陶瓷膜开题报告.docx
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陶瓷膜开题报告.docx
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陶瓷膜开题报告
毕业设计(论文)材料之二
(2)
本科毕业设计(论文)开题报告
题目:
不锈钢表面透明陶瓷膜制备
课题类型:
设计□实验研究□论文□
学生姓名:
陆**
学号:
31101022**
专业班级:
材料112
学院:
机械与汽车工程学院
指导教师:
黄仲佳博士
开题时间:
2105.3.6
201年月日
【初期模版,仅供参考】
开题报告内容与要求
一、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势(文献综述)
(1)课题研究的必要性。
不锈钢以不生锈著称,但在高温条件下易于氧化、脱皮,大大限制了其使用X围。
通过在不锈钢表面沉积陶瓷膜,能改善不锈钢的抗高温氧化性和耐磨性,拓宽其应用X围。
[7]为改善不锈钢的抗高温氧化性和耐磨性,拓宽其应用X围,采用凝胶-凝胶法在不锈钢表面制得陶瓷膜层。
[3]
(2)研究现状
目前阶段不锈钢表面透明陶瓷膜的制备方法为溶胶-凝胶法。
由于溶胶-凝胶法具有反应温度低、反应达到分子水平上的均匀、工艺简单等优点,目前应用该法制备陶瓷材料已经很普遍。
[9]溶胶凝胶法作为一种制备材料的低温湿化学合成法,由于具有制品纯度高、颗粒细、化学均匀性好,可容纳不溶性组分和不沉淀组分,掺杂分布均匀、合成温度低、成分容易控制、工艺设备简单等优点,已经被广泛应用于陶瓷、玻璃、橡胶、纳米材料、有机-无机杂化材料等材料的制备。
目前,溶胶-凝胶法制备新材料正处于迅速发展阶段,尤其是陶瓷材料方面。
[2]近年来,溶胶凝胶技术在玻璃、氧化物涂层和功能陶瓷粉料,尤其是以传统方法难以制备的复合氧化物材料、高临界温度(Tc)氧化物超导材料的合成中均得到成功的应用。
[1]
(3)发展趋势
目前,溶胶-凝胶法制备陶瓷材料也存在某些问题:
首先是目前所使用的原料价格比较昂贵,有些原料为有机物,对健康有害;其次,通常整个溶胶-凝胶过程所需时间较长,常需要几天或者几周;第三是凝胶中存在大量微孔,在干燥过程中又将会逸出许多气体及有机物,并产生收缩;第四是难于实现大规模工业化生产以及防止凝胶在干燥过程中开裂等问题。
[9]
现阶段对溶胶凝胶法的研究主要集中在以下几个方面:
在工艺方面值得进一步探索的问题:
较长的制备周期;应力松弛,毛细管力的产生和消除,孔隙尺寸及其分布对凝胶干燥方法的影响;在凝胶干燥过程中加入化学添加剂的考察,非传统干燥方法探索;凝胶烧结理论与动力学以及对最佳工艺(干燥、烧结工艺)的探索。
[10]
和自蔓延法连用制备常规方法较难制备的新型纳米材料。
例如Sol-Gel-EISA制备一些有纳米结构的功能性材料。
鉴于以上所述,今后研究的主要方向应是加强对溶胶-凝胶体系反应机理的探讨,改进工艺路线,通过体系组成和制备条件的控制来优化陶瓷微观结构和宏观性质;采用廉价无毒性的原料,改进工艺,降低成本;开发新理论、制备新材料等。
[5]
二、主要设计(研究)内容
(1)制备工艺:
溶胶-凝胶法制备SiO2-Al2O3体系薄膜/TiO2薄膜
(2)检测或表征内容
不同添加剂改性的SiO2溶胶簇团结构组织分析:
经聚乙二醇(PEG)改性后溶胶簇团为环型网络结构,经脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)改性后溶胶簇团表现为棒状网络结构,而经聚氧乙烯醚-聚氧丙烯醚-聚氧乙烯醚共聚物(PEO-PPO-PEO)改性后溶胶簇团呈现出树枝状网络结构。
PEG等通过对SiO2溶胶粒子表面的修饰作用,不仅限制了溶胶粒子的生长,而且对溶胶粒子的交联起到定向排列作用,因此,通过改变它们的分子量和添加量可以有效地对SiO2纳米材料的织构性质进行调控。
[4]
(3)陶瓷膜的性能测试
采用CHI660B电化学工作站测试陶瓷膜的电化学性能:
三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为铂电极,以具有陶瓷膜的冷轧钢板为研究电极,用硬膜防锈油辅助防护并用石蜡封闭,工作面积为1cm2;测试介质为3.5%NaCl溶液,极化曲线电位扫描速度为5mV/s,交流阻抗扫描频率X围为10mHz~100kHz。
用配有X射线能谱分析仪的HitachiSSX-500扫描电镜分析陶瓷膜表面形貌。
参照GB/T10125-1997,在DCTC1200P盐雾试验
箱内进行盐雾试验(NSST)。
附着力测试参照GB/T9286-1998色漆和清漆-涂膜的划格法进行,用线棒涂覆器制备漆膜:
