材料工程学专业毕业论文开题报告

材料工程学专业毕业论文开题报告题离心成型技术制备氧化铝-氧化锆陶瓷材料的研究一、毕业设计(论文)题目的来源，理论或实际应用意义陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。它具有高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化等优点。可用作结构材料、刀具材料，由于陶瓷还具有某些特殊的性能，又可作为功能材料。陶瓷分为传统陶瓷和先进陶瓷。传统陶瓷主要的原料是石英、长石和黏土等自然界中存在的矿物。先进陶瓷的原料一般采用人工合成或提炼处理过的化工原料。氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，是用途最广泛，原料最丰富，价格最低廉的一种高温结构陶瓷。工业上所指的氧化铝陶瓷一般是指以α-Al2O3为主晶相得陶瓷。根据Al2O3含量和添加剂的不同，有不同系列的氧化铝陶瓷，例如根据Al2O3含量的不同有75瓷，85瓷，95瓷和99瓷等不同牌号;根据其主晶相得不同又可分为莫来石瓷、刚玉-莫来石瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分锆刚玉、钛钢玉等，各自对应不同的应用范围和使用温度。氧化锆的熔点高达2700℃，耐热性、耐蚀性优良，热导率在常见的陶瓷材料中最低，热膨胀系数又最大，与金属材料较为接近。完全稳定化氧化锆(FSZ)易产生较高酌热应力，但部分稳定氧化锆(PSZ)具有强度高，脆性低，较高的断裂韧性，被认为是发动机上最有前途的陶瓷材料。美国康明斯公司已有该种产品面世，日本也有许多用氧化锆陶瓷制造的发动机部件。目前使用得最多的含氧化锆陶瓷系列是：氧化锆增韧氧化铝(ZTA)，部分稳定氧化锆(PSZ)，四方氧化锆多晶体(TZA)。这三种陶瓷都具有高的强度和良好的韧性。优良的性能起源于四方氧化锆经受应力诱导相变转变为单斜相相变，该相变同时伴有体积膨胀，这种现象称为相变增韧。相变增韧氧化锆陶瓷是一种极有发展前途的新型结构陶瓷，其主要是利用氧化锆相变特性来提高陶瓷例料的断裂韧性和抗弯强度，使其具有优良的力学性能，低的热导率和良好的抗热层性。它还可以用来显著提高脆性材料的韧性和强度，是复合材料和复合陶瓷中重要的增韧剂。陶瓷材料具有优异的耐磨性、耐蚀性和高温性能，但是由于陶瓷固有的脆性，限制了其实际应用范围，因此，改善陶瓷材料的脆性，增大强度以提高其在实际应用中的可靠性，成为其能够广泛应用的关键。单独的氧化铝陶瓷的缺点是脆性大，抗热模性差，不能承受环境温度突然变化。为了改善氧化铝陶瓷的缺点本课程设计中利用氧化锆来起到增韧的作用，并利用离心成型的方法来制备氧化铝-氧化锆陶瓷。离心成型技术具有明显区别于其它成型工艺的特点，即在离心力的作用下流体流动聚集而成型，因而离心成型过程中必须有流体存在，在流体中通过物质传输进行材料制备。陶瓷材料大多具有高熔点，很难像金属材料和高分子材料那样在熔融状态下利用流体的流动性直接成型，因而限制了离心技术在陶瓷领域中的应用。直到上世纪80年代末期，陶瓷界学者对陶瓷浆料流变性的深入研究和胶态成型的.快速发展为离心技术在陶瓷制备中的应用开启了大门。目前，离心技术在陶瓷材料的制备工艺中的应用，国内外的研究主要有利用离心注浆/铸造工艺、离心-SHS工艺制备复合材料以及离心烧结方面的工作。陶瓷离心注浆工艺首先由美国加州大学SantaBarbara分校的F.F.Lange教授提出，瑞士苏黎世高等工业学院、美国普度大学以及日本名古屋工业技术试验所和名古屋工学院等单位相继开展了研究，目前国内关于离心注浆工艺的研究工作还很少。