简明化工制图第二十讲

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红外辐射2113陶瓷涂层制备工艺的研究与发展摘5261 要 本文就陶瓷涂层的制备4102工艺及影响其发射率的主要因素作了综1653述,同时就解决红外辐射涂层材料与基体易脱落的难点问题进行了讨论,给出了解决此问题的最佳途径,即利用陶瓷掺杂工艺和二次烧结,制备陶瓷涂层材料。最后概述了红外辐射涂层的国内外研究概况、前景,以及在国民经济和日常生活中的应用。关键词 红外辐射陶瓷材料;制备工艺;影响因素;应用与节能中图分类号:TQ174.75 文献标识码:AInvestigation and Development on the Technique for Preparation of Infrared-radiative Ceramic CoatingsYang Guangmin Dong Hongyu Xu Qiang Wang Xin Tian Hongwei Su Yadong Zheng Weitao*(Dept. of Materials Science and Engineering , Dept.of biology and agriculture Science and Engineering ,Chang chun ) ABSTRACTThis paper mainly discusses the sintering techniques for preparing the infrared-radiative ceramic coatings and main factors affecting its infrared emissivity. The best one among these techniques is by which the ceramic 作者简介 杨光敏 女 1981.11.29 吉林大学博士研究生 coating materials are doped and the second sintering is used. This paper also presents a way to solve the problem that the coating easily peels off from the substrate. In this paper, the research on the infrared-radiative ceramic coatings and their applications in economy as well as daily life have been reviewed.Key words: infrared radiation; ceramic materials; technical preparation. *通讯联系人郑伟涛:长江学者 博士生导师 吉林大学材料学院常务副院长 1引言1800年,英国天文学家威.赫谢耳在研究太阳光谱各部分的热效应时,首先发现了红外线。随后许多科学家继续做了大量的工作去认识红外辐射的本质,并建立了相应的基本定律,为红外科学奠定了理论基础。当时的研究工作只限于理论范围,并未应用到实践中去。其后第一次和第二次世界大战期间,红外技术迅速发展并应用到军事当中。随着战事的缓和,红外技术由军用领域进入了民用[1]。例如1938年美国福特汽车公司首先利用红外线辐射加热来干燥汽车零件的涂漆。由于红外线干燥具有独特的优点,(1)原料来源广、成本低,红外涂层工艺简单;(2)无需特殊的传递介质,既在空气中或真空中都能有效地传递热量,红外辐射率高,具有显著的节能效果[2];(4)加热时间短,可提高工效;(5)无污染[3];(6)提高产品质量[3,4](7)装置紧凑,便于自动化等[5];由于以上特点,红外技术得到了迅速发展,而高辐射率材料的研究则成为热点。陶瓷材料高辐射率的产生是由于粒子振动引起的偶极矩变化。根据振动对称性原则,粒子振动时的对称性越低,偶极矩的变化就越大,其红外辐射就越强。由于陶瓷材料多原子组成的分子结构在振动过程中易改变分子的对称性而使偶极矩发生变化[6]。因此,许多陶瓷材料都具有较高的辐射率。陶瓷材料还具有耐酸碱、抗腐蚀、抗氧化、耐高温等优良性能。所以红外辐射陶瓷材料越来越受到人们的重视。目前,采用陶瓷烧结制备技术是获得高辐射率陶瓷的最常用方法。2 红外辐射陶瓷涂层材料的研制状况红外加热技术的兴起,促进了红外辐射陶瓷涂层材料的研制。早在六十年代,日本已着手研制远红外辐射元件。近二十年来,世界各国在这方面的工作已形成了你追我赶的局面,大量优质的红外辐射陶瓷材料已经开发出来,并应用到生产实践和日常生活中。我国自70年代以来发展并研制了该材料,将其应用到了许多领域,并取得了巨大的经济效益和社会效益。