大尺寸Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷的水平定向凝固法生长与性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MAGICDHJ
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
航空技术的迅猛发展迫切需要具有高效率、高推重比和高可靠性的航空涡扇发动机。提高推重比的关键就在于提高涡扇发动机的涡轮前进口温度,但愈加苛刻的服役环境(高温、高负荷等)对该发动机用结构材料也提出了更高的要求。由于Al2O3/YAG共晶陶瓷具有较高的熔点、较好的抗氧化性、热稳定性及较高的高温力学性能,使用该共晶陶瓷加工的发动机涡轮叶片具有相对较低的质量并可在高温氧化环境中长期工作。因此,Al2O3/YAG共晶陶瓷作为应用在高推重比发动机中的最具潜力的结构材料之一,得到了国内外研究人员的广泛重视。另外,添加少量Ce O2不仅可以调控Al2O3/YAG共晶陶瓷的微观结构和力学性能,而且得到的该Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷具有特征激发和发射光谱,还可以被用作新型固体荧光材料应用于白光LED领域。但当前已报道的制备方法获得的共晶陶瓷尺寸较小且利用率较低,难以满足实际应用的需求。针对该技术瓶颈,本文将大尺寸单晶生长使用的水平定向凝固法(HDS法)引入到了大尺寸Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷的制备中。通过水平定向凝固过程中温场的优化设计与控制,成功制备出百毫米级板状Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷,系统研究了Ce掺杂对该大尺寸共晶陶瓷的微观结构、热学和力学性能的影响及该共晶陶瓷封装的白光LED的光电特性,为该材料的多领域应用奠定了基础。本文首次通过水平定向凝固法成功制备出170 mm×90 mm×20 mm和170mm×160 mm×25 mm的掺杂量(摩尔比)Ce/Y=0%,0.25%,0.50%,1.00%的大尺寸板状Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷。借助X射线显微CT等直观观察到掺杂量为Ce/Y=0.50%以下的Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷呈现出微米级两相三维互穿网络状结构的微观形貌。由于Ce的掺杂使共晶陶瓷生长时出现局部过冷,所以共晶陶瓷在垂直于拉晶方向(⊥Z)出现网络状粗化微观结构,在平行于拉晶方向(⊥X)出现斜条状粗化微观结构,且随Ce掺杂浓度增加,粗化微观结构尺寸越来越大。当掺杂量Ce/Y=1.00%时,共晶陶瓷内部还会出现由Ce O2和Al2O3结合形成的“Ce富集相”。通过分析拉曼光谱峰位偏移得到,随Ce掺杂量增加,Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷中Al2O3相的残余压应力逐渐增加。通过对Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷的力学性能研究可知,与掺杂量Ce/Y=0%的Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷相比,虽然掺杂量Ce/Y=0.25%的该共晶陶瓷弯曲强度降低了约5.8%,但该样品的压缩强度(1946±88.0 MPa)增加了约51.7%。掺杂量Ce/Y=0.25%的该共晶陶瓷的弯曲强度略有降低的原因是Ce掺杂引起的粗化微观结构增加了微孔和微裂纹的形成概率;而该共晶陶瓷的压缩强度明显增加的原因是该样品内部存在适当三维交叉分布的粗化与细化微观结构。此外不同测试温度下的Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷的弯曲及压缩强度值变化量极小,表明该共晶陶瓷具有较为稳定的高温力学性能。另外,不同Ce掺杂量的Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷的维氏硬度(16.50~17.50 GPa)、杨氏模量(340.00~350.00 GPa)和断裂韧性(2.80~3.10MPa·m0.5)仅随Ce掺杂量的增加呈略有降低的趋势,但与报道的其他方法制备的Al2O3/YAG共晶陶瓷的相关性能相当。通过对Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷热学的研究可知,不同Ce掺杂量的Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷样品的平均热膨胀系数(473-1273 K)、高温辐射特性及热稳定性未发生过明显变化。通过测试得到Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷具有中心在340 nm和460 nm的激发峰和中心在535 nm的发射峰。通过研究具有不同透明度Al2O3/YAG:Ce3+共晶陶瓷封装的大功率白光LED的性能发现,细抛共晶片-WLED的光通量和光效优于粗抛共晶片-WLED及传统白光LED,并阐明了共晶陶瓷的界面散射可提高其封装的白光LED光效的机理。另外,本文还通过设计和制备气孔率可控(残余气孔作为第二相增加对蓝光的转化)的透明YAG:Ce3+陶瓷并封装成白光LED(光效高达104.6 lm/W),不仅验证了在共晶陶瓷光学性质研究中总结的界面散射效应可提高其封装的白光LED光效的机理的正确性,而且为白光LED领域提供了一种更高效更经济的新型固体荧光材料。
其他文献
面对化工、冶金、能源等行业中存在的大量二氧化碳(CO2)分离和捕集的需求,开发高效的新型CO2分离技术势在必行。与常用的液体胺化学吸收法相比,固体胺化学吸附法具有能耗低、
按照布尔巴基学派的经典观点,纯数学理论主要包括拓扑、代数、序三大抽象结构.在一个具体的研究对象中,这三大结构往往是相互融合,共同出现的.因此研究它们两两之间的融合结
将人身险及第三方网络平台特性融入技术接受模型中,构建第三方网络平台人身险投保意愿模型。采用随机抽样法收集31省市(不含港澳台)542份有效问卷,运用因子分析法和结构方程
小夜曲起源于中世纪的欧洲,以西班牙、意大利等国家最为盛行。是一种为了特定场合演出或者为特定的目的而创作的一种音乐体裁,大部分的作品主要是为了向心爱的人表达自己内心的情意,其旋律优美、婉转。多是在傍晚或夜间所吟唱的歌曲,但也有清晨在恋人窗前所唱的情歌,由吉他或曼陀林等作为主要伴奏乐器。随着音乐文化的不断发展和时代的进步,小夜曲不仅仅只局限于声乐歌曲的创作,慢慢的也出现了大量的器乐创作作品。歌曲《大漠
明清俗曲作为特有的一种文化、音乐现象,于元末明初之际在北方兴起,后受战乱影响,随着移民蔓延到南方,又在明成祖迁都北京后,随着经济政治中心的转移,再一次传入北方。在这两
1负债经营有利于提高企业的经营规模,增强企业的市场竞争能力。市场经济是竞争经济,竞争的成败除了与竞争方式等有关外,还取决于企业的竞争实力,即企业的资金规模。企业通过举债
出徽州县城由昌歙线向东,接县道004曲折而行30 km,过杨村桥沿江边行1 km直至道路尽端,弃车登舟,横渡平缓开阔的新安江,即可达到九砂村。九砂村的形势反映出人群的聚居方式,造
目前,微地震监测技术在非常规油气藏勘探开发方面起着非常重要的作用,这使得微地震压裂监测技术已经成为一种热门的地球物理技术,具有更加广阔的发展前景。近几年来,地面微地
目的探讨七味通痹口服液治疗类风湿性关节炎的作用机理。方法采用血清溶血素实验、碳粒廓清试验和迟发型超敏反应(DTH)实验观察七味通痹口服液对免疫系统的影响;通过纽扣肉芽肿
2006年全球经济金融虽然处于增长周期之中,但仍存在诸多不确定因素、冲突和风险,如世界经济增长火车头美国的经济增长有减速的趋势,全球经济发展持续性失衡,股市风险,美元贬值,疯狂