陶瓷纤维篇1

关键词：陶瓷刀具发展

中图分类号：TG711文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)09(a)-0246-01

几十年来，虽然由于新型刀具材料的出现，使切削速度和切削加工生产率成倍增加，然而，随着航空航天工业、动力工业、超高温、超高压技术等的发展，黑色金属及难加工材料(包括铁基、镍基、钻基、钦基高温合金、高硬度钢、铸铁及其合金、模具钢、耐热合金、钦合金等)的高速切削加工技术和刀具材料研究越来越迫切，同时，制造技术向高精度、高柔性和强化环境意识的方向发展，在这种情况下，高速切削已成为切削加工的主流，一般高于常规切削速度5一10倍。而高速切削的发展主要取决于高速切削刀具和高速切削机床的发展，其中，高速切削刀具材料起决定性作用[5]。

由于陶瓷刀具在1200一1450℃高温下尚能进行切削，并且可在切削速度500一1000m/min下进行工作，陶瓷刀具的研制成为刀具材料研究的热点。并且随着烧结理论的深入研究，各种氧化物、碳化物及氮化物等粉末制备技术的不断改进，多种陶瓷烧结及加工设备和工艺的不断开发研制，使得陶瓷材料成为高速切削、干切削刀具的理想材料，几乎可以加工包括多种难加工材料在内的所有黑色和有色金属[5]。

陶瓷材料作为三大材料之一，随着社会的发展被分成了两大类：普通陶瓷和特种陶瓷。普通陶瓷按其用途分为日用瓷、建筑瓷、电瓷和化工瓷；特种陶瓷又可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷强调材料的力学性能或机械性能；而将具有电、磁、声、光、热、化学及生物体特性，且具有相互转化功能的陶瓷定义为功能陶瓷[2]。陶瓷刀具是现代结构陶瓷在加工材料中的一个重要应用领域。陶瓷刀具是含有金属氧化物的无机非金属材料,具有高硬度、高强度、摩擦因数低、优异的耐热性、耐磨性（耐磨性为硬质合金的3~5倍）和化学稳定性等优异性能，能够在其他材料无法承受的恶劣环境条件下正常工作，它已成为高速切削刀具材料的首选[4]。

陶瓷刀具材料的出现也有半个多世纪历史,从1913年陶瓷材料最早试作切削刀具开始，陶瓷刀具材料的发展，在20世纪经历了以下几个阶段：50年代后期以氧化铝陶瓷为主，现氧化铝系陶瓷刀具材料是目前所有陶瓷刀具中应用最广泛，年消耗量最大的陶瓷刀具材料[5]。由于Al2O3系陶瓷刀具化学稳定性好、耐热、耐磨性能优异且价格低廉，所以目前所占比例很大；60一70年代以Al2O3/TiC陶瓷为主，70年代后期至80年代初期发展了Si3N4系陶瓷刀具及相变增韧陶瓷刀具材料，80年代后期至90年代在晶须增韧陶瓷刀具材料得到长足发展的同时，各种复相陶瓷刀具材料的研究也倍受重视。目前国内外应用最为广泛的是氧化铝系和氮化硅系陶瓷刀具材料。20世纪70年入使用的Al2O3/TiC热压陶瓷材料,强度、硬度和韧性均较高,仍是国内外使用最多的陶瓷刀具材料之一。此后在Al2O3中添加TiB2、Ti(C,N)、SiCW、ZrO2等陶瓷刀具也相继研制成功,其力学性能进一步提高,广泛应用于碳钢、合金钢或铸铁的精加工或半精加工[6]。

目前陶瓷刀具的研制己建立起融合切削学和陶瓷学为一体的、基于切削可靠性的陶瓷刀具材料设计研究理论体系[5]。现代陶瓷刀具材料多为复相陶瓷，根据材料不同的使用环境，以一定的设计理论为基础，采用各种超细的氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等为基本组分，并依据不同的增韧补强机理进行微观结构设计，可以制备出具有良好综合性能的复相陶瓷。

陶瓷材料本征脆性，大多抗拉强度低、韧性差，因此陶瓷材料的强韧化是拓展其应用的关键。最近的研究表明，梯度功能材料(FunetionalGradientMaterial简称FGM)、表面改性陶瓷、纳米复合陶瓷刀具材料将在今后得到较大的发展[3]。

其中，纳米技术（Nano一ST)是于上世纪80年代迅速形成和发展起来的一门基础研究和应用开发紧密联系的高新技术，它在纳米尺度上研究物质(包括分子、原子)的内在相互作用和特性，它所涉及的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域，英国著名材料专家.RW.Cahn在《自然》杂志上撰文说：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”[5]。经过纳米改性的材料可提高强度、增加韧性、降低烧结温度。目前使用纳米技术制备的陶瓷刀具材料主要有两种：纳米复合陶瓷刀具材料和纳米涂层陶瓷刀具材料。

