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莫来石涂层对氧化铝基体力学性能的影响

硅酸盐学报 2023年第3期51卷 750-756页

作者：吴昊龙曹大可李俊峰邱岩万德田包亦望中国建筑材料科学研究总院有限公司北京100024 中国国检测试控股集团股份有限公司北京100024

陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效,但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰,本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响,包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以... 详细信息

陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效,但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰,本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响,包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以及相适配的界面剪切应力,按质量分数比1∶1将莫来石和氧化铝混合磨成浆料涂覆在预烧后的氧化铝基体上,经无压烧结后,涂层与基体紧密结合,随着温度下降,2种材料不同的收缩率和界面约束形成表层残余压应力,从而实现氧化铝复合陶瓷的预应力强化,进而测试了该材料的各项力学性能。结果表明:预应力涂层有效提高了基体材料的弯曲强度,提高了38.9%;断裂韧性提高了36.5%,弹性模量稍降、硬度下降代表了涂层材料的性能。通过这些力学参数,计算得到复合氧化铝陶瓷的损伤容限从0.3894 m1/2提升至0.4527 m1/2,提高了16.26%。

关键词：损伤容限预应力强化氧化铝陶瓷莫来石涂层

碳/碳化硅复合材料上莫来石涂层的制备及氧化行为

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硅酸盐学报 2007年第3期35卷 322-326页

作者：姚亚东温海明董绍明郭向利尹光福四川大学材料科学与工程学院成都610064

以正硅酸乙酯[(C2H5)4SiO4,ethyl orthosilicate,TEOS]和硝酸铝[Al(NO3)3.9H2O]为原料,制备了莫来石(3Al2O3.2SiO2,mullite)溶胶,用浸涂法在碳/碳化硅(Cf/SiC,下角f表示纤维,下同)上制备3Al2O3.2SiO2涂层(mullitecoating,MC)。对Cf/SiC和Cf/SiCMC进行了等温-氧化实验,并研究了两者的氧化规律。结果表明:Cf/SiC和Cf/SiCMC的氧化都可以划分为3个主要阶段:θ<700℃;700℃<θ<1000℃;1000℃<θ<1200℃。在各个阶段,控制氧化速率的机理各有不同,Cf/SiCMC的氧化质量损失比Cf/SiC的低50%左右,表现出较好的抗氧化性能。

关键词：碳,碳化硅复合材料莫来石涂层防氧化溶胶—凝胶法

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大气等离子喷涂制备莫来石涂层的性能

材料导报 2011年第2期25卷 36-39页

作者：安宇龙刘光侯国梁陈建敏赵晓琴中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 中国科学院北京研究生院北京100049

采用大气等离子喷涂制备莫来石涂层,对涂层进行了热震试验。以OLYCIA m3图像分析软件测定涂层孔隙率,以MH-5-VM型显微硬度仪测定涂层硬度,依照ASTMC633-79标准测定涂层结合强度,以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征涂层的相组成和微观... 详细信息

采用大气等离子喷涂制备莫来石涂层,对涂层进行了热震试验。以OLYCIA m3图像分析软件测定涂层孔隙率,以MH-5-VM型显微硬度仪测定涂层硬度,依照ASTMC633-79标准测定涂层结合强度,以X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征涂层的相组成和微观形貌。结果表明,莫来石涂层主要由变形颗粒、未熔融粉末及少量孔隙组成,涂层中没有微观裂纹;涂层中含有莫来石晶体和部分非晶态玻璃相;热震过程中,涂层中的非晶转变为晶态莫来石,同时伴随应力释放,导致涂层出现微观裂纹。

关键词：大气等离子喷涂莫来石涂层热震试验非晶

在碳化硅陶瓷上用等离子喷涂莫来石涂层的新方法

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国外耐火材料 1996年第4期21卷 11-14页

作者：王为

莫来石作为一种用于高温工作环境的硅质陶瓷保护层的材料是大有前途的。在碳化硅上用传统等离子喷涂莫来石涂层,在受热循环时,易于产生裂纹和剥落。实验证实这是由于传统喷涂的莫来石中存在有非晶质莫来石所致。高温的碳化硅基质陶瓷在... 详细信息

莫来石作为一种用于高温工作环境的硅质陶瓷保护层的材料是大有前途的。在碳化硅上用传统等离子喷涂莫来石涂层,在受热循环时,易于产生裂纹和剥落。实验证实这是由于传统喷涂的莫来石中存在有非晶质莫来石所致。高温的碳化硅基质陶瓷在用新的等离子喷涂法喷涂莫来石涂层时,可消除产生的非晶质相,因此可以显著地改善涂层的性能。用此法喷涂的莫来石涂层,在从室温到1000℃～1400℃的高温循环条件下,显示出优良的附着性能和抗裂能力。初步的试验结果表明,对高温蚀损有很好的抵抗能力。

关键词：碳化硅陶瓷莫来石涂层等离子喷涂涂层

大气等离子喷涂莫来石粉末及制备涂层的结构表征

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中国表面工程 2010年第5期23卷 49-53,58页

