学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

孔隙规则排列Al_2O_3基多孔陶瓷及三维连通Al_2O_3/树脂复合材料的研究

作　者: 于景媛
导　师: 孙旭东
学　校: 东北大学
专　业: 材料学
关键词: Al2O3多孔陶瓷 Al2O3-ZrO2多孔陶瓷 离心成型 BP神经网络 三维连通Al2O3/树脂复合材料
分类号: TB333
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
下　载: 120次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


多孔陶瓷具有密度低、比表面积大、渗透率高、以及耐高温和化学腐蚀的性能,被广泛用作过滤、分离、隔热、吸声、催化剂载体、化学传感器和生物陶瓷等元件材料。如果多孔陶瓷的孔隙呈反蛋白石结构规则排列,将具有许多独特的优越性,如选择性过滤和分离,良好的渗透性能和较高的力学性能。环氧树脂因具有优良的物理和粘结性能、高的电绝缘性能和良好的耐药品性能而引起人们广泛的研究兴趣,它主要用于保护性涂层、涂料、粘结剂、电子封装和浇铸件等。近年来,当在环氧树脂基体中加入适量的填充物可以明显提高其使用性能,使环氧树脂复合材料的研究得到广泛的发展。本文采用一种新颖的方法制备了孔壁致密、孔隙规则排列的Al2O3和Al2O3-ZrO2多孔陶瓷材料。该种方法是将植物种子(小米)或发泡聚苯乙烯(EPS)小球排列成有序的模板,通过离心成型技术在模板间隙内填充陶瓷浆料,生坯经干燥、烧结后得到所需要的多孔复型结构。该种方法可以避免常用的有机海绵在分解过程中形成的孔洞和缺陷,烧结产物具有均匀致密的孔壁组织和良好的力学性能。本文系统地研究了A1203和Al2O3-ZrO2陶瓷浆料的制备过程,分析了单相和复相体系离心成型时的分离行为,探讨了离心成型工艺参数对生坯和烧结产物各种性能的影响,建立了实验参数和Al2O3-ZrO2多孔陶瓷压缩强度的预测模型。本文还以离心成型所制备的孔隙规则排列的A1203多孔陶瓷为骨架,制备了三维连通Al2O3/树脂新型复合材料,并研究了此种复合材料的力学性能、高温尺寸稳定性和耐磨性。在Al2O3多孔陶瓷的制备过程中,通过调整pH值和分散剂的含量可以制备分散性和稳定性良好的高固相含量(50vol%)的A1203浆料。该种浆料在10-180s-1的剪切速度范围内,呈现剪切变稀的特性,其流变模型为：η=3.451+967.9295γ-0.415。50vol%固相含量的Al2O3浆料流动性和稳定性良好,在离心成型过程中无明显颗粒沉降差异导致的质量分离现象。在2860g离心加速度下,离心所得的生坯孔壁均匀,密度较高(63.4%)1500℃烧结2h后,获得孔壁均匀致密(98.9%)、孔隙规则排列、具有反蛋白石结构的A1203多孔陶瓷。SEM观察表明,A1203多孔陶瓷的顶部和底部晶粒尺寸分布均匀。当作用在EPS模板顶部的附加载荷从7.3N增加到19.6N时,A1203多孔陶瓷的孔隙度从71.8%增加到83.2%,压缩强度由3.85MPa降到1.78MPa,可以经受6-8次1100℃—室温的热震。以小米为模板,采用50vol%固相含量的浆料,在2860g加速度下离心所得的Al2O3多孔陶瓷的孔隙度为66.5%,压缩强度为5.06MPa,可以经受5次1100℃—室温的热震。在Al2O3-ZrO2多孔陶瓷的制备过程中,通过改变pH值和分散剂的含量,制备出固相含量为50vol%,分散性和稳定性良好的Al2O3-ZrO2浆料。该浆料在10～180s-1剪切速度范围内,呈现剪切变稀的特性,其流变模型为：η=3.022+1101.4γ-0.4229。采用固相含量为50vol%的Al2O3-ZrO2浆料,离心成型过程中不发生明显的由于Al2O3和ZrO2颗粒尺寸、密度差异所带来的分离的现象。在2860g离心时,离心后样品顶部和底部的孔壁呈现均匀的生坯密度(61.5%)。1550℃烧结2h后,获得孔壁均匀致密(99.1%)、具有反蛋白石结构的Al2O3-ZrO2多孔陶瓷,其顶部和底部孔壁中ZrO2颗粒分布均匀,无明显差异。当EPS模板顶部的附加载荷从7.3N增加到19.6N时,烧结产物的孔隙度从71.5%增加到83%,压缩强度由4.51MPa降到2.07MPa,最高可以经受8-11次1100℃—室温的热震。利用自适应学习速率动量梯度下降反向传播算法建立了预测Al2O3-ZrO2多孔陶瓷压缩强度的BP神经网络模型,该模型能具有较好的学习精度、学习速度,其预测误差在实际应用允许的范围之内。通过神经网络的方法可以减少实验工作量和提高工作效率,在材料性能预测方面具有较大的优越性。采用孔隙规则排列的A1203多孔陶瓷为骨架,制备出三维连通Al2O3/环氧树脂复合材料,与环氧树脂、A1203颗粒／环氧树脂复合材料相比,具有更优越的室温和高温综合力学性能。在室温时,抗弯强度、抗弯模量、抗压强度和抗压模量分别为116MPa、3.6GPa、170MPa、2.4GPa。该种材料具有良好的高温尺寸稳定性,在180℃尚未发现变形。在120℃压缩时,其抗压强度、抗压模量分别为48MPa、0.9GPa。该新型复合材料具有良好的耐磨性,其摩擦系数和磨损量较低。同时摩擦系数稳定性较好,随着载荷、滑行速度和滑行时间的变化不大。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 绪论  14-36
  1.1 引言  14
  1.2 多孔陶瓷的类型  14-16
    1.2.1 以组成材料为基准分类  14-15
    1.2.2 以孔径大小为基准分类  15
    1.2.3 以孔隙结构为基准分类  15-16
  1.3 多孔陶瓷的发展概况  16-19
    1.3.1 国外研究概况  16-18
    1.3.2 国内研究概况  18-19
  1.4 多孔陶瓷的制备方法  19-26
    1.4.1 传统制备技术  20-23
    1.4.2 新型制备技术  23-26
  1.5 多孔陶瓷的性能与表征  26-30
    1.5.1 力学性能  27-28
    1.5.2 渗透性能  28
    1.5.3 隔热性能  28-29
    1.5.4 吸声特性  29
    1.5.5 孔径、孔径分布及比表面积  29