纳米复合结构陶瓷的概念是由K.Niliiara于1991年提出的，可看作是对复构陶瓷微观结构设计的应用。纳米复合材料是纳米材料的重要应用，它由两相或多相构成，其中至少有一相为纳米级尺寸。将纳米颗粒、晶须及纤维弥散到陶瓷基体中，制备成的纳米复合材料具有优异的性能。切削性能实验表明，纳米复合陶瓷刀具的耐磨性能远高于同组分的微米级的陶瓷刀具，且断续切削的能力也有了明显增强[2]。

纳米技术的出现为陶瓷材料的改性和增强提供了条件，纳米技术在现代陶瓷的应用方面将带来革命性的变化。将纳米颗粒增韧、纤维(纤维)增韧、相变增韧等手段相结合，在保持高硬度、高耐磨性和红硬性的基础上,研制出高强度、高韧性、智能化、经济环保、具有更好的耐高温性能、耐磨损性能和抗崩刃性能,满足高速精密切削加工的要求的高性能复合陶瓷材料，将是廿一世纪陶瓷材料学的发展方向[1]。

通过对近几年发表的关于陶瓷刀具切削性能研究的文献，了解了刀具材料的发展历程、陶瓷刀具材料的主要种类和特点，笔者认为陶瓷刀具类型的开发必将是高精度、高柔性和强化环境意识的现代制造技术的不二选择。

参考文献

[1]徐立强.新型Ti_C_N_基金属陶瓷刀具材料的研制及切削性能研究.山东大学硕士学位论文.2005.

[2]丁代存.Si_3N_4_TiC纳米复合陶瓷刀具材料的研制与性能研究.山东大学硕士学位论文.2005.

[3]KresticVD.Fractureofbrittlesolidsinthepresenceofther-moelasticstresses.JAmCeramSoc.1984,67(9):589~593.

[4]宋新玉，赵军，姜俊玲.加工Inconel718时陶瓷刀具的磨损机理.中国机械工程.2009,4:763-768.

陶瓷纤维篇2

一、结构陶瓷同金属材料相比,陶瓷的最大优点是优异的高温机械性能、耐化学腐蚀、耐高温氧化、耐磨损、比重小(约为金属的1/3),因而在许多场合逐渐取代昂贵的超高合金钢或被应用到金属材料根本无法胜任的场合,如发动机气缸套、轴瓦、密封圈、陶瓷切削刀具等。结构陶瓷可分为三大类:氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和玻璃陶瓷。

1、氧化物陶瓷主要包括氧化铝、氧化锆、莫来石和钛酸铝。氧化物陶瓷最突出优点是不存在氧化问题,原料价格低廉,生产工艺简单。氧化铝和氧化锆具有优异的室温机械性能,高硬度和耐化学腐蚀性,主要缺点是在1000℃以上高温蠕变速率高,机械性能显著降低。氧化铝和氧化锆主要应用于陶瓷切削刀具、陶瓷磨料球、高温炉管、密封圈和玻璃熔化池内衬等。莫来石室温强度属中等水平,但它在1400℃仍能保持这一强度水平,并且高温蠕变速率极低,因此被认为是陶瓷发动机的主要候选材料之一。上述三种氧化物也可制成泡沫或纤维状用于高温保温材料。钛酸铝陶瓷体内存在广泛的微裂纹,因而具有极低的热膨胀系数和热传导率。它的主要缺点是强度低,无法单独作为受力元件,所以一般用它加工内衬用作保温、耐热冲击元件,并已在陶瓷发动机上得到应用。

2、非氧化物陶瓷主要包括碳化硅、氮化硅和赛龙(SIALON)。同氧化物陶瓷不同,非氧化物陶瓷原子间主要是以共价键结合在一起,因而具有较高的硬度、模量、蠕变抗力,并且能把这些性能的大部分保持到高温,这是氧化物陶瓷无法比拟的。但它们的烧结非常困难,必须在极高温度(1500～2500℃)并有烧结助剂存在的情况下才能获得较高密度的产品,有时必须借助热压烧结法才能达到希望的密度(>95%),所以非氧化物陶瓷的生产成本一般比氧化物陶瓷高。这些含硅的非氧化物陶瓷还具有极佳的高温耐蚀性和抗氧化性,因此一直是陶瓷发动机的最重要材料,目前已经取代了许多超高合金钢部件。现有最佳超高合金钢的使用温度低于1100℃,而发动机燃料燃烧的温度在1300℃以上,因而普遍采用高压水强制制冷。待非氧化物陶瓷代替超高合金钢后,燃烧温度可提高到1400℃以上,并且不需要水冷系统,这在能源利用和环保方面具有重要的战略意义。非氧化物陶瓷也广泛应用于陶瓷切削刀具。同氧化物陶瓷相比,其成本较高,但高温韧性、强度、硬度、蠕变抗力优异得多,并且刀具寿命长、允许切削速度高,因而在刀具市场占有日益重要地位。它的应用领域还包括轻质无陶瓷轴承、密封件、窑具和磨球等。