涂覆淡黄色环氧底漆或聚氨酯底漆,于干燥箱中232~241℃干燥20s;涂覆白灰色环氧面漆或聚氨酯面漆,干燥箱中232~241℃干燥20s,干膜总厚度为(30±2)
μm;涂漆试样自然条件下放置7d进行测试。
[3]
三、研究方案及工作计划
溶胶-凝胶法的化学过程根据原料不同可以分为有机工艺和无机工艺,根据溶胶-凝胶过程的不同可以分为胶体型Sol-Gel过程、无机聚合物型Sol-Gel过程和络合物型Sol-Gel过程,这些溶胶-凝胶过程的特征见表1。
[1]
实验步骤
1)溶胶的制备
溶胶的制备是技术的关键,溶胶的质量直接影响到最终所得材料的性能,因此如何制备满足要求的溶胶成为人们研究的重点。
近年来主要从以下几个方面对它进行了研究:
加水量、催化剂、溶胶浓度、水解温度、络合剂的使用、电解质的含量、高分子化合物的使用。
2)溶胶-凝胶的转化
溶胶向凝胶的转变过程,可简述为:
缩聚反应形成的聚合物或粒子聚集体长大为小粒子簇逐渐相互连接成三维网络结构,最后凝胶硬化。
因此可以把凝胶化过程视为两个大的粒了簇组成的一个横跨整体的簇,形成连续的固体网络。
在陈化过程中,胶体粒子逐渐聚集形成网络结构。
但这种聚集和粒子团聚成沉淀完全不同。
形成凝胶时,由于液相被包裹于固相骨架中,整个体系失去流动性,同时胶体粒子逐渐形成网络结构,溶胶也从Newton体向Bingham体转变,并带有明显的触变性。
3) 凝胶的干燥
一般的干燥过程中可以看到3个现象:
持续的收缩和硬化;产生应力;破裂。
湿凝胶在干燥初期,因为有足够的液相填充于凝胶孔中,凝胶减少的体积与蒸发掉液体的体积相等,无毛细管力起作用。
当进一步蒸发使凝胶减少的体积小于蒸发掉的液体的体积时,凝胶承受一个毛细管压力,将颗粒挤压在一起。
由于凝胶中毛细孔孔径大小不匀,产生的毛细管压力的大小不等,由此造成的应力差导致凝胶开裂。
实践表明,除了凝胶本身的尺寸因素,干燥速率也是一个重要因素。
要保持凝胶结构或得到没有裂纹的烧结前驱体,最简单的方法是在大气气氛下进行自然干燥。
对于自然干燥制备干凝胶,为了防止伴随溶剂蒸发过程而产生的表面应力以及凝胶中不均匀毛细管压力的产生,干燥速度必须限制在较低的值。
4)干凝胶的热处理
凝胶经干燥、烧结转变成固体材料的过程是溶胶凝胶法的重要步骤,由多孔疏松凝胶转变成可应用的材料至少有4个历程:
毛细收缩、缩合-聚合、结构弛豫和粘滞烧结。
热处理的目的是消除干凝胶中的气孔,使制品的相组成和显微结构能满足产品性能的要求。
工作安排
第1、2周根据毕业设计课题,查阅相关资料,写开题报告。
第3周查阅并收集相关中英文资料,翻译与课题内容相关的外文论文一篇。
第4周熟悉溶胶凝胶技术,确定工艺方案。
第5至6周成分配方拟定;薄膜制造控制工艺参数设计;薄膜附着工艺设计。
第7至8周模拟验证,并修订有关工艺的控制参数。
第9至11周实际不锈钢表面透明陶瓷膜产品的制作。
第12至14周根据设计要求,按要求撰写设计论文。
第15周修改完善论文。
第16周答辩。
四、阅读的主要参考文献
[1]王焆,李晨,徐博溶胶-凝胶法的基本原理、发展及应用现状[J].某某:
某某师X学院,2009.5
[2]曹义鸣,徐恒泳,王金渠我国无机陶瓷膜发展现状及展望[J].某某:
中国科学院某某化学物理研究所,某某理工大学吸附与无机膜研究所,2013.4
[3]王双红,王磊,X常升冷轧钢板表面陶瓷膜的制备及其性能[J].某某:
东北大学材料织构与各向异性教育部重点实验室,2011.5
[4]韩勇,王志义微弧氧化陶瓷膜的制备及形貌研究[J].某某:
某某科技大学材料科学与工程学院,2011.12
[5]赵金山,李静溶胶-凝胶法制备陶瓷材料研究进展[J].某某:
某某建筑大学材料科学与工程学院,2011.4
[6]X健泓,陈优生溶胶-凝胶法的应用研究[J].某某:
某某食品药品职业学院,2008.3
[7]易翔,肖鑫,郭贤烙凝胶-封孔法制备不锈钢表面陶瓷膜层[J].某某:
某某工程学院,2000.10
[8]孙继红,X晔,X文浩,吴东,孙予罕Sol-Gel技术与纳米材料的化学剪裁[J].某某:
中国科学院某某煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室,1999.1
[9]徐莉,X琴,祁欣,周志萍溶胶-凝胶技术制备纳米材料的研究进展[J].某某林业大学,某某经济学院,某某理工大学,某某大学,2002.7
[10]蒋华麟,陈萍华溶胶-凝胶法制备纳米材料研究进展[J].某某:
某某航空大学,2010.11
[11]胡安正,唐超群So-lGel法制备纳米TiO2的原料配比和胶凝过程机理探研[J].某某:
华中科技大学,襄樊学院.2002.4
五、指导教师意见(签名)
201年月日
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