中國(guó)建材總院所屬國(guó)檢集團(tuán)萬(wàn)德田團(tuán)隊(duì)在《International Journal Of Applied Ceramic Technology》發(fā)表了題為“Enhanced high temperature properties of ZTA prestressed ceramics reinforced by cordierite coating” (堇青石涂層增強(qiáng)的ZTA預(yù)應(yīng)力陶瓷的高溫性能研究)的論文。
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https://ceramics.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ijac.14544
氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁陶瓷（ZTA）作為高溫能量交換系統(tǒng)的重要組成部分，其高溫性能的好壞直接關(guān)系著服役壽命。為提高ZTA的高溫力學(xué)性能，團(tuán)隊(duì)提出了采用預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)的方法，通過(guò)在ZTA陶瓷表層涂覆一定厚度的堇青石涂層，利用涂層與基體膨脹系數(shù)的差異，同溫共燒后在ZTA陶瓷表層引入壓應(yīng)力的方法提高陶瓷在高溫下的力學(xué)性能。研究取得的成果如下：
研究成果：
1. 利用涂層與基體膨脹系數(shù)的差異，在ZTA表層引入壓應(yīng)力，此壓應(yīng)力能夠有效抑制裂紋的擴(kuò)展，因此1000℃以下，ZTA預(yù)應(yīng)力陶瓷的強(qiáng)度高于純ZTA陶瓷，如圖1。
圖1 強(qiáng)度隨溫度的變化曲線圖
2. ZTA預(yù)應(yīng)力陶瓷的零應(yīng)力溫度點(diǎn)為1000℃。當(dāng)測(cè)試溫度低于1000℃時(shí)，殘余應(yīng)力隨著溫度的升高而降低；當(dāng)測(cè)試溫度達(dá)到并超過(guò)1000℃時(shí)，殘余應(yīng)力完全消失，如圖2。
圖2 殘余應(yīng)力隨溫度的變化曲線圖
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
堇青石具有低膨脹系數(shù)及極高的熱穩(wěn)定性，本工作將其作為涂層原料涂覆于ZTA陶瓷表層，同溫共燒，利用涂層與基體膨脹系數(shù)的差異，在ZTA陶瓷表層引入殘余壓應(yīng)力，從而提高ZTA陶瓷的高溫力學(xué)性能。本工作將為高溫服役環(huán)境下的材料制備提供新的思路。
國(guó)檢集團(tuán)萬(wàn)德田團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：
國(guó)檢集團(tuán)萬(wàn)德田團(tuán)隊(duì)自成立以來(lái)一直從事陶瓷材料的力學(xué)性能和極端環(huán)境下的力學(xué)性能評(píng)價(jià)與表征方法及其設(shè)備研制等研究工作。近五年共承擔(dān)“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然基金委重點(diǎn)基金項(xiàng)目等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，先后提出相對(duì)法、缺口環(huán)法、局部高溫加載法等測(cè)試新方法，取得多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，并制定了相關(guān)國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，形成了相關(guān)專用技術(shù)和產(chǎn)品。研究成果榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng)，有力推動(dòng)了中國(guó)建材總院檢驗(yàn)測(cè)試學(xué)科發(fā)展。
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