3、玻璃陶瓷玻璃和陶瓷的主要区别在于结晶度,玻璃是非晶态而陶瓷是多晶材料。玻璃在远低于熔点以前存在明显的软化,而陶瓷的软化温度同熔点很接近,因而陶瓷的机械性能和使用温度要比玻璃高得多。玻璃的突出优点是可在玻璃软化温度和熔点之间进行各种成型,工艺简单而且成本低。玻璃陶瓷兼具玻璃的工艺性能和陶瓷的机械性能,它利用玻璃成型技术制造产品,然后高温结晶化处理获得陶瓷。工业玻璃陶瓷体系有镁-铝-硅酸盐、锂-镁-铝-硅酸盐和钙-镁-铝-硅酸盐系列,它们常被用来制造耐高温和热冲击产品,如炊具。此外它们作为建筑装饰材料正得到越来越广泛的应用,如地板、装饰玻璃。

二、陶瓷基复合材料复合材料是为了达到某些性能指标将两种或两种以上不同材料混合在一起制成的多相材料,它具有其中任何一相所不具备的综合性能。陶瓷材料的最大缺点是韧性低,使用时会产生不可预测的突然性断裂,陶瓷基复合材料主要是为了改善陶瓷韧性。基于提高韧性的陶瓷基复合材料主要有两类:氧化锆相变增韧和陶瓷纤维强化复合材料。氧化锆相变增韧复合材料是把部分稳定的氧化锆粉末同其他陶瓷粉末(如氧化铝、氮化硅或莫来石)混合后制成的高韧性材料,其断裂韧性可以达到10Mpam1/2以上,而一般陶瓷的韧性仅有3Mpam1/2左右。这类材料在陶瓷切削刀具方面得到了非常广泛的应用。纤维强化被认为是提高陶瓷韧性最有效和最有前途的方法。纤维强度一般比基体高得多,所以它对基体具有强化作用;同时纤维具有显著阻碍裂纹扩展的能力,从而提高材料的韧性。目前韧性最高的陶瓷就是纤维强化的复合材料,例如碳化硅长纤维强化的碳化硅基复合材料韧性高达30Mpam1/2以上,比烧结碳化硅的韧性提高十倍。但因为这类材料价格昂贵,目前仅在军械和航空航天领域得到应用。另一引人注目的增强材料是陶瓷晶须。晶须是尺寸非常小但近乎完美的纤维状单晶体,其强度和模量接近材料的理论值,极适用于陶瓷的强化。目前这类材料在陶瓷切削刀具方面已经得到广泛应用,主要体系有碳化硅晶须-氧化铝-氧化锆、碳化硅晶须-氧化铝和碳化硅晶须-氮化硅。三、功能陶瓷功能陶瓷是具有光、电、热或磁特性的陶瓷,已经具有极高的产业化程度。下面根据性能对几类主要的功能陶瓷作一简介。

1、导电性能陶瓷材料具有非常广泛的导电区间,从绝缘体到半导体、超导体。大多数陶瓷具有优异的电绝缘性,因而被广泛用于电绝缘体。半导体分为电子型和离子型半导体。以晶体管集成电路为代表的是电子型半导体。离子型半导体仅对某些特殊的带电离子具有传导作用,最具有代表性的是稳定氧化锆和β-氧化铝。稳定氧化锆仅对氧离子具有传导作用,主要产品有氧传感器(主要用来测定发动机的燃烧效率或钢水中氧浓度)、氧泵(从空气中获得纯氧)和燃料电池。β-氧化铝仅对钠离子具有传导作用,主要用来制造钠-硫电池,其特点是高效率、对环境无危害和可以反复充电。陶瓷超导体是近10年才发展起来的,它的临界超导转化温度在所有类超导体中最高,已经达到液氮温度以上。典型的陶瓷超导体为钇-钡-铜-氧系列材料,已经在计算机、精密仪器领域得到广泛应用。

2、介电性能大多数陶瓷具有优异的介电性能,表现在其较高的介电常数和低介电损耗。介电陶瓷的主要应用之一是陶瓷电容器。现代电容器介电陶瓷主要是以钛酸钡为基体的材料。当钡或钛离子被其他金属原子置换后,会得到具有不同介电性能的电介质。钛酸钡基电介质的介电常数高达10000以上,而过去使用的云母小于10,所以用钛酸钡制成的电容器具有体积小、电储存能力高等特点。钛酸钡基电介质还具有优异的正电效应。当温度低于某一临界值时呈半导体导电状态,但当温度超过这一临界值时,电阻率突然增加到103～104倍成为绝缘体。利用这一效应的产品有电路限流元件和恒温电阻加热元件。许多陶瓷,如锆钛酸铅,具有显著压电效应。当在陶瓷上施加外力时,会产生一个相应的电信号,反之亦然,从而实现机械能和电能的相互转换。压电陶瓷用途极其广泛,产品有压力传感元件、超声波发生器等。

