專利名稱：一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組織形貌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料加工工程領(lǐng)域，具體是一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組 織形貌的方法。
背景技術(shù)：
Al203/YAG/Zr02三元共晶氧化物熔體生長陶瓷以其卓越的高溫力學(xué)性能及抗腐 蝕性能，被認(rèn)為是最有可能取代高溫合金成為下一代高推比發(fā)動機葉片的材料。但距離 其應(yīng)用于工業(yè)仍然需要大量的研究和實踐，其中最重要的一部分就是揭示其凝固組織與 凝固條件之間的關(guān)系，為系統(tǒng)設(shè)計可靠的、穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝流程打下基礎(chǔ)。
目前，一般通過Bridgman法和外延生長法獲得氧化物熔體生長陶瓷組織形貌。
Bridgman法，該方法的優(yōu)點在于能夠制備大尺寸塊狀材料，試樣尺寸的限制因 素只有坩堝尺寸，其溫度梯度大約在102K/cm數(shù)量級。氧化物熔體一般放置于高純鉬、 鎢和銥的坩堝中，通過緩慢將坩堝抽出熱區(qū)來實現(xiàn)定向凝固。
微拉法適用于制備具有同種性質(zhì)和共晶間距控制在微米范圍內(nèi)的共晶材料，尤 其適合用來制備具有直徑在毫米以下的共晶陶瓷纖維。其溫度梯度可以達(dá)到103K/cm， 生長速率可達(dá)1000mm/h，試樣直徑在0.3 5mm范圍。
外延生長法，該方法是利用液體的毛細(xì)作用而開發(fā)的一種定向凝固方法。將難 熔合金制成的型模部分浸入盛有共晶熔體的坩鍋中，當(dāng)模殼進(jìn)入熔體一半左右時，在毛 細(xì)作用下，熔體沿模殼中的細(xì)孔上升至與型模的上表面潤濕，同時將于型模上表面相接 觸的籽晶提拉，即可連續(xù)制備陶瓷自生復(fù)合材料。其溫度梯度可達(dá)400 1600K/cm。
Bridgman法和外延生長法的溫度梯度較低，只能獲得低凝固速率下氧化物熔體 生長陶瓷組織形貌。并且采用Bridgman法獲得氧化物熔體生長陶瓷組織形貌時，每次生 產(chǎn)之后都需要更換坩堝，代價極高，不適合做研究用。而用于外延生長法的裝置亦結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。
美國NASA格林實驗室的Sayir等人利用兩個高速旋轉(zhuǎn)的凸輪狀反射鏡，實現(xiàn)了 激光束在預(yù)制體表面的高速循環(huán)掃描，從而保證溫度場均勻，成功生長出具有均勻組織 的定向凝固氧化物共晶纖維。但所使用的裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，造價很高。
西班牙C^IC大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室利用水平區(qū)熔法成功 的制得了 4-6mm直徑的棒狀以及厚度達(dá)300 μ m的片狀氧化物共晶試樣，該方法所獲得 的激光水平區(qū)熔溫度梯度可達(dá)104K/cm級，但等溫面不平直，獲得的氧化物熔體生長陶 瓷組織形貌無法與凝固參數(shù)相對應(yīng)，造成實驗結(jié)果分析的巨大困難。發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、代價高昂，或者等溫面不平直，或者 溫度梯度不高的不足，本發(fā)明提出了一種獲得氧化物熔體生長陶瓷組織形貌的方法。
本發(fā)明包括以下步驟
第一步，制作預(yù)制體；通過混料、研磨、壓制、燒結(jié)和成形，獲得多個預(yù)制 體；