同时,广大能源工作者也更加注重高发射率,低成本,使用方便的新型红外辐射涂层材料及器件的研究,新技术新产品层出不穷。如SH系列乳百石英玻璃远红外加热器价格较贵,而硬质95号玻璃本身的红外发射率较高,再在其表面涂敷一种新型复合红外涂料,生产的加热器较不涂敷涂料的硬质95号玻璃加热器相比,红外辐射率提高了9.52%-23.6%,与乳白石英加热器相比,辐射率也有所提高,而且成本大幅度降低。在红外陶瓷涂层技术中,关键的是制备高发射率的陶瓷质涂层材料,其次是通过合理的工艺很牢固地将其附着在基体材料上制成辐射加热器。但选择怎样的陶瓷配方、制备工艺及基体材料则决定了加热效果会存在显著的不同。3 陶瓷涂层材料的制备工艺 陶瓷实质上就是运用20余种无机化合物及微量金属或特定的天然矿石分别以不同的比例配合,再经1200~1600℃的高温煅烧,使其成为能辐射出特定波长红外线的陶瓷材料。其核心技术就是原料的选择,配方的比例以及陶瓷的烧结工艺,这是一个值得不断深入研究的课题[7]。红外线产品基本波长的选择相当重要,使产品辐射出来的波长与辐射对象物体的吸收波长一致(即光谱匹配),才能产生共振效应,这是产品好坏的关键所在。有文献报道,市面上一种新型红外辐射器,采用耐高温,机械强度高的陶瓷作为基体材料,在其上涂覆一层与基体热膨胀系数相匹配的掺杂半导体陶瓷材料,经高温烧结为一体,最后在表面涂刷一层铀料而制成的。其中半导体陶瓷涂料作为导电加热体,但同时又是具有很高的红外辐射率的辐射体。这种器件即保留了直热式红外辐射器热容小、热惯性小、热响应时间短等特点,又解决了红外辐射涂层材料与基体易脱落的难点;同时又比纯粹由导电红外辐射材料组装的红外辐射器件在成本、抗氧化、烧结性、抗热震性、耐高温、机械强度等方面得到改善。但由于红外辐射陶瓷材料在民用方面的广泛应用,基体材料的复杂多样性,选择合理的陶瓷涂层制备工艺避免其与基体脱落仍是当务之急[8]。本文认为可以采用二次烧结的方法解决这一难题,烧结的过程实质上就是通过加热,使粉末体产生颗粒粘结和体积收缩,经过物质迁移使粉末体产生致密化和再结晶的过程。红外陶瓷粉经粉磨后,压制形成具有一定外形的坯体后含有30%~50%的气孔,颗粒之间是点接触,通过烧结过程,使颗粒间接触面积扩大,颗粒聚集、体积收缩、颗粒中心距离逼近,逐渐形成晶界。气孔形状变化,体积缩小,从连通气孔逐渐变为孤立的气孔并逐渐缩小,以致消失,最终形成致密体[9]。在对陶瓷烧结过程进行分析后,不难看出,粉磨后陶瓷粉直接涂到基体上进行烧结容易出现陶瓷粉脱落的现象。本文建议的方法是粉磨后陶瓷粉经压片成型后进行烧结成瓷,磨成一定粒度的细粉,用粘结剂辅助涂敷在基体上备用,解决了脱落的问题,但此种方法所产生的效果不是最理想的。我们在实验中发现解决这个问题的最佳途径是采用二次烧结方法。第一步对陶瓷粉进行压片,进行烧结成瓷,再将致密的陶瓷体进行粉磨, 粒度要均匀,然后将其加水成为浆体, 均匀地涂覆在基体上,等干燥后进行二次烧结。这样陶瓷粉就会更加牢固地粘到基体上,其原因是第一次的烧结使粉末已经成瓷,第二次烧结避免了颗粒之间体积大幅度的收缩,因此和基体的匹配就比较好,避免了脱落现象。实际上,在红外辐射过程中,主要是涂层的表面在起作用。所以经过二次烧结后,对于所合成的陶瓷,掺杂的成分更多、更深入的进入了主体材料的晶格中,引起了晶格的畸变,破坏了晶格振动的对称性。而通过改变其晶格振动的对称性,可以提高红外辐射率。其原因在于离子振动对称性越低,其偶极矩变化就越大,红外辐射就越强[10,11]。物体的红外辐射特性与晶体结构类型以及晶格中存在的缺陷,杂质的状况紧密相关。在实验中我们还发现未加烧结助剂的样品进行的二次烧结出现了脱落现象,经测试得到了辐射率也较低,这说明烧结助剂对陶瓷烧结工艺也起着重要作用,合理的选择烧结助剂,起到降低烧结温度,改变陶瓷的辐射功能,也起到了抗脱落作用。4 影响陶瓷涂层材料辐射率的因素a材料成分对陶瓷涂层辐射率的影响。例如金属、合金、金属化合物和非金属元素的全辐射率值是不同的。一般来说,金属导电体的辐射率值较小,电解质材料的辐射率值较大,这种差异与构成金属和电解质材料的带电粒子及运动特性有关[12]。b复合材料有利于提高辐射率,其原因是组元数增多,不同成分的原子间相互作用,影响结构的对称程度,结构中缺陷增多,原子或分子的振动及转动形式更复杂多样,其能量重叠并扩展成能带,受热激发时发出宽频的红外辐射,且辐射能力较单一物质高得多。此时出现高辐射率涂料成分组成的“多组元效应”。 单个氧化物的辐射率不高于0.83,而其复配涂料的辐射率高于0.90。有研究报道,用相同的原料,不同的配比烧成的试样,其内部物相组成是相同的,只是相对含量不同,经测试其辐射率和光谱辐射分布有小的差别,基本相近。在同一配方的材质中,添加不同的过渡金属氧化物,其影响是明显而复杂的。