陶瓷纤维篇3

关键词：先进高温材料；研究现状；发展趋势；

中图分类号：A715文献标识码：A

前言

高温材料已经成为先进材料中的优先发展方向,材料在高温下的应用对航天技术领域具有极其重要的推动作用。以下就此进行了详细的论述。

一、高温合金材料分析

高温合金是指以铁、镍、钴为基,能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等。高温合金为单一奥氏体基体组织,在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性,且其合金化程度很高。就当今高温环境使用的高温合金来看,镍基高温合金的使用范围远远大于铁基和钴基高温合金。较早的高温合金是在80%Ni+20%Cr合金基础上发展起来的锻造镍基高温合金Nimonic80A,通过添加少量的Ti和Al来提高合金的蠕变断裂强度及抗高温氧化性能。镍基高温合金的发展最初是通过改变合金成分来提高合金的使用温度,主要有两类:Ni-Cr-Al系和Ni-Cr-Al-Ti-W-Mo-Ta系合金。但随着发动机性能的不断提高,镍基高温合金的使用温度已经接近极限,用改变其合金成分来提高使用温度已非常困难。为了满足固体火箭发动机的使用要求,高温合金的发展重点已由普通锻造和铸造高温合金发展为定向凝固高温合金和单晶高温合金,并向弥散强化高温合金和纤维增强的高温合金发展。单晶高温合金已由第一代合金和第二代合金发展到含有5%~7%Re的第三代单晶合金,其工作温度已达到1204℃。

二、难熔金属材料分析

难熔金属(W、Mo、Ta、Nb和Zr等)及其合金,由于具有熔点高、耐高温和抗腐蚀强等突出优点,一直被列入重要航天材料之一,应用领域涉及到固、液火箭发动机,重返大气层的航天器,航天核动力系统等方面。钨具有非常高的熔点,具有很好的抗烧损和抗冲刷能力,常用作长时间工作的小型发动机的喉衬,目前研究和使用较多的是钨渗铜材料,由钨粉烧结成多孔钨骨架,再经高温熔渗铜,形成钨渗铜二元假合金。这种双组分金属复合结构部件在灼热的燃气流中工作时,可使钨骨架结构中所渗透的铜熔融、汽化,并从钨骨架中逸出。这种金属相变化需要吸收大量的热量而产生冷却效应,加上铜良好的导热性,使部件起到冷却降温效果,以致部件可保持原有的工作特性而满足控制系统的要求。类似钨渗铜的高温材料还有钨渗银、钼渗铜等。

三、陶瓷材料分析

陶瓷具有高温强度高、熔点高、热稳定性好、热膨胀系数较小、抗氧化性好、密度低、硬度大、耐磨、资源丰富、价格低廉等特点。陶瓷的共价键结合结构在高温下具有按强度、刚度、硬度和耐磨性要求而调整结合的能力,而且密度较低(约为高温合金的1/3)。陶瓷的主要缺点是脆性大,而且成形过程中内部会形成许多能引发破坏的微裂纹,因而材料的强度分散系数很大,使用可靠性低,所以改善韧性,提高抗脆性断裂的能力,是现在陶瓷研究的重点内容。

四、金属间化合物材料分析

金属间化合物具有作为高温结构材料的特殊优点,许多金属间化合物的强度在一定的温度范围内随温度升高不是连续下降,而是升高或保持不变。这种强度随温度升高而提高是一种反常的强度-温度关系,完全不同于传统金属材料的强度随温度升高不断下降的关系。这一发现推动了在金属间化合物形变特性和屈服强度反常温度关系方面新的理论模型和机制的研究。相比而言,硅化物金属间化合物低温韧性虽然有些不足,但高温下抗氧化性优异。在硅化物金属间化合物中,MoSi2基高温结构材料以其优异的综合性能而被认为是目前最有前途的材料。解决MoSi2低温韧性不足的主要途径有:加入高熔点韧性增强剂,如Ti、Cr、Nb、Hf、Ta和W等;添加在热力学上与MoSi2相容的陶瓷增强相如SiC、Si3N4、ZrO2、Al2O3、TiB和TiC;通过加入ZrO2,利用其相变增韧作用来达到增韧效果;还可同其他高熔点硅化物如Mo5Si3、WSi2和NbSi2等进行合金化来提高性能。

五、金属基复合材料分析

金属基复合材料(MMC)除了具有高的比强度和比刚度之外,还像纯金属一样易成形和易连接,具有可塑性、抗环境侵蚀,以及在高温下能保持力学性能。根据基体材料的不同,金属基复合材料分为铝基、钛基、镁基、铜基和高温合金基复合材料等。目前研制的金属基复合材料有连续纤维增强和非连续纤维增强两大类。

