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燒結溫度對氧化鋁陶瓷試品陷阱分布的影響

發布日期:2013年12月16日

燒結溫度對各類試品 TSC 特性和陷阱分布的影響如下:

1、燒結溫度對各類試品的TSC峰值以及陷阱電荷量也有顯著的影響。除C類試品外,其它類試品呈現出隨著燒結溫度提高,TSC 峰值增大及陷阱電荷量增加這一趨勢。

2、對于配方 A、B、C 的試品,隨著燒結溫度的提高,它們仍然保持一個TSC峰。總體而言,它們的 TSC 主峰的位置朝高溫區偏移,陷阱能級也有變深的趨勢。

3、對于配方D在三個燒結溫度下的三類試品,它們TSC峰的數量出現了變化,計算結果表明,除了主峰陷阱外,還有淺陷阱能級出現。它們的主峰的位置幾乎沒有變化。

微觀結構可以影響到陶瓷的陷阱分布。燒結過程是形成陶瓷材料微觀結構很其重要的一個環節。它是陶瓷生坯在高溫下的致密化過程和現象的總稱。陶瓷生坯隨 著溫度的上升和時間的延長,粉體顆粒相互鍵連,晶粒長大,孔隙(氣孔)和晶界逐漸減少,并且通過物質的傳遞,總體積收縮,密度增加,較后成為致密、堅硬的具有某種微觀結構的多晶燒結體,這種現象稱為燒結。在燒結過程中,主要發生晶 粒尺寸及其形狀的變化、氣孔尺寸及其形狀的變化,燒結完成后,在宏觀上的變化是:體積收縮,致密度提高,強度增加。

根據陶瓷工程材料學的知識 ,當陶瓷材料的化學組成確定之后,陶瓷材 料的性能在很大程度上取決于燒結過程中形成的材料的微觀結構。在顯微鏡下觀察 到的陶瓷組織結構包括晶粒的大小、晶界結構的存在和分布,氣孔的尺寸、形狀和位置,各種雜質(包括添加劑)、缺陷和微裂紋的存在形式和分布,晶界的特征等等。 燒結溫度越高,晶界的遷移率將有所提高,也就是說加快了晶粒生長的速度。 在較高的溫度下,物質的傳遞過程也將加快,氣孔的消失過程當然也會加快,不過 發展便不一定平衡(并不是剛好等到氣孔消失,晶界才移開,而往往是快速移動的 晶界沒等氣孔消失就已離開),有可能將氣孔包裹在晶粒之中。一般的,如果燒結 溫度較低,則通常需要較長的保溫時間;如果燒結溫度較高,則保溫時間就可以減 少。保溫時間的過短或過長都會影響晶粒的正常生長。這些過程會造成不同的缺陷。 在清華大學摩擦學國家重點實驗室的協助下,利用該試驗室的日立 E450 電子掃描顯微鏡,對四類試品 HD、MD、MC和 MA的微觀結構進行了觀察。如圖 3.14~3.17 是四類試品的 SEM 圖。采用的較大放大倍數為10000倍,為了有一個整體的視角, 同樣給出了在放大倍數為2000倍的 SEM 圖。

對于同樣的配方而燒結溫度不同的試品 MD 和 HD,從它們的 SEM 圖可以觀察 到燒結溫度所造成的差別。在 1600℃下燒結的試品 HD 粒徑(約 2µm)明顯大于1500 ℃下燒結的試品 MD,而且 HD 的晶粒大小差別較大。根據陷阱的試驗結果可知, 它們之間的陷阱分布也有巨大差異。燒結溫度越高,晶粒越大,缺陷越多,陷阱密度也越大。

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