材料工程學畢業論文開題報告

時間：2024-10-11 18:07:54 開題報告我要投稿

材料工程學畢業論文開題報告范文

　　開題報告是提高選題質量和水平的重要環節，它主要說明這個課題研究的意義及該課題的可行性。

材料工程學畢業論文開題報告范文

　　題目：離心成型技術制備氧化鋁-氧化鋯陶瓷材料的研究

　　一、畢業設計(論文)題目的來源，理論或實際應用意義

　　陶瓷材料是用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。可用作結構材料、刀具材料，由于陶瓷還具有某些特殊的性能，又可作為功能材料。陶瓷分為傳統陶瓷和先進陶瓷。傳統陶瓷主要的原料是石英、長石和黏土等自然界中存在的礦物。先進陶瓷的原料一般采用人工合成或提煉處理過的化工原料。

　　氧化鋁陶瓷又稱剛玉瓷，是用途最廣泛，原料最豐富，價格最低廉的一種高溫結構陶瓷。工業上所指的氧化鋁陶瓷一般是指以α-Al2O3為主晶相得陶瓷。根據Al2O3含量和添加劑的不同，有不同系列的氧化鋁陶瓷，例如根據Al2O3含量的不同有75瓷，85瓷，95瓷和99瓷等不同牌號;根據其主晶相得不同又可分為莫來石瓷、剛玉-莫來石瓷和剛玉瓷;根據添加劑的不同又分鋯剛玉、鈦鋼玉等，各自對應不同的應用范圍和使用溫度。

　　氧化鋯的熔點高達 2700℃，耐熱性、耐蝕性優良，熱導率在常見的陶瓷材料中最低，熱膨脹系數又最大，與金屬材料較為接近。完全穩定化氧化鋯( FSZ)易產生較高酌熱應力，但部分穩定氧化鋯( PSZ)具有強度高，脆性低，較高的斷裂韌性，被認為是發動機上最有前途的陶瓷材料。美國康明斯公司已有該種產品面世，日本也有許多用氧化鋯陶瓷制造的發動機部件。目前使用得最多的含氧化鋯陶瓷系列是：氧化鋯增韌氧化鋁(ZTA)，部分穩定氧化鋯(PSZ)，四方氧化鋯多晶體(TZA)。這三種陶瓷都具有高的強度和良好的韌性。優良的性能起源于四方氧化鋯經受應力誘導相變轉變為單斜相相變，該相變同時伴有體積膨脹，這種現象稱為相變增韌。相變增韌氧化鋯陶瓷是一種極有發展前途的新型結構陶瓷，其主要是利用氧化鋯相變特性來提高陶瓷例料的斷裂韌性和抗彎強度，使其具有優良的力學性能，低的熱導率和良好的抗熱層性。它還可以用來顯著提高脆性材料的韌性和強度，是復合材料和復合陶瓷中重要的增韌劑。陶瓷材料具有優異的耐磨性、耐蝕性和高溫性能，但是由于陶瓷固有的脆性，限制了其實際應用范圍，因此，改善陶瓷材料的脆性，增大強度以提高其在實際應用中的可靠性，成為其能夠廣泛應用的關鍵。

　　單獨的氧化鋁陶瓷的缺點是脆性大，抗熱模性差，不能承受環境溫度突然變化。為了改善氧化鋁陶瓷的缺點本課程設計中利用氧化鋯來起到增韌的作用，并利用離心成型的方法來制備氧化鋁-氧化鋯陶瓷。

