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本發(fā)明涉及一種具有高d33的無鉛壓電陶瓷-聚合物壓電復合材料的制備方法。該方法按式(1-x)(LiaNabK1-a-b)(Nb1-cSbc)O3-xABO3-yM組分配料，采用傳統(tǒng)陶瓷制備方法制備鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷粉料；再將陶瓷粉料與聚合物聚偏氟乙烯按比例混合球磨；烘干后超聲震蕩，將混合粉料經(jīng)冷壓成型后加溫處理，再在其表面濺射金電極，硅油浴中極化后測試其壓電復合材料樣品的壓電性能d33；最后將樣品置入去離子水或鹽溶液中浸泡，再測試其樣品的壓電性能d33。結果表明，經(jīng)浸泡處理的鈮酸鈉鉀基無鉛壓電陶瓷-聚合物壓電復合材料的d33比未經(jīng)浸泡過的有大幅度提高，提高比例甚至可達300％。

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本項目采用煤渣和廢瓷粒等工業(yè)廢渣為骨料，研制的環(huán)境友好型陶瓷透水磚是由底料和面料復合而成，并且以廢瓷粒為面料、煤渣作底料，面料與底料的厚度比為1/5~1/7，廢料綜合利用率達65~85%。該技術具有以下創(chuàng)新點：1）獨創(chuàng)了陶瓷透水磚成孔新技術，通過優(yōu)化骨料的顆粒級配形成透水磚所需的孔隙，突破了現(xiàn)有采用造孔劑的常規(guī)成孔技術；2）通過顆粒級配形成的大孔和煤渣顆粒本身可燃物燃燒形成的微孔組成復合的孔結構提高磚體的透水性和保水性，有效解決了透水磚的強度和透水性相互制約的矛盾；3）采用廢瓷粒面層和煤渣底層的復合結構，大大提高了磚體的耐磨性；4）開發(fā)了與透水磚骨料結合牢固的高溫粘結劑配方技術。本項目制備的陶瓷透水磚具有成本低、強度高、透水性好等顯著優(yōu)點。該項目成果取得國家發(fā)明專利授權。

本項目發(fā)明了一種采用熱壓濾法制備納米和納米復合陶瓷涂層的方法。將由溶膠、凝膠、粘結劑、陶瓷粉、陶瓷纖維、金屬粉、金屬纖維等組成的料漿涂覆在樣品表面；在料漿層表面包覆半透膜；埋入粗陶瓷粉中，對粗陶瓷粉施加一定的的壓力，在半透膜和粗陶瓷粉的過濾下壓縮料漿層并把料漿層中的溶劑擠出料漿層；在適當?shù)臏囟缺?，使料漿層干燥；然后升溫至燒結溫度，保溫適當時間，使壓縮的干燥料漿層發(fā)生熱解、氧化、燒結等過程，從而在復雜形狀的樣品表面形成結構、成分和厚度可控，且結構致密的納米陶瓷涂層，以及納米陶瓷與微米的陶瓷粉、陶瓷纖維等復合的各種陶瓷涂層。該項目獲得陶瓷纖維增強的ZrO2-Y2O3熱障涂層，厚度120mm涂層熱障溫度達250℃。可以獲得結構、成分和厚度可控，且結構致密的納米陶瓷涂層，以及納米陶瓷與微米的陶瓷粉、陶瓷纖維等復合的各種陶瓷涂層。

本項目是以無機溶膠為基料，添加適當?shù)募{米無機物，經(jīng)低溫固化得到的具有阻燃、隔熱、耐磨性能的陶瓷涂層。在阻燃方面，可用于高層建筑、密封的空間以及地鐵、動車內(nèi)飾鋼板和鋁合金板的防火隔熱。對于環(huán)境密閉，設備集中、人員密度大的場所，一旦發(fā)生火災，救護很困難。一些重大火災事故調(diào)查表明，在火災喪生的人員中，大部分不是直接被燒死，而是被有機物燃燒放出的毒煙熏死或熏暈后燒死的。本項目研制的陶瓷涂層具有遇火不燃、無煙、不產(chǎn)生有毒氣體，過火時間可達到3h以上，使得鋼構件或鋁合金不被軟化，以便給消防人員充足的救護時間?？筛鶕?jù)需要制作成各種顏色,平時起裝飾作用,遇火時起阻燃作用。在耐熱方面，可用于金屬管路的耐高溫熱流的沖刷、鋼和鋁合金構件的隔熱、熱流輸送管路的保溫隔熱等。