第二步，對多個預(yù)制體分別進(jìn)行定向凝固；對多個預(yù)制體分別進(jìn)行定向凝固的 具體過程是，將其中一個預(yù)制體裝夾在抽拉系統(tǒng)上，并使凸透鏡鏡體中心與兩束激光交 點之間距離為270 310mm;打開激光器，使激光功率以50W/mte的速率逐步升高至 200W將預(yù)制體區(qū)熔；啟動試樣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和抽拉機構(gòu)，實現(xiàn)第一個預(yù)制體的定向凝固； 將第二個預(yù)制體裝夾在抽拉系統(tǒng)上；并使凸透鏡鏡體中心與兩束激光交點之間距離為 270 310mm;打開激光器，使激光功率以50W/mte的速率逐步升高至200W ；重復(fù)上 述過程，逐一對其余各預(yù)制體進(jìn)行定向凝固直至結(jié)束；定向凝固中，試樣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn) 速為50Rpm ；各預(yù)制體的抽拉速率為1 300 μ m/s ；獲得多個定向凝固后的試樣；
第三步，取定向凝固后各個試樣的縱截面及橫截面；各個試樣的縱截面過試樣 的中心軸線；各個試樣的橫截面垂直于試樣的中心軸線；對得到的多個試樣的縱截面及 橫截面經(jīng)過常規(guī)金相處理后，表面噴金；得到Al203/YAG/Zr02三元氧化物熔體生長陶瓷 在不同生長速率下的組織形貌。
所述的氧化物是由氧化鋁、氧化釔和氧化鋯形成的氧化鋁基三元熔體生長陶 瓷，并且氧化鋁氧化釔氧化鋯的摩爾百分比為65.8 15.6 12 31.7。
激光束在預(yù)制體表面形成的光斑直徑為3 4_。
本發(fā)明采用雙向等質(zhì)量激光束對預(yù)制體進(jìn)行區(qū)熔，同時旋轉(zhuǎn)預(yù)制體，達(dá)到使預(yù) 制體固液界面前沿溫度場均勻平直的目的，克服了傳統(tǒng)方法中的造價高昂，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等 問題，并以較為簡便的方法很好的解決了問題。如圖3所示為本發(fā)明所獲得的凝固速率 為100 μ m/s時Al203/Y203/Zr02摩爾百分比為65.8/15.6/31.7三元過共晶組織圖片，可看 出界面在直徑范圍內(nèi)比較平整，相對于圖4中所示的激光水平區(qū)熔等溫線來看有明顯改 善。本發(fā)明能夠?qū)θ埸c高、不導(dǎo)電材料進(jìn)行定向凝固組織演化研究，所得到的氧化物熔 體生長陶瓷組織均勻且細(xì)小致密，定向性好，其力學(xué)性能及其它功能都明顯好于其他定 向凝固方法。


附圖1是獲得氧化鋁基三元共晶熔體生長陶瓷組織形貌方法的流程圖。
附圖2為本發(fā)明獲得的凝固速率為100 μ m/s時Al203/Y203/Zr02摩爾百分比為 65.8/15.6/31.7三元過共晶組織圖片。
附圖3本發(fā)明獲得的凝固速率為200 μ m/s時Al203/Y203/Zr02摩爾百分比為 65.8/15.6/31.7三元過共晶組織圖片。
附圖4本發(fā)明獲得的凝固速率為30 μ m/s時Al203/Y203/Zr02摩爾百分比為 65.8/15.6/18.6三元共晶組織圖片。
附圖5本發(fā)明獲得的凝固速率為40 μ m/s時Al203/Y203/Zr02摩爾百分比為 65.8/15.6/12三元亞共晶組織圖片。
附圖6是激光懸浮區(qū)熔定向凝固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7是激光懸浮區(qū)熔定向凝固裝置結(jié)構(gòu)示意圖的A向試圖。其中
1.激光器2.分光鏡3.第一反射鏡4.第二反射鏡5.第三反射鏡6.凸透鏡7.凸透鏡平移裝置8.平透鏡9.真空室10.抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)11.電機組12.定位螺栓13.預(yù)制體 14.熔區(qū)a.凝固方向b.激光掃描方向c.凝固方向d.等溫線e.2秒鐘之后的等溫線具體實施方式
實施例一
本實施例是一種獲得Al203/YAG/Zr02三元共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率下 的定向凝固組織形貌的方法，所進(jìn)行定向凝固的預(yù)制體的數(shù)量為5個，其具體過程包括 以下步驟