在相同配方中引入不同的过渡金属氧化物,或在不同的配方中引入相同的过渡金属氧化物,其影响都是不同的。这种影响的结果是:在某些波段内提高(或降低)了辐射率,而在另外一些波段内降低(或提高)了辐射率。c 材料处理工艺对辐射率的影响。(1)同一种材料由于处理工艺及条件不同而有不同的发射率值。对发射率影响最大的工艺参数是烧结温度[12]。此外同一烧结温度下,生烧和熟烧对材料辐射率的影响差别比较大。(2)二次烧结能提高辐射作用。经一次压片成型烧结后成瓷的涂料,磨碎涂覆到基体上再进行烧结可以在表面形成更多的氧缺陷,有利于辐射率的提高。(3)烧结气氛对辐射率的影响很大[12,13]。例如经700℃空气处理与经1400℃煤气处理的TiO2的常温全发射率分别为0.81和0.86,这是还原引起氧缺位所致。Fe2O3在高温预处理时,气氛对发射率的影响非常大,这主要是由于预处理使化学成分(Fe+++/Fe++比)发生变化以及失氧引起的晶格缺位等结构因素变化两者综合造成的。在晶格缺位等缺陷处,晶体结构会发生局部畸变,使结构变得较为疏松,引起极化,造成晶体原子运动状态(能量状态)的复杂化。例如:在能带的禁带区产生新的附加能级,而影响辐射率值[12]。(4)烧结过程中的升温速度,保温时间,以及最高烧结温度都严重影响着陶瓷材料的辐射率。陶瓷材料的相对密度,韧性,晶粒的大小,晶格,晶相等都与陶瓷材料烧结技术有关,由此也影响到红外辐射陶瓷的辐射率(5)烧结完毕的冷却方式对辐射率的影响。其中有随炉冷却,空气中急冷,有水淬等。 d 前面已提到烧结助剂对陶瓷烧结也起着重要作用,引入合理的烧结助剂,能够起到降低烧结温度,形成部分低熔点的固熔体、玻璃相、或其他液相,促进颗粒的重排或粘性的流动,从而获得致密的产品。同时增加基体的韧性、相对密度、降低陶瓷的热膨胀性等多种作用,使陶瓷涂层与基体更好的结合在一起。例如将一些稀土元素Pd2O3、Y2O3等加入堇青石、莫来石等结构不致密的晶体中,Pd3+、Y3+等离子易固溶其中而引起晶格畸变,尤其和主体材料的半径大小和价态高低相差很大时,其形成的固溶体将提高晶格振动活性,因此提高了陶瓷涂层的辐射率。e 粘接剂的种类和浓度对涂层材料辐射率有一定的影响。一般粘结剂有无机物和有机物两类粘结剂,不同的种类粘结剂适用于不同的加热工作的要求。在红外辐射涂料应用中,针对不同情况用的有可容性钾或钠硅酸盐(水玻璃),磷酸盐系无机粘结剂,有机硅酸盐和环氧树脂(低温)[12]。f涂层厚度对辐射率的影响。辐射器表面辐射率与涂层厚度有关系,这是因为有些材料对辐射率有一定程度的透明性。选择适当的涂层厚度,可使辐射有良好的效果,也能保证涂层与基体间的粘结强度和原材料的最少消耗量。涂层厚度一般控制在0.1~0.4mm之间,过厚、过薄,都会降低表面辐射率。g材料表面状态对辐射率的影响。当辐射层材料和结构一定时,物体的发射率还受表面状态的影响。表面状态指涂层表面的粗糙程度,一般粗糙度越大,辐射率越高。h基体形状的选择也很重要,目前有平行状和碗行状。有人进行了测试发现,碗形板的表面温度,辐射强度和辐射效率均高于平面板。i温度对辐射率的影响。同一材料在不同温度下的发射率也不同,一般情况下,金属的发射率随温度的升高而逐渐增大,非金属材料的发射率随温度的升高而减小。各种材料的发射率随温度变化的规律是不一致的,有个别金属的发射率随温度升高而减小。在选用材料时,应使最大发射率时的温度与辐射器的表面温度相适应[12]。j辐射热源与被加热物体间的距离,与辐射强度的平方成反比。所以缩短辐射距离,可以大幅度提高加热效果,但必须注意的是应该保持一定的间距,这是因为如果距离等于0时,无异将辐射与对流的两种加热方式变成单一的热传导了,此时的远红外涂料也将成为隔热材料[13]。k辐射强度与辐射体的面积成正比。所以,应尽可能增加红外涂料的涂覆面,但涂覆面必须是温度较高的辐射工作面,否则也会到起到反作用[13]。l使用时间对辐射率的影响。辐射材料在长期使用过程中,会与周围介质(如水汽)发生物理化学作用,使得材料成分发生变化,则其辐射率也会随之发生变化,一般情况下是衰减,也有个别材料发射率会随时间提高。而当表面涂层发生脱落时,辐射就会变差。 5 红外辐射陶瓷材料的应用前景随着工业和科学技术的高度发展,能源的需求矛盾日益加深。日本由于缺乏能源和资源,对节能技术给予了高度重视[14]。日本在1964年开始研制远红外辐射元件,二十世纪七十年代初已广泛应用于生产,从而使红外加热迅速发展成为一门新兴技术领域。由于其明显的节能效果[15,16],各个国家越来越多地重视这一技术的发展和应用。红外辐射材料的应用已从过去的加热,干燥延伸到现在的医疗保健,催化剂活化等方面,亦即由高温的应用向中低温延伸。红外辐射的应用领域越来越广泛,已在生产上得到应用的领域如烘漆行业、纺织行业、印刷行业、塑料行业、建材行业、金属行业、橡胶行业、农业和生物医学材料[17,18]。