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三维网状金属复合陶瓷材料界面相容性工艺研究

作　者: 李军
导　师: 王殿龙
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 应用化学
关键词: 金属-陶瓷复合材料泡沫镍纳米氧化铝化学复合镀复合量
分类号: TQ174.758.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

陶瓷具有高脆性和均匀性差等致命弱点,严重影响了陶瓷材料的工作可靠性和使用范围,而为增加陶瓷韧性而引入的金属相又与陶瓷相的相容性差。本文针对金属陶瓷存在的问题,将延展性良好的泡沫镍引入陶瓷基体,对泡沫镍进行化学复合镀研究。以纳米氧化铝粒子为主,着重研究了纳米粒子化学复合镀层的制备工艺条件,同时也对三维网状金属-纳米氧化铝复合材料的制备工艺条件进行了初步的探讨。研究了搅拌方式、镀液中纳米粒子含量、施镀温度、镀液pH值及施镀时间等化学复合镀工艺条件对镀层质量的影响,找出了优化的工艺参数;研究了镀层中纳米粒子的复合量和分散性对镀层表观形貌、硬度和耐腐蚀性等性能的影响。实验结果表明,在超声波搅拌下、温度为90℃、pH值为4.8、镀液中纳米粒子含量为10g·L^-1、施镀时间为1.5h时,镀层沉积速率超过了19μm·h^-1,可获得复合量大、纳米粒子分散性好、硬度高、耐蚀性好的镀层。使用抽滤法、自然吸附法、涂膏法、压力注浆法、石膏模注浆成形法等方法成形复合材料坯体,比较了用不同方法所得坯体的致密性。实验表明,用压力注浆法和石膏模注浆成形法制得的坯体致密性最好;将坯体压片处理后致密性可以得到进一步的保证;制作坯体时添加质量分数为0.8%的粘结剂可增强陶瓷粉体间的结合力。采用无压烧结法对复合材料坯体进行了烧结,烧结过程中,无气氛保护时泡沫镍被氧化,有气氛保护时成瓷,而且烧结后试样中泡沫镍含量减少。得出的结论是坯体的致密性和烧结过程中的气氛保护是金属-陶瓷复合材料制备时的关键。对纳米化学复合镀共沉积理论和金属陶瓷的增韧机理进行了初步的探讨。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 化学复合镀技术  11-17
    1.2.1 化学复合镀技术的发展概况  12-14
    1.2.2 化学复合镀的特点  14-15
    1.2.3 化学复合镀的应用  15-16
    1.2.4 与熔渗法、热挤压法、粉末冶金法的比较  16-17
  1.3 纳米化学复合镀  17-18
    1.3.1 纳米粒子在复合镀层中的作用  17
    1.3.2 纳米化学复合镀工艺的难点  17-18
  1.4 陶瓷-金属复合材料  18-20
    1.4.1 纳米材料的特点  18-19
    1.4.2 氧化铝基金属陶瓷的研究进展及用途  19-20
    1.4.3 复合材料研究面临的主要问题  20
  1.5 课题研究的意义及主要内容  20-22
第2章实验仪器及研究方法  22-32
  2.1 实验试剂及仪器  22-24
    2.1.1 实验试剂及规格  22-23
    2.1.2 实验仪器及型号  23-24
  2.2 化学复合镀工艺流程  24-25
    2.2.1 纳米粒子预处理  24
    2.2.2 镀件预处理  24
    2.2.3 镀液的配制  24-25
    2.2.4 施镀  25
  2.3 实验装置  25-27
    2.3.1 机械搅拌  25-26
    2.3.2 超声波搅拌  26-27
    2.3.3 蒸汽搅拌  27
  2.4 陶瓷金属复合材料  27-29
    2.4.1 坯体的成形方法  27-28
    2.4.2 坯体的烧结方法  28-29
  2.5 分析测试  29-32
    2.5.1 镀层中纳米粒子复合量测试  29-30
    2.5.2 镀速测试  30-31
    2.5.3 镀层硬度测试  31
    2.5.4 镀层耐腐蚀性能测试  31
    2.5.5 镀层形貌及微观结构  31-32
第3章纳米化学复合镀工艺研究  32-53
  3.1 复合镀工艺对镀速的影响  32-37
    3.1.1 镀液中纳米粒子含量对镀速的影响  32-33
    3.1.2 施镀温度对镀速的影响  33-35
    3.1.3 pH 值对镀速的影响  35-36
    3.1.4 施镀时间对镀速的影响  36-37
  3.2 复合镀工艺对复合量的影响  37-41
    3.2.1 镀液中纳米粒子含量对复合量的影响  37-38
    3.2.2 施镀温度对复合量的影响  38-39
    3.2.3 pH 值对复合量的影响  39-40
    3.2.4 施镀时间对复合量的影响  40-41
  3.3 复合镀工艺对镀层中纳米粒子分散性的影响  41-46
    3.3.1 纳米粒子含量及搅拌方式对分散性的影响  41-42
    3.3.2 施镀温度对分散性的影响  42-43
    3.3.3 镀液pH 值对分散性的影响  43-44
    3.3.4 表面活性剂对分散性的影响  44-46
  3.4 复合量及分散性对镀层性能的影响  46-49
    3.4.1 复合量及分散性对镀层表面形貌的影响  46
    3.4.2 复合量及分散性对镀层硬度的影响  46-47
    3.4.3 复合量对耐蚀性的影响  47-49
  3.5 纳米化学复合镀机理探讨  49-51
  3.6 本章小结  51-53
第4章三维网状金属复合陶瓷制备及机理探讨  53-66
  4.1 三维网状金属表面的化学复合镀  53-57
    4.1.1 泡沫镍表面化学沉积Ni-P/Al_2O_3  53-55
    4.1.2 泡沫镍表面电沉积Co-Ce/TiO_2  55-57
  4.2 三维网状金属复合Al_2O_3 陶瓷材料的制备  57-64
    4.2.1 粘结剂对坯体质量的影响  57
    4.2.2 成型方法对陶瓷坯体的影响  57-59
    4.2.3 坯体的烧结  59-60
    4.2.4 烧结后的样品分析  60-64
  4.3 三维网状金属对陶瓷增韧的理论初探  64-65
  4.4 本章小结  65-66
结论  66-67
参考文献  67-73
致谢  73

三维网状金属复合陶瓷材料界面相容性工艺研究

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