    1.5.6 显气孔率和容量  29-30
    1.5.7 液体渗透速率和透气度  30
  1.6 多孔陶瓷的应用  30-33
    1.6.1 过滤及分离  30-31
    1.6.2 催化剂载体  31
    1.6.3 吸音材料  31-32
    1.6.4 布气材料  32
    1.6.5 热工材料  32
    1.6.6 用作敏感元件  32
    1.6.7 电解隔膜材料  32-33
    1.6.8 食品加工业  33
    1.6.9 生物工程材料  33
  1.7 多孔陶瓷发展的趋势和展望  33-34
  1.8 离心成型技术简介  34-35
  1.9 论文的研究意义和内容  35-36
第二章 离心成型法制备孔隙规则排列Al_2O_3多孔陶瓷  36-73
  2.1 引言  36-37
  2.2 实验过程  37-43
    2.2.1 实验原料  37-38
    2.2.2 实验设备  38-40
    2.2.3 实验方法  40-42
    2.2.4 性能检测  42-43
  2.3 实验结果与分析  43-71
    2.3.1 Al_2O_3浆料特性及其影响因素  43-51
    2.3.2 附加载荷对EPS模板的影响  51-52
    2.3.3 离心成型工艺参数对Al_2O_3生坯均匀性的影响  52-54
    2.3.4 单相体系离心成型过程中质量分离现象的研究  54-55
    2.3.5 植物种子特性对干燥工艺的影响  55-56
    2.3.6 植物种子和EPS小球的热分解行为  56-58
    2.3.7 Al_2O_3多孔陶瓷的烧结收缩行为  58-60
    2.3.8 Al_2O_3多孔陶瓷的孔隙结构与排列  60-62
    2.3.9 Al_2O_3多孔陶瓷骨架的显微组织  62-64
    2.3.10 附加载荷Al_2O_3多孔陶瓷孔隙度的影响  64
    2.3.11 Al_2O_3多孔陶瓷的压缩行为  64-69
    2.3.12 Al_2O_3多孔陶瓷的抗热震性能  69-71
  2.4 本章小结  71-73
第三章 离心成型法制备孔隙规则排列Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷  73-92
  3.1 引言  73
  3.2 实验过程  73-75
    3.2.1 实验原料  73-74
    3.2.2 试验设备  74
    3.2.3 试验方法  74-75
    3.2.4 性能检测  75
  3.3 实验结果与分析  75-90
    3.3.1 Al_2O_3-ZrO_2浆料特性及其影响因素  75-80
    3.3.2 离心成型工艺参数对Al_2O_3-ZrO_2生坯密度均匀性的影响  80-84
    3.3.3 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷的烧结收缩行为  84-86
    3.3.4 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷的孔隙结构及排列  86
    3.3.5 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷骨架的显微组织  86-88
    3.3.6 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷的压缩行为  88-90
    3.3.7 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷的抗热震性能  90
  3.4 本章小结  90-92
第四章 基于BP神经网络的Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷压缩强度的预测  92-108
  4.1 引言  92-93
  4.2 BP神经网络概述  93-97
    4.2.1 BP神经网络结构  93
    4.2.2 BP神经网络学习算法  93-95
    4.2.3 BP神经网络激活函数  95
    4.2.4 BP神经网络的不足与改进  95-97
  4.3 利用MATLAB设计BP神经网络  97-99
  4.4 基于BP神经网络的Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷压缩强度的预测模型  99-107
    4.4.1 输入和输出层设计  99
    4.4.2 隐含层的设计  99-100
    4.4.3 激活函数的选择  100
    4.4.4 初始权值和阈值的选择  100-101
    4.4.5 学习率和动量因子的选择  101
    4.4.6 网络训练误差的选择  101
    4.4.7 样本的选择和标准化处理  101-103
    4.4.8 Al_2O_3-ZrO_2多孔陶瓷压缩强度的预测  103-107
  4.5 本章小结  107-108
第五章 三维连通Al_2O_3/树脂复合材料的制备和性能研究  108-129
  5.1 引言  108
  5.2 实验过程  108-112
    5.2.1 实验原料  108-109
    5.2.2 实验设备  109
    5.2.3 实验方法  109-110
    5.2.4 性能测试  110-112
  5.3 结果与讨论  112-127
    5.3.1 偶联剂对Al_2O_3颗粒表面改性及复合材料抗弯强度的影响  112-113
    5.3.2 三维连通Al_2O_3陶瓷骨架对树脂复合材料力学性能的影响  113-117
    5.3.3 三维连通Al_2O_3陶瓷骨架对树脂复合材料高温性能的影响  117-120
    5.3.4 三维连通Al_2O_3陶瓷/树脂复合材料的摩擦磨损行为  120-127
  5.4 本章小节  127-129
第六章 结论  129-131
参考文献  131-142
致谢  142-144
攻读学位期间发表的论著和科研情况  144-146
作者简历  146