六、陶瓷基复合材料分析

陶瓷基复合材料(CMC)的热稳定性、高刚度、高温强度和可接受的密度,使它主要用于工作温度很高而又不冷却的固体火箭发动机和航天器轻重量结构。常用的陶瓷基体是氧化物、氮化物、碳化物;增强材料可以是颗粒、晶须、纤维等,但以长纤维效果最好,如C、Ai2O3、SiO2、SiC等纤维。

七、梯度功能材料分析

所谓梯度功能材料,是以计算机辅助设计为基础,采用先进的复合材料,使构成材料的要素(组成、显微结构等)沿厚度方向有一侧向另一侧连续的变化,因而材料特性及功能也呈梯度变化的一种新型复合材料。梯度功能材料已经成为当前高温材料研究领域中的重要课题之一,在有些梯度功能材料中,除了金属材料和陶瓷材料以外,还有一个中间层,主要为高强度的纤维(如氧化锆、碳化硅纤维等)和微粒(如陶瓷或金属间化合物粉末,碳粒或玻璃微粒等)。目前研究用于高温材料的梯度功能材料体系主要有:SiC-C、TiB2-Cu、TiB2-Ni、W-Cu和Cu-B4C等。

八、先进高温材料的发展趋势分析研究

1、将纳米技术引入先进高温材料的研究中,先进高温材料经过纳米材料复合后,强度韧性将会得到显著改进,其高温力学性能尤其明显,可望成为解决1600℃以上先进高温材料的重要途径。

2、寻找更好的制备工艺,减少制备周期及制备成本,进一步提高材料的各项性能。

3、建立和完善先进高温材料各项性能指标的测试、表征技术和评价标准,建立有关先进高温材料的数据库。

4、探索一些具有特殊性能的可应用于高温环境的新材料种类,同时应研制容易制造和高温氧化环境中能重复使用的材料。

5、对于某些高温结构材料二次加工比较困难的问题,同时为了降低陶瓷零件的制造成本,需研究新的更经济的特种加工技术和近净成形加工工艺。

6、研究整体结构的先进高温材料用来取代过去采用的一些复合结构,达到减重的目的。

7、将智能结构引入先进高温材料中,研究和开发高温智能材料。

8、先进高温材料的应用研究也要大大加强,同时应注意根据不同使用温度和环境合理选择不同的先进高温材料。

参考文献

陶瓷纤维篇4

超短制动距离，峰值制动效能约为1470kW。

车重减轻将带来更好的机动性能和驾驶享受。

限量生产版CL55具有更加独特的布置。

梅赛德斯－奔驰的“F1限量生产版”CL55AMG是世界上第一种装备性能超群的陶瓷制动系统的公路车辆。戴姆勒－克莱斯勒公司和梅赛德斯－AMG公司的工程师们已经为这款独特的高性能轿车开发了一种采用加强纤维陶瓷材料制造的内部通风型制动盘。在CL车型上使用陶瓷制动器是一项领先计划的一部分，该计划目的是在今年早些时候将这项技术作为S和CL55AMG车型的选择设备。这款令人心驰神往的车型建立在世界F1赛车领域享有盛名的CL55AMG安全轿车基础上。

曾两次夺得世界F1方程式赛车锦标赛冠军的米卡・哈基宁说过，“跑车最重要的部分不是发动机，而是制动器”，和这种看法吻合的是，陶瓷制动器不仅能保证超短的制动距离，而且反应也十分灵敏。另外，陶瓷制动器还具有较好的抗热衰退能力，维修保养少，使用时间长的特点。最高车速下紧急制动时，前轴处的制动效能大约为1470kW。这项技术的另外一个优势对于系列生产的汽车而言是十分新颖的，那就是显著减轻了的制动盘重量。每个制动盘大约比同等的使用钢做成的制动盘轻6公斤。这样减少了簧下质量，导致动力性能和驾驶享受的双重提高。戴姆勒－克莱斯勒公司借助陶瓷制动器又一次在车辆制动技术领域处于世界领先地位。

采用新的高效制动系统的梅赛德斯－奔驰CL55AMG“F1限量生产版”车型将以独特的限制版55型号的面貌来生产。

加强碳纤维陶瓷复合材料：众多的优点

新的采用加强碳纤维陶瓷复合材料制作的前制动盘要比传统铸铁制作的制动盘重量大约减轻60％。这明显地减轻了簧下质量，从而显著地提高了驾驶动力性能。由于制动盘的重量减轻了，CL55AMG“F1限量生产版”车型的转向也变得更精确，更灵敏了。制动盘重量轻的优点也给悬架的舒适性带来了积极的影响。