第一步，制作5個預(yù)制體；每個預(yù)制體的制作過程是，將A1203、Y2O3及ZrO2H 種高純(4N)粉體按照摩爾百分比65.8/15.6/18.6混合并放入研缽中，加10%的PVA粘結(jié) 劑，通過常規(guī)方法將粉體混合并研磨至無團(tuán)聚硬塊；取10克混好的粉體放入內(nèi)腔尺寸為 68X IOmm的模具中，合模加壓25MRi，保壓5分鐘，將粉體壓制成約68X 10X 5mm的 板塊，形成預(yù)制體的坯料；在大氣下對壓好的預(yù)制體的坯料進(jìn)行燒結(jié)，以增加預(yù)制體的 強度，燒結(jié)溫度為1400°C，保溫?zé)Y(jié)2小時；隨爐冷卻。用金剛石切割片將燒結(jié)好的預(yù) 制體坯料切成兩個68mmX 4mmX 4mm的條狀。用砂紙將其棱角磨掉，形成近圓形棒， 得到兩個預(yù)制體。重復(fù)上述過程，制作完成所需的5個預(yù)制體。
第二步，對預(yù)制體進(jìn)行定向凝固；將其中一個預(yù)制體的兩端分別裝夾在抽拉系 統(tǒng)的上夾頭和下夾頭上，通過調(diào)整凸透鏡平移裝置調(diào)整凸透鏡的位置，使凸透鏡鏡體中 心點至由第二反射鏡與第三反射鏡反射的激光束的交點之間的距離為270mm，在預(yù)制 體表面形成直徑為3mm的光斑；打開激光器并移動同步夾頭，使激光器產(chǎn)生的波長為 630nm的紅色激光束交點落在預(yù)制體底部，繼而開啟10.6 μ m波長的激光束，使激光束 交點落在預(yù)制體底部；為防止預(yù)制體驟熱炸裂，使激光功率以50W/mte的速率逐步升高 至氧化物共晶定向凝固時所需的功率，本實施例中，激光功率逐步升高至200W，此時 預(yù)制體被激光區(qū)熔；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為50Rpm ；開啟 抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的抽拉機構(gòu)，使預(yù)制體按4 μ m/s速率從上至下移動，實現(xiàn)氧化物共晶的 定向凝固。將其中第二個預(yù)制體的兩端分別裝夾在抽拉系統(tǒng)的上夾頭和下夾頭上；打開 激光器并移動同步夾頭，使激光器產(chǎn)生的波長為630nm的紅色激光束交點落在預(yù)制體底 部，繼而開啟10.6μιη波長的激光束，使激光束交點落在預(yù)制體底部；為防止預(yù)制體驟 熱炸裂，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至氧化物共晶定向凝固時所需的功率， 本實施例中，激光功率逐步升高至200W，此時預(yù)制體被激光區(qū)熔；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中 的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為50Rpm ；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的抽拉機構(gòu)，使預(yù)制體按 16 μ m/s速率從上至下移動，實現(xiàn)氧化物共晶的定向凝固。重復(fù)上述過程，逐一對其余 各預(yù)制體進(jìn)行定向凝固直至結(jié)束；凸透鏡鏡體中心點至由第二反射鏡與第三反射鏡反射 的激光束的交點之間的距離均為270mm，在預(yù)制體表面形成直徑均為3mm的光斑；激光 功率均以50W/min的速率逐步升高至200W ；抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速均為50Rpm，其余各預(yù) 制體的抽拉速率分別為30、120、300 μ m/s0完成預(yù)制體的定向凝固。
第三步，將定向凝固后的5個試樣分別沿軸線及垂直于軸線的方向切開；對得 到的5個試樣縱截面及橫截面經(jīng)過常規(guī)金相處理后，表面噴金；從而得到A1203/YAG/ ZrO2三元共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率下的組織形貌。5
