排列的胞状共晶组织,亚微米级t-Zr O2(Y2O3)纤维均匀分布在胞状共晶组织内部。由于激光近净成形加工具有层层堆积的特点,微观组织呈现出垂直于沉积方向的周期性带状组织。

关键词：激光近净成形 Al2O3-Zr O2(Y2O3)共晶陶瓷激光功率微观组织

激光近净成形不同颜色Al_2O_3陶瓷件微观组织及裂纹分析

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硅酸盐学报 2013年第12期41卷 1621-1626页

作者：吴东江孙贝牛方勇马广义张垚磊金洙吉大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

使用激光近净成形方法,在Ti-6Al-4V基板上进行高纯Al2O3成形实验,分别制备出黑色和白色Al2O3薄壁样品。利用扫描电子显微镜观察样品截面微观组织并检测截面化学元素。利用X射线衍射仪分析原始Al2O3粉末、黑色样品和白色样品的物相组成... 详细信息

使用激光近净成形方法,在Ti-6Al-4V基板上进行高纯Al2O3成形实验,分别制备出黑色和白色Al2O3薄壁样品。利用扫描电子显微镜观察样品截面微观组织并检测截面化学元素。利用X射线衍射仪分析原始Al2O3粉末、黑色样品和白色样品的物相组成、成色原因以及成形件样品表面裂纹数量与颜色之间的关系。结果表明:黑色薄壁样品表面裂纹数量多、分布均匀;白色薄壁样品仅中上部含有极少量裂纹。成形工艺可显著影响陶瓷粉末中杂质氧化物的挥发程度,进而影响成形件样品元素组成及物相。次晶相的出现是成形件样品颜色发黑的根本原因,并加剧了黑色样品表面裂纹的产生与扩展。

关键词：氧化铝激光近净成形微观组织裂纹

多孔陶瓷滤球对杭州西湖沉积物5种形态磷的吸附性能

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环境工程学报 2017年第1期11卷 151-158页

作者：刘子森张义张垚磊贺锋刘碧云曾磊吴振斌中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室武汉430072 中国科学院大学北京100049 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

以新型赤泥基多孔陶瓷滤球(porous ceramic filter material,PCFM)颗粒为吸附剂,采用动态和静态吸附实验相结合的实验方法研究了PCFM颗粒对沉积物磷的吸附性能。动态吸附实验结果表明,影响PCFM颗粒除磷效果的主要因素有投加量、反应时... 详细信息

以新型赤泥基多孔陶瓷滤球(porous ceramic filter material,PCFM)颗粒为吸附剂,采用动态和静态吸附实验相结合的实验方法研究了PCFM颗粒对沉积物磷的吸附性能。动态吸附实验结果表明,影响PCFM颗粒除磷效果的主要因素有投加量、反应时间、上覆水体pH值和环境温度,最佳吸附反应条件为PCFM投加量8 g,反应时间12 h,上覆水体pH=12,环境温度为50℃。静态吸附实验结果表明,随着反应时间的延长,PCFM对沉积物五种形态磷吸附在12 d左右接近或达到了吸附平衡,此时TP、OP、IP、Fe/Al-P和Ca-P的去除量分别为245.89、69.86、155.25、195.22和-49.01 mg·kg-1。可见PCFM对沉积物磷的吸附性能较好,可进一步应用于富营养化湖泊沉积物磷控制。

关键词： PCFM 吸附沉积物磷形态西湖

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谈公路沥青路面裂缝养护技术

山西建筑 2016年第4期42卷 143-144页

作者：张垚磊山西路桥第二工程有限公司山西临汾041051

从沥青再生技术、微表处养护技术、热沥青灌缝撒料法、路表封层等方面,阐述了公路沥青路面裂缝的养护技术,并分析了各种养护技术的优缺点,为公路沥青路面选择经济、有效的养护技术提供了依据。

关键词：公路沥青路面养护技术路面裂缝

多孔陶瓷滤球与沉水植物联合作用处理杭州西湖沉积物中的磷

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环境工程学报 2017年第7期11卷 4085-4090页

作者：张义刘子森张垚磊贺锋刘碧云曾磊吴振斌中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室武汉430072 中国科学院大学北京100049 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