成果與項目的背景及主要用途：立方氮化硼（CBN）的硬度很高，僅次于金 剛石，具有一系列優(yōu)越的物理、化學和機械性能，特別適合鐵族金屬材料的加工， 它和金剛石用于加工硬而脆的非金屬材料互為補充，是一類用途很廣的超硬材料， 其年增長速度遠高于金剛石。CBN 磨具磨削是磨加工領域中的高新技術。其中陶 瓷結合劑 CBN 磨具具有磨削能力強、耐用度高、形狀保持性好、使用壽命長、 磨削力小、磨削溫度低、不燒傷工件、工件表面完整性好且壽命長、磨具修整及 更換頻次少、輔助勞動時間短、有利于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化和提高生產(chǎn)效率、磨削廢 渣少對環(huán)境污染小等等一系列優(yōu)點，被認為是一類高速、高效、高精度、低磨削 成本、低環(huán)境污染的高性能磨具，成為世界上競相研究開發(fā)的熱點和當代磨具產(chǎn) 品發(fā)展的一個重要方向，發(fā)展前景廣闊。世界工業(yè)發(fā)達國家已將其應用于汽車關 鍵零部件磨削等工業(yè)生產(chǎn)，顯著地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，取得了明顯的社 會經(jīng)濟效益。目前，這種高效高精磨削技術在世界汽車制造領域正快速擴展，在 機床、工具、模具、軸承等其它許多應用領域也在不斷擴展。本課題組通過承擔 一系列省部市級科研項目和重大科技攻關項目，實現(xiàn)了技術成果集成，技術水平 和產(chǎn)品性能達到國際先進水平。 技術原理與工藝流程簡介：陶瓷結合劑 CBN 磨具屬于具有磨削用途的多元 物相復合材料體系。本技術綜合運用陶瓷。玻璃、復合材料、磨料磨具制備和磨 削加工等有關理論為指導，采用具有自主知識產(chǎn)權的陶瓷結合劑，通過磨具組成 與磨具結構的科學設計，以及磨具制備工藝優(yōu)化控制，最終獲得具有最佳性能的 磨具產(chǎn)品。 主要工藝流程如下： 結構設計→組成設計→配料→混料→成型→燒成→加工→性能檢測→成品 技術水平及專利與獲獎情況：技術水平處于國際先進水平。 本項目包含的成果，已獲省級科技進步二等獎一項，廳局級科技進步二等獎 兩項。 應用前景分析及效益預測：陶瓷結合劑 CBN 磨具高效磨削工藝技術的應用， 可直接提升機械加工業(yè)和機械裝備業(yè)的加工技術與工藝水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和加 工效率，增強企業(yè)競爭能力，增加經(jīng)濟效益。同時用 CBN 磨具替代普通磨具的 使用還可以減少生產(chǎn)中的磨削廢渣，減少磨削液的用量，減少環(huán)境污染。其在汽 121天津大學科技成果選編 車、摩托車、拖拉機、工具、模具、軸承、機床、液壓件、工程陶瓷、軍工、航 空、航天等領域的高精高效磨削加工方面具有廣泛的用途。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi) 有數(shù)億元的市場潛力，其利潤率在 50%以上。 應用領域：汽車、摩托車、拖拉機、工具、模具、軸承、機床、液壓件、工 程陶瓷、航空、航天等領域的高精高效磨削加工。 技術轉(zhuǎn)化條件（包括：原料、設備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）： 廠房面積：300m2。 設備投資：100 萬元。 合作方式及條件：雙方協(xié)商。