實施例二
本實施例是一種獲得Al203/YAG/Zr02三元亞共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率 下的定向凝固組織形貌的方法，所進(jìn)行定向凝固的預(yù)制體的數(shù)量為6個，其具體過程包 括以下步驟
第一步，制作預(yù)制體；；將A1203、Y2O3及ZrO2S種高純(4N)粉體按照摩 爾百分比65.8/15.6/12混合并放入研缽中，加入10%的PVA粘結(jié)劑，通過常規(guī)方法將 粉體混合并研磨至無團(tuán)聚硬塊；將10克混好的粉體放入內(nèi)腔尺寸為68X10mm的模具 中，合模加壓20MPa，保壓7分鐘，將粉體壓制成約68X 10X 5mm的板塊，形成預(yù)制體 的坯料；在大氣下對壓好的預(yù)制體的坯料進(jìn)行燒結(jié)，以增加預(yù)制體的強度，燒結(jié)溫度為 Ieoo0C,保溫?zé)Y(jié)2小時，隨爐冷卻；用金剛石切割片將燒結(jié)好的預(yù)制體坯料切成兩個 68mmX4mmX4mm的條狀。用砂紙將其棱角磨掉，形成近圓形棒，得到兩個預(yù)制體。 重復(fù)上述過程，制作完成所需的6個預(yù)制體。
第二步，對預(yù)制體進(jìn)行定向凝固；將預(yù)制體的兩端裝夾在抽拉系統(tǒng)的上夾頭和 下夾頭上，通過調(diào)整凸透鏡平移裝置調(diào)整凸透鏡的位置，使凸透鏡鏡體中心點至由第二 反射鏡與第三反射鏡反射的激光束的交點之間的距離為^K)mm，在預(yù)制體表面形成直徑 為3.5mm的光斑；打開激光器并移動同步夾頭，使激光器產(chǎn)生的波長為630nm的紅色 激光束交點落在預(yù)制體底部，繼而開啟10.6 μ m波長的激光束，使激光束交點落在預(yù)制 體底部；為防止預(yù)制體驟熱炸裂，使激光功率以50W/mte的速率逐步升高至氧化物共晶 定向凝固時所需的功率，本實施例中，激光功率逐步升高至200W，此時預(yù)制體被激光區(qū) 熔；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為IOORpm ；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng) 中的抽拉機構(gòu)，使預(yù)制體按2 μ m/s速率從上至下移動，實現(xiàn)氧化物共晶的定向凝固。將 其中第二個預(yù)制體的兩端分別裝夾在抽拉系統(tǒng)的上夾頭和下夾頭上；打開激光器并移動 同步夾頭，使激光器產(chǎn)生的波長為630nm的紅色激光束交點落在預(yù)制體底部，繼而開啟 10.6μιη波長的激光束，使激光束交點落在預(yù)制體底部；為防止預(yù)制體驟熱炸裂，使激 光功率以50W/min的速率逐步升高至氧化物共晶定向凝固時所需的功率，本實施例中， 激光功率逐步升高至200W，此時預(yù)制體被激光區(qū)熔；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)， 該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為IOORpm ；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的抽拉機構(gòu)，使預(yù)制體按6μιηΛ速率 從上至下移動，實現(xiàn)氧化物共晶的定向凝固。重復(fù)上述過程，逐一對其余各預(yù)制體進(jìn)行 定向凝固直至結(jié)束；凸透鏡鏡體中心點至由第二反射鏡與第三反射鏡反射的激光束的交 點之間的距離均為^K)mm，在預(yù)制體表面形成直徑均為3.5mm的光斑；激光功率均以 50W/min的速率逐步升高至200W ；抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速均為lOORpm，其余各預(yù)制體的抽 拉速率分別為8、40、80、ΙδΟμιηΛο完成預(yù)制體的定向凝固。