目前,在常温(或稍高温度)上使用的红外辐射涂料,主要用于红外纺织物的制造,以及医疗保健品上。(1)利用其温热效应,因此穿着远红外织物有显著的保暖功效。(2)促进人体血液循环。(3)抑菌防臭性[19,20]。根据以上特点,常制成风衣、针织内衣、袜类、护膝、护腕、护腰、及各种床上用品[21]、高寒地区防寒服、理疗仪、红外治疗带、医院病房床单、医疗用衣等[22,23]。另外,陶瓷制品施加了远红外辐射釉后,对食物,饮料,水等具有活化作用[24],使食物和饮料味道鲜美;对水还可以清除杂质,提高水的保健作用;还可以加快酒的发酵和成熟,并可消除酒的异味,提高酒的档次等[25]。此外红外辐射导电陶瓷利用了红外辐射材料与导电材料复合为特征,通过改变陶瓷材料的电学性质,使其从绝缘体变为导体。成为自身导电发热的红外辐射陶瓷材料。另外也可以制备红外泡沫陶瓷,可以吸收燃烧气体通路中排气热,并以固体辐射热的形式辐射到另一侧回收余热,目前已在钢包烘烤炉,溶铝炉等方面使用[26]。可以说新型红外辐射陶瓷涂层具有广阔的发展空间和良好的应用前景。参考文献[1]陈创亮,曾令可. 红外辐射陶瓷材料与节能.〈佛山陶瓷〉1995年第一期.[2] Ipsita Das,S.K.Das*,Satish Bal.Drying performance of a batch type vibration aided infrared dryer.Journal of Food Engineering 64(2004) 129-133.[3] S.K.Chou and K.J.Chua* New hybrid drying technologies for heat sensitive foodstuffs. Trends in Food Science&Technology 12(2001)359-369.[4]T.M.Afzal,T.Abe*,Y.Hikida. Energy and quality aspects during combined FIR-convection drying of barley.Journal of Food Engineering 42(1999)177-182.[5] K.J.Chua* and S.K.Chou. Low-cost drying methods for developing countries. Trends in Food &Technology 14(2003)519-528.[6] 闫国进,吴建锋,徐晓虹. 堇青石红外辐射陶瓷材料的研制和应用. 〈陶瓷研究〉2001,12.第16卷第4期.[7] 李红涛,刘建学.远红外辐射陶瓷研究的现状及进展.〈陶瓷〉.2005,4.[8] 胡嘉.远红外涂料应用技术的研究与开发.〈节能技术〉.1996(3).[9] 陆佩文,无机材料科学基础.武汉工业大学出版社.281-308.[10]张英,闻荻江. 红外辐射陶瓷材料的制备及应用. 〈苏州大学学报〉2005,12.第25卷第6期.[11] 刘建学,程晓燕,朱文学,徐宝成,孟祥平,张玉先. 谷物干燥远红外复合陶瓷材料的研究. 〈农业机械学报〉.2006,6.第6期第37卷.59-62.[12] 糜正瑜,褚治德等编著.红外加热干燥原理与应用.机械工业出版社.136-141.[13] 崔万秋,吴春芸.低温远红外辐射陶瓷材料研究. 〈功能材料〉1998,29(6)626-628.[14] 胡嘉.远红外涂料应用技术的研究与开发.〈福建能源开发与节约〉1996,3.[15] Shuso Kawamura a,*,Motoyasu Natsuga b,kazuhiro Takekura a, Kazuhiko Itoh a.Development of an automatic rice-quality inspection system.Computers and Electronics in Agriculture.40(2003)115-126.[16]马乐平,张斗.新型红外辐射陶瓷涂层技术的研究与发展.〈节能技术〉.1998.第4期35-37. [17] Naret Meesoa,*,Adisk Nathakaranakule a,Thanid Madhiyanon b,Somchart Sopomchart Soponronnarit a.Influence of FIR irradiation on paddy moisture reduction and milling quality after fluidized bed drying. Journal of Food Engineering 65(2004)293-301[18] 叶元瑜,刘有明,计福来,田立佳.谷物种子干燥机的现状和发展. 