作者：安宇龙陈建敏周惠娣魏家俊中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 中国科学院北京研究生院北京100049 甘肃紫鑫矿业煤化工有限公司兰州730000

喷雾造粒制备莫来石粉末,采用大气等离子设备对造粒粉末进行等离子球化和涂层制备。利用激光粒度分布仪对粉末粒度分布进行测试;扫描电镜和X射线衍射仪分别表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌。结果表明:喷雾造粒和等离子球化后的莫来... 详细信息

喷雾造粒制备莫来石粉末,采用大气等离子设备对造粒粉末进行等离子球化和涂层制备。利用激光粒度分布仪对粉末粒度分布进行测试;扫描电镜和X射线衍射仪分别表征了粉末和涂层的相组成和微观形貌。结果表明:喷雾造粒和等离子球化后的莫来石粉末粒径为正态分布;造粒的莫来石粉末主要由晶态莫来石和SiO2相组成;等离子球化后,粉末中出现玻璃态非晶相;等离子球化过程中,较小粒径粉末表面基本上完全熔融,较大粒径粉末的表面为部分熔融;同时,制备的莫来石涂层具有良好的微观形貌和较高的显微硬度;涂层经热处理后,非晶相转变为晶态莫来石,并且有部分石英相析出。

关键词：大气等离子喷涂莫来石喷雾干燥等离子球化莫来石涂层非晶

Sol-Gel法制备莫来石陶瓷涂层的结构及性能

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中国表面工程 2011年第3期24卷 65-68页

作者：刘建李友芬游世海武德珍北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029

采用溶胶-凝胶法在不锈钢基体上制备了莫来石涂层。研究了助熔剂和灼烧温度对涂层表观形貌的影响。利用XRD、TG-DTA和SEM分析涂层相组成和微观结构,并对涂层的高温抗氧化性和显微硬度进行了评价和测定。结果表明:当B2O3与莫来石溶胶质... 详细信息

采用溶胶-凝胶法在不锈钢基体上制备了莫来石涂层。研究了助熔剂和灼烧温度对涂层表观形貌的影响。利用XRD、TG-DTA和SEM分析涂层相组成和微观结构,并对涂层的高温抗氧化性和显微硬度进行了评价和测定。结果表明:当B2O3与莫来石溶胶质量比为0.5时,在850℃下灼烧所得涂层结构致密,与基体结合力强,显微硬度高达12 GPa,在800℃下样品具有优异的抗氧化性和良好的高温稳定性。

关键词：溶胶-凝胶法不锈钢基体莫来石涂层高温抗氧化性

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发动机高温部件的陶瓷材料应用及性能测试

材料工程 2010年第6期38卷 78-83页

作者：翟华嶂李建保吴疆才鸿年北京理工大学材料科学与工程学院北京100081 海南大学海口570081 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

回顾了陶瓷发动机研究进展的主要历程。着重介绍高温热机部件用的氮化硅陶瓷和莫来石涂层等材料的性能改进和热机环境下测试评价。

关键词：陶瓷热机部件氮化硅莫来石涂层性能

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SiO2/莫来石复合材料的制备与性能研究

SiO2/莫来石复合材料的制备与性能研究

作者：刘曼曼天津大学

学位级别：硕士

随着航空航天事业的发展以及人们对节约能源的意识逐渐增强,高温隔热材料引起各国研究人员的广泛关注。高温隔热材料的耐温性、抗压性、弹性以及隔热性能将会直接影响到飞行器的安全系数以及其应用领域的经济效益。而莫来石纤维具有良... 详细信息