第三步，將定向凝固后的6個試樣分別沿軸線及垂直于軸線的方向切開；對得 到的6個試樣縱截面及橫截面，經(jīng)過常規(guī)金相處理后，表面噴金，從而得到A1203/YAG/ ZrO2三元亞共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率下的組織形貌。
實施例三
本實施例是一種獲得Al203/YAG/Zr02三元過共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率 下的定向凝固組織形貌的方法，所進(jìn)行定向凝固的預(yù)制體的數(shù)量為7個，其具體過程包 括以下步驟6
第一步，制作預(yù)制體；將A1203、Y2O3及ZrO2S種高純(4N)粉體按照摩爾百 分比65.8/15.6/31.7混合并放入研缽中，加入10%的PVA粘結(jié)劑，通過常規(guī)方法將粉體 混合并研磨至無團(tuán)聚硬塊；將10克混好的粉體放入內(nèi)腔尺寸為68X IOmm的模具中， 合模加壓22MRI，保壓6分鐘，將粉體壓制成約68X10X5mm的板塊，形成預(yù)制體的 坯料；在大氣下對壓好的預(yù)制體的坯料進(jìn)行燒結(jié)，以增加預(yù)制體的強度，燒結(jié)溫度為 Ieoo0C,保溫?zé)Y(jié)2小時，隨爐冷卻；用金剛石切割片將燒結(jié)好的預(yù)制體坯料切成兩個 68mmX4mmX4mm的條狀。用砂紙將其棱角磨掉，形成近圓形棒，得到兩個預(yù)制體。 重復(fù)上述過程，制作完成所需的7個預(yù)制體。
第二步，對預(yù)制體進(jìn)行定向凝固；將預(yù)制體的兩端裝夾在抽拉系統(tǒng)的上夾頭和 下夾頭上，通過調(diào)整凸透鏡平移裝置調(diào)整凸透鏡的位置，使凸透鏡鏡體中心點至由第二 反射鏡與第三反射鏡反射的激光束的交點之間的距離為310mm，在預(yù)制體表面形成直徑 為4mm的光斑；打開激光器并移動同步夾頭，使激光器產(chǎn)生的波長為630nm的紅色激光 束交點落在預(yù)制體底部，繼而開啟10.6 μ m波長的激光束，使激光束交點落在預(yù)制體底 部；為防止預(yù)制體驟熱炸裂，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至氧化物共晶定向 凝固時所需的功率，本實施例中，激光功率逐步升高至200W，此時預(yù)制體被激光區(qū)熔； 開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)速為50Rpm ；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的抽 拉機構(gòu)，使預(yù)制體按1 μ m/s速率從上至下移動，實現(xiàn)氧化物共晶的定向凝固。將其中第 二個預(yù)制體的兩端分別裝夾在抽拉系統(tǒng)的上夾頭和下夾頭上；打開激光器并移動同步夾 頭，使激光器產(chǎn)生的波長為630nm的紅色激光束交點落在預(yù)制體底部，繼而開啟10.6 μ m 波長的激光束，使激光束交點落在預(yù)制體底部；為防止預(yù)制體驟熱炸裂，使激光功率以 50W/mte的速率逐步升高至氧化物共晶定向凝固時所需的功率，本實施例中，激光功率 逐步升高至200W，此時預(yù)制體被激光區(qū)熔；開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機 構(gòu)轉(zhuǎn)速為50Rpm;開啟抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的抽拉機構(gòu)，使預(yù)制體按5 μ m/s速率從上至下移 動，實現(xiàn)氧化物共晶的定向凝固。重復(fù)上述過程，逐一對其余各預(yù)制體進(jìn)行定向凝固直 至結(jié)束；凸透鏡鏡體中心點至由第二反射鏡與第三反射鏡反射的激光束的交點之間的距 離均為310mm，在預(yù)制體表面形成直徑均為4mm的光斑；激光功率均以50W/mte的速 率逐步升高至200W;抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速均為50Rpm，其余各預(yù)制體的抽拉速率分別為 10、20、50、100、200 μ m/s ο 完成預(yù)制體的定向凝固。