离心注浆成型工艺是利用加速力场形成坯体，成型坯体密度较高，几乎不需要添加任何有机粘结剂，因此克服了脱脂工艺造成的种种不利因素。另外，与其他成型方法相比，离心成型具有可制备大型陶瓷部件并且构件内部应力梯度小的优点。离心过程作用在每一个体积元上，颗粒向离心的方向移动，液体介质则向相反的方向移动，这意味着与注浆和抽滤工艺不同，液体不会流经坯体而留下缺陷。同时由于离心作用力均匀的作用在每一个颗粒单元上，因而具有形成均匀结构的潜在优势。作为胶态成型的一种，离心技术最早提出来是应用在均匀致密陶瓷材料的成型中。二、题目的主要内容及预期达到的目标本论文主要研究离心成型法制备氧化铝-氧化锆陶瓷，具体研究内容如下：1.配制固相含量不同的氧化铝-氧化锆陶瓷浆料。2.研究分散剂和pH对氧化铝-氧化锆陶瓷浆料特性的影响。3.测量不同离心加速度和浆料固相含量下氧化铝-氧化锆陶瓷材料生坯密度，研究复相体系物质分离现象的原因。4.研究烧结温度氧化铝-氧化锆陶瓷的收缩率，观察烧结产物的显微组织照片，并进行烧结产物进行压缩性能测试。三、拟采用的方法和手段采用离心成型技术制备Al2O3和ZrO2陶瓷浆料，通过调整浆料的固相含量、离心加速度和烧结温度来改变烧结产物的力学性能。通过ZETA电位仪测Al2O3和ZrO2颗粒的表面电化学特性，通过阿基米德排水法测量生坯和烧结体的密度、孔隙度，通过扫描电子显微镜观察烧结产物的显微组织，通过万能试验机测量烧结产物的力学性能。四、完成题目所需要的试验或实习条件主要设备：离心机、烘箱、超声清洗器，ZETA电位仪，高温电阻炉，扫描电镜，万能试验机。实验原料：Al2O3，ZrO2，氨水，分散剂。五、毕业设计(论文)课题进度计划20xx-02-27～20xx-03-15收集关于氧化铝-氧化锆陶瓷制备方法、特性、应用等方面的资料，设计实验方案。20xx-03-16～20xx-04-05熟悉各种设备性能及其使用方法，观察氧化铝-氧化锆陶瓷浆料的特性，制备不同固相含量的氧化铝-氧化锆陶瓷浆料。20xx-04-05～20xx-04-18将不同浆料固相含量的氧化铝-氧化锆浆料在不同离心加速度下离心成型。20xx-04-19～20xx-04-30测量离心产物的生坯密度，并研究离心过程中物质分离现象20xx-05-04～20xx-05-11研究Al2O3-ZrO2陶瓷材料的烧结工艺并对烧结产物的显微组织进行观察。20xx-05-12～20xx-06-01对不同工艺条件制备的Al2O3-ZrO2陶瓷材料进行压缩性能测试。综合各因素对Al2O3-ZrO2陶瓷力学性能的影响，确立最佳的制备工艺。实验数据整理，撰写论文初稿。20xx-06-02～20xx-06-20补充实验毕业论文的撰写。20xx-06-21～20xx-06-27准备毕业答辩。主要参考文献：[1]M.V.斯温主编,郭景坤等译.材料科学与技术丛书:陶瓷的结构与性能[M].北京:科学出版社,1998.[2]丁安平,饶拴民.纳米氧化铝的用途和制备方法初探[J].有色冶炼,2001,(3):6-10.[3]赵世柯,黄校先,施鹰等.改善氧化锆陶瓷材料抗热震性的探讨.陶瓷学报,2000,21(1):41-45.[4]郭瑞松,杨方,袁启明,等.复合助剂对ZTA陶瓷烧结性的影响[J],硅酸盐学报,1999,27(2):258-263.[5]张学军,郑永挺,韩杰才.先进陶瓷材料胶态成型工艺研究进展[J].宇航材料工艺,2006,1:16-20.[6]范本勇,张宁,张宝东,秦利勇.CVI法制备先进陶瓷基复合材料[J].现代陶瓷技术,2004,3:33-41.[7]戚建强,欧阳世翁,黄勇.离心技术在陶瓷材料制备中的应用[J].中国陶瓷,2006,10:42-10.[8]李勇辉.氧化锆陶瓷增韧的研究及发展现状[J].金田(励志),2012,7:353.