随着航空航天事业的发展以及人们对节约能源的意识逐渐增强,高温隔热材料引起各国研究人员的广泛关注。高温隔热材料的耐温性、抗压性、弹性以及隔热性能将会直接影响到飞行器的安全系数以及其应用领域的经济效益。而莫来石纤维具有良好的耐火性能,同时,纤维以及纤维编织体具有弹性特征。所以本实验第一阶段设计以莫来石纤维毡为基体,采用硅溶胶作为粘结剂,通过浸渍、抽滤、干燥及热处理,制备以莫来石纤维及SiO2为主体的莫来石基弹性隔热陶瓷。研究了硅溶胶酸碱性、浓度以及热处理温度对材料的显微结构、力学性能及热性能等的影响。第二阶段在上述材料表层涂覆陶瓷涂层,通过分析粘结剂、氧化硼、硼酸的添加对涂层的抗折、抗冲击性能的影响,探索最佳涂层的配比。实验中发现:(1)碱性硅溶胶的耐热性更高,样品在1300℃热处理时强度达到最大值0.948MPa,而酸性硅溶胶耐热性较差,制备的样品在1200℃达到强度的最大值0.835MPa,热处理温度再升高后,发现高温会对材料的整体结构造成破坏;(2)材料的密度受硅溶胶酸碱性及浓度的影响。采用酸性硅溶胶制备的样品比碱性密度更低;随着硅溶胶浓度的提高,采用酸、碱性硅溶胶制备的材料的密度都会有所上升;(3)随着热处理温度由1100℃上升至1400℃,碱性硅溶胶制备样品的热导率由0.071 W/(m·K)上升至0.1041 W/(m·K),酸性的样品由0.065 W/(m·K)上升到0.096W/(m·K)。在压缩率4%点上,碱性样品的回弹率由90.4%下降至77.6%,酸性样品由82.5%下降至55.8%;(4)随着硅溶胶浓度由10%上升到30%,酸、碱性硅溶胶制备样品的强度均上升,热导率以及试样的回弹率也会提高,均在浓度30%时达到最大值;(5)在涂层浆料中加入PVA或者PVP水溶液均能防止浆料产生沉淀和分层等现象,不加粘结剂的涂层在干燥和热处理过程中会产生开裂现象;经过对比实验得知7wt%PVP水溶液作为分散介质时所制备的涂层性能较好;(6)随着涂层中硼酸和氧化硼含量的增加,试样的抗折强度增大,在硼酸含量为16.8wt%时,达到最大值为3.174MPa,低于添加相应百分比含量的氧化硼涂层的抗折强度3.595MPa;.随着涂层中硼酸和氧化硼含量的增加,试样的抗冲击能力先增大后减小,在硼酸含量为11.2wt%时试样的冲击韧性达到最大值1.309J/cm2,高于添加相应百分比含量的氧化硼涂层的冲击韧性1.083 J/cm2。

关键词：莫来石纤维毡硅溶胶回弹性复合材料莫来石涂层热防护

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硅铝杂化结合剂的制备及初步应用研究

硅铝杂化结合剂的制备及初步应用研究

作者：王书贵中原工学院

学位级别：硕士

本文通过溶胶凝胶法制备了硅铝杂化无机高分子结合剂，并对其结构和性能进行一系列的测试，同时还进行了金刚石表面包覆莫来石涂层提高耐热性能的研究，具体研究内容主要包含以下两方面：第一部分：以异丙醇铝、硝酸铝、正硅酸乙酯为... 详细信息

本文通过溶胶凝胶法制备了硅铝杂化无机高分子结合剂，并对其结构和性能进行一系列的测试，同时还进行了金刚石表面包覆莫来石涂层提高耐热性能的研究，具体研究内容主要包含以下两方面：第一部分：以异丙醇铝、硝酸铝、正硅酸乙酯为反应原料，以自制去离子水为溶剂，采用溶胶凝胶法制备出了适合用于砂轮磨具的硅铝杂化高分子结合剂，并且采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热-热重分析仪(DSC-TG)等测试方法对该硅铝杂化高分子粉体和产物的表面形貌、结构形态和热性能进行了分析表征，同时研究了不同的烧结制度对采用该硅铝杂化高分子结合剂制备的砂轮磨具试样的硬度和抗弯强度等性能的影响，并确定了由其制备的砂轮磨具试样性能最佳时结合剂的用量、模压成型压力、烧结保温温度等条件，以及与改性酚醛树脂结合剂砂轮磨具试样性能进行了对比。实验表明：采用溶胶凝胶法制备的硅铝杂化高分子粉体呈现各种不规则的片状形态，并且该物质的耐热性能好。当结合剂的用量为20%，成型压力为20MPa，硅铝杂化高分子粉体的煅烧温度为400oC，砂轮磨具试样的烧结成型温度为500oC时，试样的性能最佳，抗弯强度最大达到67.83MPa，硬度值达到76HRB，同时通过与酚醛树脂结合剂磨具试样的对比得出硅铝杂化高分子结合剂磨具试样的磨削性能良好。第二部分：以硝酸铝、异丙醇铝为铝源，正硅酸乙酯为硅源，自制去离子水为溶剂，通过溶胶凝胶法合成硅铝杂化高分子溶胶，通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射仪(XRD)等测试对涂层胶体的结构进行分析，并且把采用溶胶凝胶法合成的莫来石溶胶在金刚石表面进行包覆，同时研究了溶胶的粘度、包覆次数、金刚石种类等因素对金刚石表面包覆涂层的影响，以及利用扫描电子显微镜(SEM)对包覆后金刚石表面形貌进行观察分析，利用差示扫描量热-热重分析仪(DSC-TG)对包覆和未包覆莫来石涂层的金刚石耐热性能进行对比分析。结果表明：采用溶胶凝胶法可以实现在金刚石表面形成连续、均匀的莫来石涂层，并且经过包覆后的金刚石表面耐热性能得到了明显的改善，包覆涂层后金刚石在出现热重速率加快之前质量基本上保持不变，抗氧化温度得到提高，与未涂覆金刚石相比，表面包覆莫来石涂层后的金刚石单晶的热重速率加快突变温度提高75oC，破碎料热重速率加快突变温度可以提高100oC。

关键词：溶胶凝胶法硅铝杂化高分子结合剂砂轮磨具金刚石莫来石涂层热性能