〈中国农机化〉.2003.[19]李全禄.远红外辐射材料的研究及应用.〈压电与声光〉. 1995,2.第17卷第1期. [20] 刘维良,陈云霞. 钠米远红外陶瓷粉体的制备工艺与性能研究.〈中国陶瓷〉2002,2.第38卷第1期. [21]金逢锡,顾广瑞. 红外辐射干燥谷物原理.〈红外技术〉2005,1.第27卷第1期. [22]刘春利,魏春丽,薛万林,裴传道. 远红外辐射陶瓷盖髓术的临床应用研究.〈临床口腔医学杂志〉.2005,10.第21卷第10期.[23] 饶瑞,孙过才. 堇青石在红外辐射陶瓷材料中的应用.〈中国陶瓷〉.1998,4.第34卷第2期.[24] 刘维良,何志平,卢丹丽,张海滨,陈建华. 远红外日用陶瓷釉的研究.〈陶瓷学报〉2006,3.第27卷第1期.34-38.[25]周健儿,张小珍,王双华.常温远红外辐射釉的研究进展及其功能.〈陶瓷学报〉2004,6.第25卷.[26]罗希雷. 触媒远红外干燥技术在粮食行业中的应用前景展望. 〈粮食与饲料工业〉2003,第10期,http://hi.baidu.com/%BD%CC%CA%DA%CD%F5/blog/item/d4156bd0964c878fa0ec9ce6.html,微波是2113频率非常高的电磁波,又称超高5261频。通常把300MHz~300GHz的电磁波划为微波,其对4102应的波长范围为16531mm~100mm。自从20世纪40年代以来,微波在雷达、通讯、能源、等离子体和固体物理等领域得到了广泛的应用。50年代美国的Von Hippel在材料介质特性方面的开创性工作为微波烧结的应用奠定了基础[1]。材料的微波烧结开始于20世纪60年代中期,Levinson[2]和Tinga[3]首先提出陶瓷材料的微波烧结,到70年代中期,法国的Badot和Berteand[4]及美国的Sutton[5]等开始对微波烧结技术进行系统研究;80年代以后,各种高性能陶瓷和金属陶瓷材料得到广泛应用,相应的制备技术也成了人们关注的焦点。 微波加热是通过微波与介电物质相互作用产生的内电场,内电场使受束缚的离子产生平行移动或偶极子产生转动,由于惯性力、弹性力和摩擦力阻碍离子运动,使内电场变弱或消失,微波能被吸收转变成了热能,因而加热是整体性的,且加热均匀[6]。此外,由于对电磁场的响应时间极短,因而加热速度快。一般采用微波结构陶瓷材料,烧成的时间只用几分钟到几十分钟,与传统烧结时间几十小时相比,效率提高了几十倍。 同时由于通过电磁场直接对物体内部加热,而不像传统方法热能是通过物体表面间接传入物体内部,因而热效率很高。加之,烧结时间又短,因此可以大幅度的节能[7]。微波加热。技术应用于陶瓷材料的烧结是一种理想的选择,因此得到了美、加、英、日、德等发达国家政府、工业界、学术界的广泛重视,各先进国家在陶瓷的微波烧结方面均开展了研究工作,并取得了不少有益结果。我国有少数单位也开始起步,开展了这方面的工作。我国已于1988年将其纳入“863”计划。本文将详细论述微波烧结在陶瓷材料氧化铝、氧化锆及氮化硅等方面的应用。2 微波烧结在陶瓷材料中的应用2.1 氧化铝 氧化铝陶瓷由于原料矿物资源丰富,熔点高,绝缘性优异等多种功能,成为应用广泛且价格低廉的一种新型陶瓷。由于纯Al2O3熔点高,杂质少,高温时液相极少,常规烧结时必须依靠对原料的粉碎磨细,增加晶格缺陷,使晶粒活化,以及掺外加剂使之与主晶相形成低共溶有限固相或形成晶界玻璃相以达到烧结的目的[8]。 氧化铝陶瓷通常具有优良的电绝缘性能、低的损耗角正切、高机械强度、满意的化学稳定性及耐温度急变性等优点,在电子、化工、纺织机械等许多工业部门获得广泛应用。 周健[9]采用平均粒度为0.8цm左右的σ-Al2O3细粉,加入3%(质量)的Y2O3在刚玉罐中湿磨36h,混入成型剂,造粒后模压成型,并进一步用冷等静压制得样品。样品采用常规烧结和微波烧结两种方式进行。常规烧结为钼炉,烧结温度1450℃,保温1h;微波烧结采用改进的TE103矩形单模腔,工作频率2.45GHz。两种结果对比如表1。 微波烧结过程中,随着温度的升高,试样对微波能的吸收值增大,至1050℃左右达到最大值,此时Al2O3介电损耗达到最大值。在1250℃下微波烧结随时间增大,试样相对密度也相应提高。在8min后试样迅速致密化,15min左右即达到理论密度的98%左右。之后继续延长烧时间,密度基本上不再变化。通过对微波烧结试样进行SEM分析发现,在微波烧结致密化过程中,Al2O3晶粒长大很少,烧结制品晶粒细小均匀,这是微波烧结陶瓷的一个突出优点。由于快速加热和低温快速烧结可以制备出高度致密化的细晶粒或超细晶粒陶瓷,从而改善于陶瓷材料的若干性能。2.2 氧化锆 氧化锆陶瓷由于其相变增韧和良好性能已成为主要的结构陶瓷材料之一。