可是，1999年在梅赛德斯－奔驰SLR超级跑车上所展示的高性能“C－BRAKE”陶瓷制动器的优点绝不仅仅是这些。新材料还具有非常高的热稳定性。最高温度载荷可达1400摄氏度。这保证了车辆高速制动时的安全性，以往在系列生产的汽车中这些都是未知的。陶瓷极低的热膨胀性能还降低了制动盘在高温时的颤抖。大家熟知的铸铁制动盘的两个特性――冷却时制动器尖叫和颤抖，在采用了陶瓷制动器后也显著地改善了。多达30万公里的超长使用寿命和极少的维护也为这种新的绝对防腐的陶瓷制动盘增添了更多的亮点。

但是，CL55AMG“F1限量生产版”车型陶瓷制动系统的灵敏反应和超短制动距离不仅仅是由于采用了内部通风的陶瓷制动盘，F1方程式赛车供应商Brembo为这款高性能轿车专门开发的8活塞式制动钳也可靠地确保了必要的制动减速度。这些制动钳是专门为加强纤维制动盘度身定做的。新的制动系统中也谨慎地安装了ABS防抱死系统、制动助力系统和电子稳定系统。

开发和生产：基本的研究和赛车技术秘诀

在陶瓷制动系统的开发过程中，AMG技术人员在旅行车和GT汽车运动中所获得的有关高性能碳制动器的发现和戴姆勒－克莱斯勒研究人员所做的基本测试结果一样重要。

在生产陶瓷制动盘时，碳纤维、加电碳材料和树脂高温下加压成形，然后在1000摄氏度下烘烤。冷却后，制动盘经过简单的机加工，然后用液态硅进行处理。碳材料就像海绵一样吸收液态硅，它们相互作用形成陶瓷。这些创新的制动盘生产过程都已经申请专利。在位于斯图加特附近Esslingen－Mettingen的戴姆勒－克莱斯勒工厂里面，高素质的专业人员在最严格的质量标准下进行这种陶瓷制动盘的生产。

独特的布置强调了与汽车运动的联系

采用陶瓷制动器的梅赛德斯－奔驰CL55AMG“F1限量生产版”车型的独特特点被它特别的装备和布置所印证了。这款限制版的顶级轿车具有AMG那精美的造型风格，外观很打眼，它装备有5.5升、265千瓦/360马力V8发动机，仅有一种亮灰色金属漆车身。前端8.5英寸宽，后端9.5英寸宽，19英寸AMG轻质合金车轮，前轮配有255/40ZR19轮胎，后轮配有285/35ZR19轮胎，这些都保证了此款轿车超凡的运动性能。AMG车轮减少了的偏置量，优化了轮距，这与加宽的后保险杠一起赋予了CL55AMG车型一种更加夺人的外观。高性能的“S－02PolePosition”宽距轮胎是由麦克拉伦―梅赛德斯一级方程式赛车合作伙伴日本的石桥轮胎公司提供的。获得过好几次奖项的ABC悬架的运动型配置也保证了此款车型的动态操纵性能。

前保险杠上面有用字母标明的“F1限量生产版”字样，除此之外，这款独特的梅赛德斯双人轿车的内饰也反映了梅赛德斯－奔驰汽车的赛车运动型特点。许多独特的特性都使这款只有一种亮灰色金属漆车身的CL55AMG“F1限量生产版”车型区别于它的系列生产中的同类车型。

“F1限量生产版”字样标在中央控制台上，采用连续编号方式。

带有“F1限量生产版”字样的发光车门窗台。

前排座椅优化了侧向支撑，采用了超级运动性能设计；后排座椅采用灰色真皮装饰，同时刺绣上了AMG的商标。

外包穿孔皮革的AMG运动型方向盘。

碳材料装饰条。

皮革－碳组合起来的自动换档杆。

陶瓷纤维篇5

关健词：莫来石；碱金属氧化物；高温蠕变

1引言

莫来石-刚玉质复相陶瓷因同时具有莫来石相熔点高、热膨胀系数低、抗蠕变、抗热震和刚玉相弹性高、耐磨、耐腐蚀、抗氧化及高温蠕变速率低等特点，使得其性能优越于纯刚玉陶瓷和纯莫来石陶瓷；刚玉莫来石质陶瓷是在高温下长期使用的耐火陶瓷，因为长期受荷重和热负荷的作用，高温蠕变是其最主要的性能指标。

为了该陶瓷成型的实现，需要加入一定量的结合剂以保证成型的可行性，一般选用CMC-Na，这是因为CMC-Na在成型过程中不仅起着粘结作用，而且有赋形剂、可塑剂、增强剂等作用，这些性质可增加坯料粘结力，使坯体易于成型，但CMC-Na中氧化钠含量一般大于10%，这对陶瓷的性能影响较大，尤其是抗高温蠕变性能；CMC-K与CMC-Na为一类纤维素添加剂，为了考察K和Na对陶瓷性能的影响，选用CMC-K进行试验。使用CMC-K后，陶瓷的强度略有提高，高温蠕变速率显著降低，这对于提高陶瓷的使用寿命具有十分重要的意义。