第三步，將定向凝固后的7個試樣分別沿軸線及垂直于軸線的方向切開；對得 到的7個試樣縱截面及橫截面經(jīng)過常規(guī)金相處理后，表面噴金，從而得到A1203/YAG/ ZrO2三元過共晶熔體生長陶瓷在不同生長速率下的組織形貌。
實施例四
本實施例是一種用于實施上述各實施例中提出的獲得氧化物熔體生長陶瓷組織 形貌的方法的激光懸浮區(qū)熔定向凝固的裝置。所述的激光懸浮區(qū)熔定向凝固的裝置包括 激光器1、分光鏡2、反射鏡、兩片凸透鏡6、兩片平透鏡8及凸透鏡平移裝置7、真空 室9、抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10和兩個電機組11。本實施例中，平面反射鏡三片包括第一反射鏡 3、第二反射鏡4和第三反射鏡5，并且分光鏡2、第一反射鏡3、第二反射鏡4和第三反 射鏡5依次分布在真空室9外周邊。激光器1位于真空室9一側(cè)。兩個圓形的平透鏡8 分別嵌裝在真空室9兩側(cè)殼體上；該平透鏡8的中心軸線過抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的軸線并垂直于抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的軸線，使經(jīng)過兩片凸透鏡6聚焦后的兩束激光通過兩片平透鏡8 進(jìn)入真空室9后落在抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的軸線上，實現(xiàn)對安裝在抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10上預(yù)制體 13的熔融，進(jìn)而在預(yù)制體13上形成熔區(qū)14。
分光鏡2、第一反射鏡3、第二反射鏡4和第三反射鏡5，以及凸透鏡6、平透鏡 8的平面垂直于水平面。
分光鏡2的中心距離激光器出光口為lm，與激光束成45°角，激光器1產(chǎn)生的 激光水平通過分光鏡2，后分成互相垂直的兩束等質(zhì)量的激光，兩束激光所處平面水平。 第一反射鏡3中心與分光鏡2中心之間的距離為lm，與經(jīng)過分光鏡2透射的激光夾角為 45°。第二反射鏡4中心位于由第一反射鏡3反射的光束中心，其中心與第一反射鏡3 中心距離為lm，并與激光束成50°夾角。第三反射鏡5中心位于由分光鏡2反射的光 束中心，其中心與分光鏡2中心距離為lm，并與激光束成50°夾角，最終經(jīng)第二反射鏡 4及第三反射鏡5反射后的兩束激光夾角為160°。
兩片凸透鏡6鏡體的中心點分別經(jīng)過第二反射鏡4第三反射鏡5反射的激光束中 心，由兩片凸透鏡6鏡體的中心點到兩束激光交點距離通過凸透鏡平移裝置7能夠調(diào)整， 本實施例中，所述的凸透鏡鏡體中心點至由第二反射鏡4和第三反射鏡5反射的激光束的 交點之間的距離為270 310mm。所選用的凸透鏡6的焦距為200mm。
抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10包括上夾頭和下夾頭，抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的軸線豎直，并且該抽 拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的兩端分別與兩個電機組11固連，通過電機組11實現(xiàn)抽拉系統(tǒng)的同步運 動及旋轉(zhuǎn)。抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10的上夾頭和下夾頭均為圓形桿件，并且該上夾頭和下夾頭外 圓周的一端均有凸出的臺階，使其外形呈“T”形；在上夾頭和下夾頭有凸出的臺階一 端的端面中心均有盲孔，該盲孔的內(nèi)徑略大于預(yù)制體13的外徑。
