高溫彈性元件氧化鋯陶瓷彈簧的制備及性能研究.pdf

1、彈簧作為最常用的機械基礎元件之一,廣泛應用于各種機械裝置中。金屬是最常用的彈簧制備材料,然而隨著科技的發(fā)展,對彈簧使用溫度和使用條件的要求越來越苛刻,金屬材料彈簧難以滿足,陶瓷彈簧的出現(xiàn)恰恰滿足了這些極限條件的要求。相比于普通金屬彈簧,陶瓷彈簧具有良好的高溫抗性,相比于其他非金屬類彈簧,如橡膠彈簧,陶瓷彈簧又具有耐磨損,不生熱的優(yōu)點。
　　氧化鋯作為一種高韌性材料,廣泛應用于石油勘探,發(fā)動機制作等生活各個方面,溫度升高時,材料產生

2、一定的體積膨脹阻止裂紋繼續(xù)擴展,以此來達到增韌的效果。凝膠注模工藝因其制備的坯體致密,強度高,收縮小,常被應用在制作形狀復雜的產品方面。
　　本實驗中主要設計一種以氧化鋯為原料,采用凝膠注模成型方式,可以應用于800°C以上高溫環(huán)境的螺旋形陶瓷彈簧,該陶瓷彈簧具有一定壓縮回彈性,可用于航空航天飛行器中的高溫密封構件。此外,可以根據(jù)模具參數(shù)的不同,制作出不同參數(shù)的螺旋陶瓷彈簧,以此來調節(jié)彈簧的彈性系數(shù)等參數(shù),滿足不同環(huán)境條件的要求。

3、本實驗前期主要對該高溫元件的成型工藝進行摸索與改進,對陶瓷彈簧的設計與制備進行了研究,后期對試樣的常溫性能,尤其是彈性性能進行了初步的測試與討論。主要結論包括:
　　在1500°C時,材料晶型轉變基本完成,幾乎全部是以四方相固溶體的形式存在。在1500°C樣品斷口掃描圖片中,可以觀察到旋渦狀凹陷,可以推斷這是材料斷裂時韌性斷裂導致的旋渦狀斷口,類似于金屬斷裂時出現(xiàn)的塑性韌窩,判斷1500°C是最合適的燒結溫度。
　　在室溫,

4、陶瓷彈簧的彈性行為與金屬彈簧相似,胡克定律F=-kx也適用于陶瓷彈簧,陶瓷彈簧壓縮回彈曲線面積小,變形吸收能量少。燒結溫度的高低對于氧化鋯陶瓷彈簧的回彈性能影響不大,只是對與其材料強度相關的性能,即最大承受載荷有一定的影響。其中低螺距樣品1500°C燒結樣品彈簧常數(shù)只有14.95N/mm,軸向應變量達到了12.5％,也就是說本參數(shù)樣品可以在形變量10%以下,最高載荷30N以下的環(huán)境中使用。
　　不同參數(shù)對彈簧常數(shù)的影響:彈簧常數(shù)隨