特别是在纳米复合陶瓷研究中,将纳米ZrO2作为弥散相对陶瓷基体进行强韧化,已取得了显著的效果[10]。表1 微波烧结与传统烧结Al2O3陶瓷对比Table1 Comparisons of Al2O3 ceramics in conventional and microwave sintering工艺性能 微波烧结 传统烧结 烧结时间(min) 15 60 升温速率(℃·min-1) 150~250 15~20 烧成温度(℃) 1250 1450 相对密度(%) 98 94 抗弯强度(MPa) 380 300由于ZrO2导热系数很低(约2W/m·K)、热膨胀系数较大,加之其损耗因子在250℃~400℃就开始迅速增大,因此,当微波场均匀性不好时,即使在较低温度(300℃~500℃),生坯件中极易形成局部热斑,并且热斑处的介电损耗会迅速增大,产生热失控,导致坯体开裂。 Zhang jin song[11]等用微波烧结了平均颗粒直径为10~20nm的ZrO2(4mol%Y2O3)。由于他们发明了微波烧结中的能量分布法(energy distribution),因此,控制了ZrO2晶型转变,并且能够快速而均匀地烧结得到颗粒尺寸不超过20nm的ZrO2。 Janney[12]研究了ZrO2-8mol%Y2O3材料的微波烧结,含8mol%Y2O3的ZrO2粉210MPa下预压成型,并在1100℃预烧达到理论密度的58%,在2.45GHz、2.6kW的微波炉Aγ-1%N2气氛中烧成试样,升温速率35℃/min,常规烧结采用相同的制度,达到同样密度时,微波烧结所需的温度低得多,表明微波烧结所需的活化能低。对微烧结及常规烧结试样的显微结构研究发现,两者都处在正常晶粒长大阶段,在晶界及晶粒边缘留有许多残余气孔,而且都有一些气孔被包裹在晶粒内,说明两者都存在不连续晶粒长大,理论密度99.4%的烧结度试样ZrO2晶粒平均大小2.2μm,理论密度99.35%的常规烧结试样ZrO2晶粒平均为3.5μm,大于微波烧结,这与Al2O3得到的规律相同。由此可假设微波烧结时控制机理为导致致密化的过程,如体积扩散与晶界扩散,而那些导致晶粒粗大的的过程如表面扩散及蒸发凝聚则不占主要地位。为何微波烧结过程中一种扩散机制会优先于另一种扩散机制还无法解释。2.3 氮化硅 氮化硅基陶瓷是一类重要的先进高温结构陶瓷,具有热膨胀系数小、硬度大、弹性模量高以及热温度性能、化学稳定性、绝缘性好等特点,此外它还耐氧化,耐腐蚀和耐磨损等优点使之具有广泛的应用前景[13]。纯的氮化硅在室温时不吸收微波能,近乎微波透明物质,难以依靠自身的介电损耗来加热。如何促使样品均匀地升温到一定的烧结温度是烧结的关键。氮化硅陶瓷的介电损耗不但很低而且随温度变化不大,其导热性也非良好,在快速升温中,样品开裂打弧或局部过热等现象不可避免会出现。 Yoon Chang Kim[14]使用高纯α-Si3N4粉为原料,Al2O3、Y2O3为助烧剂,添加量12%(Al2O3:Y2O3=1:3),混合后以酒精为介质,用Al2O3球球磨24h,干燥分散后,将粉先用30MPa压力预压后用200MPa等静压,压成24×12(mm)的样品。用2.45GHz、6kW微波炉,升温速率25℃/min;常规烧结采用石墨炉无压烧结,烧成制度与微波烧结相同,且均在氮气气氛中烧成。 由于γ-Si3N4低温时在微波中的损耗很小,需要用SiC作为低温吸收微波的发热体,当样品温度起过临界温度1390℃后,立即就会吸收微波自身发热。结果显示微波可以促进α-Si3N4的α相向β相转变的速度,提高密度。比较微波烧结及常规烧结1750℃样品的扫描电镜图,在同样配方、同样烧结制度下,微波烧结材料的基质中有较大的长形颗粒,保温2h后长形颗粒的比例及颗粒度都有了显著增长,而常规烧结的样品即使保温5h也没有这样的效果。在微波烧结中1725℃就可形成针状的β-Si3N4样品,而常规烧结1800℃也无法获得这样多并且针状显著的β-Si3N4。 徐耕夫[15]也研究了Si3N4微波烧结,发现当采用2.45GHz微波源时,一般用混合加热模式;而采用28GHz或30GHz微波源则可用直接加热方式。微波烧结Si3N4与常规电阻加热相比,有促进致密化,促进α-Si3N4→β-Si3N4相转变和促进长住状β相晶粒长大等特点。从而,使材料在保持较高抗弯强度同时,达到较高的断裂韧性。2.4 氮化铝 作为一种新型的陶瓷材料,氮化铝陶瓷在工业各领域,尤其是在电子工业有着重要的用途[16]。但由于AlN是共价化合物,有限的原子运动限制了纯AlN在常规温度下的完全烧结,而AlN在高温(1600℃)下的分解是获得AlN致密体的主要难题。因此,需借助较高的烧结压力和添加烧结助剂。众多研究表明:高的纯度、小的粒度和窄的粒度分布是提高AlN烧结性能的关键。因此,如何制备出纯度高、粒度小、成本低、烧结性能好的AlN粉末,是生产性能优良、能够商业化的AlN陶瓷的前提和基础[17]。 