相似论文

  1. 中医舌诊中舌形与齿痕的特征提取及分类研究,TP391.41
  2. 机械臂视觉伺服系统的研究,TP242.6
  3. 市级旅游用地规划环境影响评价研究,X820.3
  4. 珠三角地区高性能混凝土配合比智能化系统,TU528
  5. 大学生综合素质测评研究,G645.5
  6. 基于并行算法的模糊综合评价模型的设计与应用,TP18
  7. 基于神经网络的牡蛎呈味肽制备及呈味特性研究,TS254.4
  8. 高速公路拆迁民众生存系统评价研究,D523
  9. 煤矿风险信息集成与智能预警研究,X936
  10. 基于计算机视觉的柑橘品质分级技术研究,TP391.41
  11. 基于模拟的注塑模浇注系统及成型工艺参数优化研究,TQ320.662
  12. 基于神经网络的漯河技术监督局食品安全预警系统研究,F203
  13. 基于神经网络的自适应噪声主动控制研究,TP183
  14. 数字型仪表自动识读系统研究,TP391.41
  15. 面向肺部CAD的特征提取、选择及分类方法研究,TP391.41
  16. 多向变异遗传算法及其优化神经网络的研究,TP18
  17. 基于因子分析和BP神经网络的风机状态诊断研究,F426.61
  18. 基于BP神经网络的GPS高程拟合模型及其应用研究,P228.4
  19. 转炉炼钢终点指导系统的研究与设计,TF345
  20. 江西省水生态承载力分析,TV213.4
  21. 基于神经网络方法的高速公路养护决策优化问题研究,U418.2;F542

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属－非金属复合材料
© 2012 www.xueweilunwen.com