預(yù)制體13的兩端分別裝入位于抽拉系統(tǒng)10上夾頭和下夾頭一端端面中心的盲孔 內(nèi)，并旋緊定位螺栓12將預(yù)制體緊固定位。預(yù)制體13與抽拉旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)10同軸。
權(quán)利要求
1.一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組織形貌的方法，其特征在于，所述的獲得 氧化物熔體生長陶瓷組織形貌的方法包括以下步驟第一步，制作預(yù)制體；通過混料、研磨、壓制、燒結(jié)和成形，獲得多個預(yù)制體；第二步，對多個預(yù)制體分別進(jìn)行定向凝固；對多個預(yù)制體分別進(jìn)行定向凝固的具體 過程是，將其中一個預(yù)制體裝夾在抽拉系統(tǒng)上，并使凸透鏡鏡體中心與兩束激光交點之 間距離為270 310mm ；打開激光器，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至200W 將預(yù)制體區(qū)熔；啟動試樣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和抽拉機構(gòu)，實現(xiàn)第一個預(yù)制體的定向凝固；將第 二個預(yù)制體裝夾在抽拉系統(tǒng)上；并使凸透鏡鏡體中心與兩束激光交點之間距離為270 310mm ；打開激光器，使激光功率以50W/min的速率逐步升高至200W ；重復(fù)上述過 程，逐一對其余各預(yù)制體進(jìn)行定向凝固直至結(jié)束；定向凝固中，試樣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速為 50Rpm ；各預(yù)制體的抽拉速率為1 300 μ m/s ；獲得多個定向凝固后的試樣；第三步，取定向凝固后各個試樣的縱截面及橫截面；各個試樣的縱截面過試樣的中 心軸線；各個試樣的橫截面垂直于試樣的中心軸線；對得到的多個試樣的縱截面及橫截 面經(jīng)過常規(guī)金相處理后，表面噴金；得到Al203/YAG/Zr02三元共晶氧化物熔體生長陶 瓷在不同生長速率下的組織形貌。
2.如權(quán)利要求1所述一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組織形貌的方法，其特征在 于，所述的氧化物三元共晶是由氧化鋁、氧化釔和氧化鋯形成的氧化鋁基三元共晶熔體 生長陶瓷，并且氧化鋁氧化釔氧化鋯為65.8 15.6 12 31.7。
3.如權(quán)利要求1所述一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組織形貌的方法，其特征在 于，激光束在預(yù)制體表面形成的光斑直徑為3 4mm。
全文摘要
一種獲得氧化鋁基三元熔體生長陶瓷組織形貌的方法，采用雙向等質(zhì)量激光束對氧化鋁、氧化釔和氧化鋯形成的氧化鋁基三元熔體生長陶瓷的多個預(yù)制體進(jìn)行區(qū)熔，實現(xiàn)對預(yù)制體的定向凝固。取定向凝固后各個預(yù)制體的縱截面及橫截面，經(jīng)常規(guī)金相處理后表面噴金，得到A12O3/YAG/ZrO2三元氧化物熔體生長陶瓷在不同生長速率下的組織形貌。定向凝固中，激光功率為200W，試樣旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速為50Rpm；各預(yù)制體的抽拉速率為1～300μm/s。本發(fā)明實現(xiàn)了預(yù)制體固液界面前沿溫度場均勻平直的目的，克服了傳統(tǒng)方法中的造價高昂，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，能夠?qū)θ埸c高、不導(dǎo)電材料進(jìn)行定向凝固組織演化研究。
文檔編號C04B35/10GK102020458SQ20101053559
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者傅恒志, 劉林, 宋衎, 張軍, 蘇海軍 申請人:西北工業(yè)大學(xué)