AlN陶瓷的介电损耗和介电常数很低且随温度变化不大,它不可能凭借自身的介电损耗特点,在微波作用下来达到烧结温度。因此,徐耕夫等[18]利用微波烧结系统结合适当的烧结工艺对自蔓延高温合成(SHS)制备的氮化铝粉的烧结行为和微观结构进行了研究。样品由AlN粉和3%Y2O3(质量百分数)球磨后干压成试条。样品首先进行预烧结,在流动的氮气气氛下在1200℃预烧结6min,接着进行微波烧结,烧结温度为1600℃。 样品在快速的升温阶段,能在2min内达到近1400℃,接着很快进入烧结阶段,达到1600℃左右,整个过程大约5min,在烧结阶段保温4min能获得相对致密度为98.7%的氮化铝陶瓷。在1600℃随着保温时间的增加,密度相应增加,晶粒也有长大,晶界面含量减少。微波烧结AlN陶瓷的TEM分析显示了AlN完整的近乎圆形的晶粒,平均晶粒尺寸为1.4μm。这与其较低的烧结温度和较短的烧结时间有关。此外,烧结温度明显降低,“微波效应”在氮化铝的烧结中得到体现。2.5 PZT陶瓷 钛锆酸铅是一种重要的压电陶瓷。在常规电阻炉烧结过程中,生坯中的PbO组分易于损失,烧结温度越高,保温时间越长,则损失微波快速烧结PZT陶瓷,可降低烧结温度、缩短烧结时间,并促进致密化过程。这一点对于尺寸很小的PZT超声换能器阵列的烧结尤其有利。 田岛健一[20]研究了一种由70×70个柱组成的PZT陈列,横截面积尺寸为100μm×100μm,高400μm。采用常规电阻炉,烧结温度1200℃,保温60分钟,结果晶粒粗大,棱柱横截面积变形很大。而采用30GHz微波源在1100℃烧结10分钟,棱柱横面积能完好地保持生坯的形状。微波烧结的PZT陶瓷,在机电偶合系数Kp不降低的同时,抗弯强度能提高一倍以上。 对于PZT铁电陶瓷,2.45GHz微波烧结与常规电阻炉烧结的效果对比如表2[21]。文献作者认为微波烧结细化晶粒、减小缺陷尺寸是使抗击穿场强和断裂强度提高的主要原因之一。另外微波快速烧结能减少铅蒸发,有利于晶界净化和保持微区组成稳定,这也对机、电性能的提高有贡献。2.6PTC陶瓷 PTC陶瓷是正温度系数热敏陶瓷的简称,它的主要成分是钛酸钡。近20年来,PTC陶瓷材料作为一种重要的功能材表2 微波烧结与传统烧结的PZT陶瓷性能对比Table2 Comparisons of PZT ceramics in conventional and microwave sinter工艺性能 微波烧结 传统烧结 烧结条件 960℃×15min 960℃×120min 相对密度(%) 98.9 98.7 晶粒尺寸(um) 3.2 7.0 介电常数(∑max) 20100 20180 击穿场强(kV·mm-1) 10.5 6.2 抗弯强度(MPa) 89 65表3 传统烧结与微波烧结的PTC陶瓷对比Table3 Comparisons of PTC ceramics in conventional and microwave sinter项目 传统烧结 微波烧结 总烧成时间(min) 480~600 90 升温速率(℃·min-1) 4~5 30~120 烧成最高温度(℃) 1300 1100 保温时间(min) 30 10 最小电阻率的半导体含量(%) 0.15~0.30 0.15~1.0料得到了广泛的关注,并取得了迅速的发展。由于PTC陶瓷具有无明火、无噪音、无干扰、体积小、质量轻、节能省电、安全可靠、使用寿命长等优点,因此其应用领域十分广阔[22]。PTC传统的合成方法,因原料机械振合的不均匀性和高温固相反应全过程的长时性,使所得产品的晶粒尺寸粗而不匀,严重降低了材料敏PTC效应(Positive Temperature Coefficient 正温度系数效应)。而微波合成的PTC陶瓷材料的性能可满足过流、过热保护的要求。 PTC陶瓷微波合成的工艺[23]:首先以二氧化钛和碳酸钡为主要原料,采用通常的混合工艺进行配料,在1150℃左右合成碳酸钡,也可用化学法或水热法制取碳酸钡,然后再引入其它固溶体组元,以调节基方组成的居里温度,并添加施主和受主杂质以及烧结助剂,经球磨混合粉碎、造粒、成型、微波烧结合成PTC陶瓷材料。 总之,采用微波烧成的PTC陶瓷,不仅可缩短烧成时间、降低烧成温度(见表3),而且能提高烧成制品的性能。这是由于微波烧成温度的升降十分迅速,快速加热时形成的晶粒尺寸细小,冷却时晶界偏析(受主杂质在晶界上析出)几乎完全避免,因此微波烧成易得到低电阻高性能的PTC陶瓷材料。3 结束语 微波烧结作为一种革命性的烧结技术,具有巨大的发展潜力。作为一种省时、节能、节省劳动、无污染的技术,微波烧结能满足当今节约能源、保护环境的要求;其次它具有的活化烧结特点有利于获得优良的显微组织,从而提高材料性能。