本工藝采用納濾膜分離技術實現(xiàn)印染行業(yè)連續(xù)染色的工藝，包括：（1）將紡織品放置于染浴中，將60~100℃的染液排入納濾膜分離系統(tǒng)進行濃縮過濾，脫除染液的色度和懸浮物；（2）含有無機鹽、堿或酸的納濾膜滲透液返回染浴進行重復利用；（3）納濾膜的濃縮液直接進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)結晶，得到固體粉體，實現(xiàn)回收利用；蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽和蒸餾水進入染浴回收利用。與常規(guī)浸染工藝相比，可實現(xiàn)染液的循環(huán)利用，減少化學品和水的消耗，實現(xiàn)紡織品的連續(xù)染色，也可有效利用廢染液的熱能，降低印染成本和廢水排放量。本成果已申請中國發(fā)明專利，

哈工大機電學院王黎欽教授團隊承擔了長征五號火箭芯級和上面級發(fā)動機低溫重載渦輪泵用陶瓷軸承的預研和工程樣機技術攻關任務，這是國內(nèi)首次在液氫渦輪泵上采用高速重載低溫自潤滑陶瓷軸承。該團隊充分發(fā)揮前期在陶瓷軸承應用基礎方面的研究積累，攻克了陶瓷軸承超低溫匹配性設計技術、陶瓷球低損傷高精度制造技術、自潤滑保持架材料及其轉(zhuǎn)移膜固體潤滑技術、軸承摩擦副匹配性表面強化技術等核心技術和工藝，突破了高速、重載、沖擊、超低溫、固體潤滑軸承的核心技術，大幅度提高了火箭發(fā)動機軸承的關鍵指標，建立了相應的技術規(guī)范，為新一代大推力氫氧火箭發(fā)動機提供了核心技術支撐，為長征五號火箭發(fā)動機的預研、方案改進、長程試車和技術定型做出了重要貢獻，也為我國更大推力的火箭發(fā)動機研制提供了先進技術基礎。