2试验

2.1刚玉莫来石陶瓷的制备

根据原料及组成点的化学组成进行配方计算，按照下列工艺过程制备试样。

原料配料湿法球磨干燥、造粒成型干燥烧成，细磨料全部过200目筛，加入一定量的添加剂，采用半干压法压制成型，成型压力为30MPa，成型添加剂分别为，2.5%的PVA、2.5%的CMC-Na和2.5%的CMC-K，试样编号分别为1#、2#和3#，试样尺寸为：50mm×10mm×5mm。坯体干燥后，将各试样在硅钼棒炉中于1660℃保温6h烧成，停止加热后随炉温自然冷s。

2.2陶瓷的性能表征

采用阿基米德法测试烧结体的吸水率、孔隙率和体积密度，利用Y-4型的X射线衍射仪分析试样的晶相；采用JM-6460LV型扫描电子显微镜观察试样的断面微观形貌；利用三点弯曲法测量烧结体的抗折强度，并通过HMOR-STRAIN1TP高温蠕变弹性模量测定仪测量烧结体的高温蠕变位移变化量和位移变化率。

3结果与讨论

3.1试样的烧结状况

添加剂为PVA时，烧结体的吸水率为15.1%，添加剂为CMC-Na时，烧结体的吸水率为15.3%，而以CMC-K为添加剂的烧结体的吸水率为14.8%，对应的体积密度分别为2.36，2.33和2.38，从中可以看出，CMC-Na和CMC-K均有助熔作用，但CMC-K为添加剂时，除造孔剂外，氧化钾具有促进莫来石生长的作用，晶体发育良好，填充在空隙中，因此吸水率较低，体积密度较大。

3.2不同粘结剂配方对烧结体的结构影响

我们知道，高温机械性能主要取决于显微结构特征，主要体现在液相的含量，气相及晶相的含量及分布状况，而最为重要的是晶相的含量和晶体的生长状况，因此本文就不同添加剂对晶相和液相及其造成的性能影响进行分析。

从表2可以看出，2#配方中的玻璃相含量较1#显著提高，这是因为CMC-Na在烧成过程中，纤维素进行分解，而钠离子以游离的形式存其中，进行反应，在高温下，钠离子易与粘土中的二氧化硅及其他杂质反应，进而形成玻璃相，而3#烧结体重的莫来石相含量较前两个配方的稍高，是由于钾离子具有降低形成莫来石晶粒活化能及促进莫来石发育的作用[1]，因而在钾离子的作用下，更多的莫来石晶核进行建立，并迅速的发育成莫来石晶体，并且，莫来石晶核和刚玉相晶核相互联结在一起，同时也促进了刚玉相的发育。

结构陶瓷在高温熔融段，玻璃相的含量、粘度和对晶体的表面张力等影响着陶瓷的高温性能，下面对以上三个粘结剂配方所烧制的陶瓷断面扫面电镜进行分析。

从SEM照片可以看出，2#试验样品的非晶质相的含量较高，晶体细小，气孔较大主要是因为玻璃相含量较大，晶体发育不完全，尤其是莫来石相的含量，3#试验样品的玻璃相的含量较低，这是因为氧化钠含量较低的缘故，而该试验的晶体发育较好，气孔较小，结构致密，晶体呈长柱状生长，这是由于氧化钾促进了莫来石的发育。

3.3不同粘结剂配方对烧结体的性能影响

从图可以看出，三个试验的抗弯强度分别为20.1MPa、21.6MPa和25.3MPa，以CMC-K为添加剂的试验的强度最高，与前面的微观结构分析一致，晶体间接触和结合的程度越高，晶体发育越好，结构陶瓷的高温力学性能越好。

为了全面的表征添加剂对性能的影响，本文对烧结体的高温蠕变位移变化量和位移变化率进行检测。

从表3可知，试验3的高温蠕变速率最低，位移变化率仅为0.52%，说明碱金属氧化物中的氧化钠和氧化钾对其性能影响巨大。一般为了改善耐火材料的蠕变性，采取最重要措施是改善耐火制品的化学矿物组成和结构。为此，应提高原料的纯度，减少高温下液相的生成量；提高液相的粘度，减弱对晶相的浸润；增加直接结合率；控制和调节制品中的矿物成分，尽量形成高熔点矿相和良好的网络结构。制造工艺对改善制品高温蠕变性有很大关系。合理的粒度级配，加大成型压力，适当提高制品的烧成温度、延长保温时间，使制品中晶体发育良好、晶问结合牢固，是提高制品的高温强度、降低蠕变的重要手段。下一步的研究工作将是结晶效应和玻璃效应对莫来石陶瓷的结构和性能的研究。