再次,微波与材料耦合的特点,决定了用微波可进选择性加热,从而制得具有特殊组织结构的材料。 在规模化应用方面,已成功地进行了陶瓷材料的小批量和连续化微波烧结[24]。已证明在规模化水平,微波烧结在节能、省时和所得产品性能等方面皆优于常规烧结技术。其唯一的缺点是设备投资大,但考虑到该技术具有的显著特点,用该技术烧结的产品性能价格比完全可以超过的电阻加热炉。此外,阻碍该技术实用化的技术困难还有[25]:烧结材料的种类局限性、加热过程热失控、温度难以准确测量和控制、烧结件开裂、烧结产量低等。 综上所述,微波加热技术作为一门应用于陶瓷行业的新技术,还有很多工作要做。然而微波加热技术具有不可抵档的优势,人类的智慧必将会解决这些问题而成功地将微波加热技术应用于陶瓷行业,使材料的加工方式发生质的飞跃,极大提高生产效率,提高产品质量,促进生产力的发展。 一、论文的内容范围及总体要求 (一)、论文应就特种设备安全技术科学相关问题进行分析、研究和阐述,论文内容应是对特种设备安全技术科学发展起推动作用的、经过分析-归纳-验证的、符合逻辑思维规律的陈述; (二)、论文应有独到的论点、具有特色的论据和合乎逻辑的论证; (三)、论文类别包括特种设备安全技术/管理经验总结、检验技术或检验方法研究专题报告、检测仪器或工具发明的科研成果论述、检验科学技术发展趋势综述等; (四)、论文应结构严谨、内容丰富、重点突出,表述方式以议论和说明为主。二、论文写作的具体要求 (一)、标题应确切恰当 标题应尽可能简短,既能概括全篇内容,又能引人注目。 (二)、选题应有特色 选题时应注意问题的具体性、典型性和针对性,应是人们普遍关心的、亟待解决的问题。 (三)、论点应正确鲜明 论点正确是指作者的观点合理,符合理论和实际,经得起推敲和检验。论点鲜明是指作者态度明朗,不模棱两可。 (四)、论据应确凿充分 论据应围绕主题,选择的材料应真实、可靠、典型、充分,使论点与论据能相互结合、统一。 (五)、论证逻辑应严密 论文应以逻辑推理的形式用论据来证明论点,应具体分析,运用材料就事论理,抓住事物的本质,从理论和实践的结合上解决问题。逻辑严密主要体现在论证方法上,一般为归纳法和演绎法。 (六)、论文结构应严谨,重点突出 论文结构应合理,前后连贯,主次分明,周密严谨,使读者能完整地理解文章的内容。 (七)、语言应准确、朴实、生动,图文并茂 语言准确主要是指用词准确,概念明确;语句简捷,表述恰当,叙述的事实可信;句子联接合乎逻辑,推理清楚。语言朴实是指言之有物,不讲空话;言之有序,条理清楚。语言生动是指论文阐述道理生动活泼,以求更具有说服力量。图文并茂是指文字和图、像、表、式能融会贯通,揉为一体,不脱节。 (八)、体例规范 1、篇幅及字体:全文要求3000~5000字;文字一律采用中文简体,标题采用三号宋体字加黑,小标题采用小三号宋体字加黑,正文采用四号宋体字;用A4纸打印。 2、论文标题及小标题:应居中、美观、简明、醒目;标题后不加标点符号;若小标题后接排正文,其后可空一格;文内小标题前后标志方法应统一。 3、章节及层次:应合理设置,前后统一。层次较多时,各层序码应清晰标注。第一级采用一、二、三等,第二级采用(一)、(二)、(三)等,第三级采用1、2、3等,第四级采用(1)、(2)、(3)等,第五级采用①、②、③等。 4、作者及其工作单位:应写在论文标题之下、正文之上。 5、内容摘要:包括从事此项工作的目的,工作的主要内容和过程,取得的成果和发现的特点、结论及其价值和意义。一般不超过200字,置于作者署名之下、文章开头之前的上方居中处。 6、计量单位:采用国际单位制,一律用符号表示,不采用中文名称。 7、名词术语:全篇论文中指同一事物的名词术语应前后一致。 8、公式:位置居中,其后不加标点,也不写计量单位,若对公式编号,将编号加圆括号后,写在公式右侧行末。 9、插图:用黑色墨水描绘或用计算机绘制,制图应执行国家标准。 10、参考文献格式:作者、书名(期刊名)、出版单位、出版时间(期号)等。 11、引用标准(规范)格式:标准(规范)编号、年号、标准(规范)名称等。本回答被提问者采纳www.egvchb.cn防采集请勿采集本网。

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<机械制图>的学习重点不在概念,而在于作图和看图。其基础是投影理论。当然,要说重点概念,最重点的就是:长对正,高平齐,宽相等;投影的实形性,集聚性,类似性。这是最基本、最重要的概念。如果想学好学透,可参阅一套内教材《工程图学简明教程》(含光盘,武汉理工大学出版社出容版,光盘中有教学课件,解题指导等,很适合自学及学习参考)内容来自www.egvchb.cn请勿采集。

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