1.工藝過程及設備 （1）制備原理：在基體材料表面浸涂液體，經(jīng)過低溫干燥，形成多功能陶瓷保護，保護薄膜與基體材料為分子間結合，構成牢固結合的整體。 （2）工藝過程：對需要制膜的基體材料或部件進行清洗—涂覆陶瓷膜涂覆液—低溫干燥。 （3）投資特點：生產(chǎn)模式?jīng)Q定設備投資，最小規(guī)模的非自動化生產(chǎn)模式，設備投資10-15萬元（不包括廠房基礎建設），大規(guī)模的自動化生產(chǎn)模式，設備投資約600萬元。 （4）設備：基體材料、零部件清洗設備；噴涂、浸涂或刷涂設備；干燥設備；中間運輸傳送設備；車間要求無塵干燥。 2.膜的功能及特點 （1）高硬度及良好的耐磨性：多功能陶瓷保護膜具有比鋼鐵等金屬材料更高的硬度，涂于非金屬材料、金屬材料及其零部件上能防止其表面被磨損。 （2）良好的耐腐蝕性：多功能陶瓷保護膜具有良好的耐鹽霧腐蝕、耐酸堿腐蝕、和耐氧化腐蝕的能力，可以避免鋼鐵表面的腐蝕和銹蝕，可以避免鋁、銅等有色金屬表面因腐蝕而失去原有光澤。 （3）任意可調(diào)的表面顏色：多功能陶瓷保護膜為無色透明膜，涂于金屬、非金屬表面能顯示其原有材料的品質(zhì)，也可以加入顏色，使基材顯示出比原表面更加亮麗的色彩。 （4）可用于任意的基材：多功能陶瓷保護膜與各種基材表面都具有良好的結合性能，可制備于各種金屬和非金屬表面。 （5）良好的耐高溫特性：多功能陶瓷保護膜具有良好的耐高溫性能，不會因為高溫、輻照而老化、變性、脫落而失去原有的保護能力。 （6）良好的韌性：多功能陶瓷保護膜具有良好的韌性，制備于金屬表面不會因為金屬部件的彎曲而破裂，制備于玻璃等脆性非金屬材料表面能提高其韌性，減少脆性損壞。 （7）美觀特性：多功能陶瓷保護膜具有良好的平流特性，涂在基體材料表面能夠形成平滑的表面，掩蓋原表面的微觀不平的形貌，使其美觀亮麗。 （8）任意可調(diào)的膜厚：多功能陶瓷保護膜膜厚可在1-50微米范圍內(nèi)變動，對于需要保持緊密尺寸的零部件，可以涂薄層膜，其余情況可以根據(jù)需要涂覆多層膜，以達到需要功能目的厚度。 應用范圍： （1）用于裝飾性鋁合金：裝飾性鋁合金表面受到大氣的腐蝕會變色，一些裝飾性鋁合金部件在使用過程中還會經(jīng)受不同酸堿度的洗滌液的清洗和人工的擦拭，在其表面留下小的腐蝕痕跡，慢慢改變其表面狀態(tài)，失去它初始時的光澤和裝飾效果。在裝飾性鋁合金表面制備多功能陶瓷保護膜，可以有效的保護裝飾性鋁合金表面，經(jīng)長期使用和不同酸堿洗滌液清洗而不改變其初始光澤。 （2）用于裝飾性銅合金：銅合金由于其金黃色的表面，經(jīng)常被用作為裝飾性的部件使用，但由于其在空氣的氧化作用，隨著使用時間的延長，顏色會逐步變暗，從而失去其裝飾性的功能。在裝飾性銅合金表面制備多功能陶瓷保護膜，可以有效地隔離銅合金表面與外界氣氛的接觸，從而能長久的保持其金黃色的初始的表面，同時，由于多功能陶瓷保護膜的制備過程的平流特性，能掩蓋裝飾性銅合金表面的微觀不平，使裝飾性銅合金看起來更加有光澤。 （3）用于鋼鐵材料表面：鋼鐵材料一個共同的特點，就是容易生銹，雖然不銹鋼可以解決這一問題，但畢竟其價格和性能的關系，大部分的鋼鐵材料還都是以非不銹鋼的狀態(tài)使用，防止其生銹就成為必然的問題。在鋼鐵材料表面制備無色透明的多功能陶瓷保護膜可以有效地隔離鋼鐵表面與大氣的接觸，有效的解決氧化生銹的問題，還保留了鋼鐵的原始表面，同時，由于多功能陶瓷保護膜的膜厚可以在1-50微米內(nèi)選擇，即使精密的零部件也不會因為增加了膜而需要改變其裝配關系。 （4）用于玻璃容器表面：多功能陶瓷保護膜既有硬度又有柔韌性和潤滑性，制備于啤酒瓶等玻璃容器表面，會減少瓶罐間劃傷以及外部的劃傷，同時使瓶罐的耐內(nèi)壓強度、耐沖擊強度都有大幅度的提高，耐內(nèi)壓強度提高25%以上。 （5）用于著色的目的：多功能陶瓷保護膜具有著色功能，制備于醫(yī)用及化學用玻璃瓶上，可以達到避光的目的，同時因為膜的著色元素含量很少，這些玻璃瓶熔化再造時仍然是無色玻璃，從資源利用和減少能耗方面說是有利的。多功能陶瓷保護膜也可以用在其它只需要滿足著色功能的表面，如窗玻璃等。 （6）用于工藝品：工藝品需要解決的一個問題是其初始外觀經(jīng)長時間擺設能不改變，另一個問題是看起來晶瑩亮麗，在工藝品表面制備多功能陶瓷保護膜，由于其透明的特點和平流特性，可以使工藝品看起來比原件更加晶瑩亮麗，同時，其良好的防腐保護特性，能免于工藝品受到大氣的腐蝕，使它經(jīng)長時間擺設而不改變初始外觀。

本工藝采用納濾膜分離技術實現(xiàn)印染行業(yè)連續(xù)染色的工藝如圖所示，包括：（1）將紡織品放置于染浴中，將60~100℃的染液排入納濾膜分離系統(tǒng)進行濃縮過濾，脫除染液的色度和懸浮物；（2）含有無機鹽、堿或酸的納濾膜滲透液返回染浴進行重復利用；（3）納濾膜的濃縮液直接進入蒸發(fā)器進行蒸發(fā)結晶，得到固體粉體，實現(xiàn)回收利用；蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽和蒸餾水進入染浴回收利用。與常規(guī)浸染工藝相比，可實現(xiàn)染液的循環(huán)利用，減少化學品和水的消耗，實現(xiàn)紡織品的連續(xù)染色，也可有效利用廢染液的熱能，降低印染成本和廢水排放量。本成果已申請中國發(fā)明專利，可提供現(xiàn)場試驗裝置。