　　離心成型技術具有明顯區別于其它成型工藝的特點，即在離心力的作用下流體流動聚集而成型，因而離心成型過程中必須有流體存在，在流體中通過物質傳輸進行材料制備。陶瓷材料大多具有高熔點，很難像金屬材料和高分子材料那樣在熔融狀態下利用流體的流動性直接成型，因而限制了離心技術在陶瓷領域中的應用。直到上世紀80年代末期，陶瓷界學者對陶瓷漿料流變性的深入研究和膠態成型的快速發展為離心技術在陶瓷制備中的應用開啟了大門。目前，離心技術在陶瓷材料的制備工藝中的應用，國內外的研究主要有利用離心注漿/鑄造工藝、離心-SHS工藝制備復合材料以及離心燒結方面的工作。陶瓷離心注漿工藝首先由美國加州大學Santa Barbara分校的F.F.Lange教授提出，瑞士蘇黎世高等工業學院、美國普度大學以及日本名古屋工業技術試驗所和名古屋工學院等單位相繼開展了研究，目前國內關于離心注漿工藝的研究工作還很少。離心注漿成型工藝是利用加速力場形成坯體，成型坯體密度較高，幾乎不需要添加任何有機粘結劑，因此克服了脫脂工藝造成的種種不利因素。另外，與其他成型方法相比，離心成型具有可制備大型陶瓷部件并且構件內部應力梯度小的優點。離心過程作用在每一個體積元上，顆粒向離心的方向移動，液體介質則向相反的方向移動，這意味著與注漿和抽濾工藝不同，液體不會流經坯體而留下缺陷。同時由于離心作用力均勻的作用在每一個顆粒單元上，因而具有形成均勻結構的潛在優勢。作為膠態成型的一種，離心技術最早提出來是應用在均勻致密陶瓷材料的成型中。

　　二、題目的主要內容及預期達到的目標

　　本論文主要研究離心成型法制備氧化鋁-氧化鋯陶瓷，具體研究內容如下：

　　1.配制固相含量不同的氧化鋁-氧化鋯陶瓷漿料。

　　2.研究分散劑和pH對氧化鋁-氧化鋯陶瓷漿料特性的影響。

　　3.測量不同離心加速度和漿料固相含量下氧化鋁-氧化鋯陶瓷材料生坯密度，研究復相體系物質分離現象的原因。

　　4.研究燒結溫度氧化鋁-氧化鋯陶瓷的收縮率，觀察燒結產物的顯微組織照片，并進行燒結產物進行壓縮性能測試。

　　三、擬采用的方法和手段

　　采用離心成型技術制備Al2O3和ZrO2陶瓷漿料，通過調整漿料的固相含量、離心加速度和燒結溫度來改變燒結產物的力學性能。通過ZETA電位儀測Al2O3和ZrO2顆粒的表面電化學特性，通過阿基米德排水法測量生坯和燒結體的密度、孔隙度，通過掃描電子顯微鏡觀察燒結產物的顯微組織，通過萬能試驗機測量燒結產物的力學性能。

　　四、完成題目所需要的試驗或實習條件

　　主要設備：離心機、烘箱、超聲清洗器，ZETA電位儀，高溫電阻爐，掃描電鏡，萬能試驗機。

　　實驗原料：Al2O3，ZrO2，氨水，分散劑。

　　五、畢業設計(論文)課題進度計劃

　　20xx-02-27～20xx-03-15 收集關于氧化鋁-氧化鋯陶瓷制備方法、特性、應用等方面的資料，設計實驗方案。

　　20xx-03-16～20xx-04-05 熟悉各種設備性能及其使用方法，觀察氧化鋁-氧化鋯陶瓷漿料的特性，制備不同固相含量的氧化鋁-氧化鋯陶瓷漿料。

　　20xx-04-05～20xx-04-18 將不同漿料固相含量的氧化鋁-氧化鋯漿料在不同離心加速度下離心成型。

　　20xx-04-19～20xx-04-30 測量離心產物的生坯密度，并研究離心過程中物質分離現象

　　20xx-05-04～20xx-05-11 研究Al2O3-ZrO2陶瓷材料的燒結工藝并對燒結產物的顯微組織進行觀察。

　　20xx-05-12～20xx-06-01 對不同工藝條件制備的Al2O3-ZrO2陶瓷材料進行壓縮性能測試。綜合各因素對Al2O3-ZrO2陶瓷力學性能的影響，確立最佳的制備工藝。實驗數據整理，撰寫論文初稿。

　　20xx-06-02～20xx-06-20 補充實驗畢業論文的撰寫。

　　20xx-06-21～20xx-06-27 準備畢業答辯。