4结论

添加剂CMC-Na和CMC-K直接影响着莫来石陶瓷中的玻璃相含量，进而影响陶瓷中微观结构和性能，且以CMC-K为添加剂的烧结体的晶体发育良好，结构致密，抗弯强度高，高温蠕变速率低，位移变化率仅为0.52%。

陶瓷纤维篇6

本文对常见的远红外纤维进行了图像特征分析，尝试用表面张力仪测定远红外纤维体积密度，并用物理法进行含量分析，对测定远红外混纺纤维含量进行了一些探索。

关键词：远红外纤维；形态；密度；含量分析

远红外纤维是指在合成纤维的加工过程中，加入具有远红外线的发射体所制成的纤维，其纤维远红外发射率一般在85%以上。远红外纤维主要应用于内衣、保健服装、床上用品等产品中，尤其在年老体弱者和青少年、儿童等细分市场具有较好的前景。

1远红外纤维的生产

具有远红外辐射特性的物质有很多种，远红外陶瓷粉可以由一种也可以由多种远红外辐射性物质的混合物构成。常见的远红外辐射性物质如：氧化物Al2O3、ZrO2等，碳化物ZrC、SicC等，硼化物、硅化物、氮化物。使用最多的是氧化物，有时也使用碳化物。用于远红外纤维和产品的远红外粉应具有尽量高的常温比辐射率，人体温度一般保持在36.5℃～37.0℃左右，只有在此温度具有最大比辐射率的远红外辐射体才具有最好的效果。

远红外纤维常用的生产方法有两种：

（1）涂层法

化学纤维通过一种含有远红外陶瓷粉粘合剂和分散剂的混合液的喷涂，在纤维表面涂覆一层远红外陶瓷粉，也就制成了远红外纤维。目前采用这种方法的较少。

（2）溶液纺丝法

把远红外陶瓷粉束直接加入到化学纤维纺丝液中；也可先把远红外陶瓷粉末分散到有机溶液中；再加入到纺丝液中；还可先把远红外陶瓷粉末分散至含有纤维素衍生物的有机溶液中再加入到纺丝液中。

2远红外纤维形态特征分析

2.1样品制备

试验采集市面上常见的丙纶、涤纶、远红外丙纶和远红外涤纶的各一种，所有试样均采用梳理后的短纤状。随机分3～5点从涤纶（丙纶）与远红外涤纶（远红外丙纶）纤维中按比例取样，每份样品总量0.500g，按照不同混纺比例共取样3份。试样、平行试样、备用试样各1份。

2.2纤维截面图像

首先对要测试的混纺纤维切片采样。切片的质量会直接影响测试的结果（采样的有效性和图像精度），一般用哈氏切片器切片。厚度控制在≤20μm为宜，通过调节采光强度使纤维轮廓处有较大的灰度梯度。当视觉上轮廓特征明显时，调节显微镜和摄像机到合适倍数，使混纺纱截面处于显微镜的光轴中摄像采样。如图1～图8所示。

2.3纤维图像特征总结

从表1可以看出，由于普通化学纤维和远红外化学纤维的截面通常都为圆形，但是通过遍布纤维纵截面和横截面的深色点状颗粒基本可以鉴别这两种纤维，所以我们认为可以通过是否有远红外陶瓷粉颗粒的分布现象来区分远红外纤维和普通化学纤维。

3纤维密度测定

目前，我国对各种纤维密度的测定尚没有统一的国家标准，现常用的测定方法有很多，如排水法、比重瓶（计）法、液体浮力法和气体容积法等等，现被国际标准化组织承认并列入相关标准的试验方法有三种，即液体置换法、浮沉法、密度梯度柱法，但每种方法都受精度、仪器、装置、人为误差等的限制，互存利弊。现在，本文另辟蹊径，提出采用表面张力仪测试法，来快速简便测定远红外纤维的体积密度。

3.1表面张力仪

试验设备：KRUSSK100表面张力仪、离心机、浸润液、电子分析天平。

3.2密度测定

取一份样品，将试样打结，充分浸泡于浸润液中，经过高速离心机处理后，置于表面张力仪测试的夹头，点击测试按钮。测试时要注意室内温度和空气流速。对于同一个样品，两个试验员分别测试5次，测试完毕比较结果差异，如差异较大则需进行检测，否则以两人平均值为结果，见表2和表3。

4远红外纤维含量分析

在500倍显微镜下，通过识别截面是否充满大量黑点，颜色较深的远红外纤维和颜色较浅的普通纤维，进行分类计数，应用含量计算公式：X1=n1d12ρ1/（n1d12ρ1+n2d22ρ2）×100，我们可以得出样品中远红外纤维的重量混纺比结果。

从表4和表5可看出，采用本方法检验远红外混纺纤维含量的偏差率最高不超过7.5%，其中远红外涤纶的偏差率普遍略大于远红外丙纶纤维，分析除了一般因素外还与远红外涤纶纤维的中空结构和密度测试结果的准确度有关。

5总结