首次将新型环保陶瓷滤球(red mud-based porous ceramic filter material,PCFM)作为吸附材料,与沉水植物处理沉积物磷技术相结合,通过测定沉积物各形态磷含量的变化,以期研究该吸附-生物联合修复技术对沉积物磷的修复效果。结果表明,苦... 详细信息

首次将新型环保陶瓷滤球(red mud-based porous ceramic filter material,PCFM)作为吸附材料,与沉水植物处理沉积物磷技术相结合,通过测定沉积物各形态磷含量的变化,以期研究该吸附-生物联合修复技术对沉积物磷的修复效果。结果表明,苦草组对沉积物各形态磷去除量随时间的变化逐渐增大,苦草在150 d时对沉积物TP、IP、OP、Fe/Al-P和Ca-P的去除量分别为51.60、16.32、34.74、46.37和-14.99 mg·kg^(-1)。研究不同PCFM厚度与沉水植物苦草联合对沉积物磷的去除效果,发现厚度5 cm PCFM+苦草对对沉积物各形态磷的去除效果最好。在150 d时,对沉积物TP、IP、OP、Fe/Al-P和Ca-P在的去除量分别达到652.61、249.12、396.40、314.38和72.11 mg·kg^(-1),苦草与陶瓷滤球在对沉积物磷的去除过程中,可能存在有益于去除沉积物磷的相互促进的作用。可见PCFM和苦草联合作用处理沉积物磷的效果较好,可进一步应用于富营养化湖泊沉积物磷控制工程。

关键词：环保陶瓷滤球苦草沉积物各形态磷西湖

典型城市浅水湖泊沉积物磷原位物理化学控制技术

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工业安全与环保 2015年第7期41卷 77-79页

作者：张垚磊张义夏世斌贺锋吴振斌中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室武汉430072 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070 宇星科技发展(深圳)有限公司广东深圳518057

沉积物磷是受污染的典型城市浅水湖泊中重要的内源磷来源,关于沉积物控制技术的研究近年来受到广泛重视。针对沉积物磷原位处理技术,将其按原位物理技术和原位化学技术两方面进行了分类,并总结了各个类别中各技术的作用特点和研究进展,... 详细信息

沉积物磷是受污染的典型城市浅水湖泊中重要的内源磷来源,关于沉积物控制技术的研究近年来受到广泛重视。针对沉积物磷原位处理技术,将其按原位物理技术和原位化学技术两方面进行了分类,并总结了各个类别中各技术的作用特点和研究进展,并对原位处理技术的未来发展进行了展望。

关键词：城市浅水湖泊富营养化沉积物磷原位物理控制技术原位化学控制技术

环境因子对杭州西湖沉积物各形态磷释放的影响

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水生生物学报 2017年第6期41卷 1354-1361页

作者：张义刘子森张垚磊代志刚贺锋吴振斌中国科学院水生生物研究所淡水生态和生物技术国家重点实验室武汉430072 中国科学院大学北京100049 武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

对西湖沉积物的磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析,模拟研究了上覆水磷含量、光照、p H、温度、水动力条件等不同环境因子对西湖沉积物各形态磷释放的影响。结果表明,上覆水为蒸馏水时的最大释磷量约为底泥-湖水系统的1.15倍,且释... 详细信息

对西湖沉积物的磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析,模拟研究了上覆水磷含量、光照、p H、温度、水动力条件等不同环境因子对西湖沉积物各形态磷释放的影响。结果表明,上覆水为蒸馏水时的最大释磷量约为底泥-湖水系统的1.15倍,且释放形态均以IP中的Fe/Al-P为主。在蔽光条件下的最大TP释放量约为光照条件下最大TP释放量的1.35倍。p H是影响磷释放的重要因素,在碱性条件下,促进Fe/Al-P的释放;在酸性条件下,促进Ca-P的释放。在高温条件下沉积物的释磷量会高于低温条件下的释磷量。沉积物各形态磷的释放量在15h后逐渐趋于平衡扰动状态达到平衡时TP释放量是静态释放平衡状态的1.61倍。研究结果旨在探讨不同环境因子对湖泊沉积物磷迁移转化的生态环境效应,预测西湖内源磷释放的发展趋势,为控制沉积物内源污染提供理论基础。

关键词：环境因子沉积物磷形态磷释放西湖