材料成型及控制工程毕业论文范文

材料成型及控制工程毕业论文范文内容摘要：

echanoluminescence)。 用于激发 TL 的机械能有多种形式。 如热震动 , 它可以产生应力、 裂纹和晶体相变。 迅速结晶 ,它也可以产生应力和裂缝。 还有由碰撞、 摩擦晶体而产生的各向异性压力和流体在固体表面运动等。 大量的 研究表明，应力发光的特性是其发光强度与受力物体的形变成正比关系， 这样物体内部的破损 等 产生的形变就可以用应力发光的强弱来指示 [26,27]。 为了让应力发光能够更好地反映出 物体受力时 的形变情况，通常将 发光体做成薄膜 覆盖到被测物体的表面。 日本产业综合研究所 Xu等率先 通过合成高配向性的 ZnS:Mn 应力发光薄膜，成功的将陶瓷在摩擦以及撞击过程中的形变可视化（见图 21） [28]。 同时，其课题组进一步的研究表 明应力薄膜的方法可以将铝板等内部缺陷可视化； 并且通过研究应力发光强度与物体的关系，可以将物体的破损程度定量，从而实现了用应力发光薄膜对物体内部缺陷等进行预测 [29]。 更为重要的是美国 Nebraska 大学的 Saraf 等的 研究表明纳米级的应力发光薄膜能够对微小的应力形变产生响应 [30]。 所有这些研究成果表明采用应力发光薄膜的方法能实时在线得 将精密机械故障可视化，从而实现对故障的准确诊断和预测，防患于未然。 图 21 高配向性 ZnS:Mn 薄膜的撞击和摩擦发光照片 [26] 10 作为一种新兴的传感器，应力薄膜发光传感器的研制仍然存在很多困难。 首先硫化物（ ZnS,CdS）的应力发光强度仍然很弱，远远达不到应用的要求；发展新的应力发光薄膜材料势在必行。 Xu 和 Yamada 的结果表明基质结构对称性差、具有一定压电性能的发光材料通常具有较强的应力发光。 SrAl2O4: Eu 是常见的长余辉发光材料，由于其优良的发光性能和较长的余辉，目前广泛应用于各种荧光标示牌。 SrAl2O4 是一种复合氧化物，属于单斜相 P21点群，其晶格对称性较差，并且已有的研究表明其具有一定的压电性能，因此Eu掺杂的 SrAl2O4具有较强的应力发光，在已经开发的应力发光材料中，其应力发光强度目前是最强的。 因此， SrAl2O4: Eu 被认为是一种新的有潜在应用价值的应力发光材料。 作为一种性能优异的长余辉发光材料，很多科学工作者对其进行了研究。 SrAl2O4:Eu2+的激发光谱和发射光谱分别如图 2 图 23所示。 从图 22 以看出 SrAl2O4:Eu2+的激发光谱是一宽带 连续谱 ,存在三个激发峰 ,峰值波长分别位于 32 35 428nm。 波长在 250470nm 的紫外和可见光都可有效地激发材 料发光。 358nm 激发下 SrAl2O4:Eu2+的发射光谱如图 23所示。 材料的发射光谱也为一宽带连续谱 ,峰值波长 518nm ,这是典型的 Eu2+ ,离子的5d4f 跃迁发射 [31]。 图 22 SrAl2O4:Eu2+激发光谱（λ em=518nm） 图 23 SrAl2O4:Eu2+发射 光谱（λ em=358nm） 以实验结构参数 (a=,b=,c=, a= b = 9 0) 作为计算初始值， 运用密度泛函理论对长余辉材料的基质 SrAl2O4 进行了充分优化， 从而 得到了 SrAl2O4的晶体结构、能带和分态密度． 从能带图出现的特殊现象中，找到了 SrAl2O4能作为长余辉发光材料基质的原因 ，如图 24[32]。 11 图 24 SrAl2O4晶体态密度分布图， ( a )代表总的态密度 (TDOS) 图， ( b ) ～ ( d ) 分别代表 Sr 、Al 、 O 原子的分态密度 (PDOS) 图 从这些调查中，我们 了解到 在已经开发的应力发光材料中， SrAl2O4:Eu2+是应力发光强度最强的材料，即使在微弱的应力下也能发出明亮的绿光，见图 25[33]。 因此， SrAl2O4:Eu2+被认为是一种新的有潜在应用价值的应力 发光材料 [34]。 图 25 高亮度 SrAl2O4:Eu2+应力发光照片 3 选题的意义及研究思路 综上所述可知，现有的各种 机械故障诊断技术 有其优点也有其弊端，如无法实现大面积的实时在线的检测等。 本课题的研究主要是 为了研究一种新颖的可以实时在线对机械故障进行检测的应力发光传感器。 采用 各种 材质为基板，如 钢材 、 铝板、玻璃板 等 为基板来合成 SrAl2O4:Eu2+应力发光薄膜，并检测其各种性质。 12 4实验部分 试剂 表 41 试剂数据 物品 级别 /规格 厂家 SrCO3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Al2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Eu2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Ho2O3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 H3BO3 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 乙醇 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 E44 环氧树脂 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 Ep 固化剂 分析纯 国药集团化学试剂有限公司 主要仪器及表征方式 a．仪器名称：程控箱式点炉 型号： SXL— 1216 厂家：上海精宏实验设备有限公司 b．仪器名称： ALB 电子天平 型号： ALB— 124 厂家：赛多利斯科学仪器有限公司 c．仪器名称：高温节能管式炉 型号： GWL— 1400G 厂家：洛阳市国炬试验电炉制造有限公司 d. 仪器名称：型光子计数器 型号： CC9692— 01 e. 仪器名称： BioGlow 荧光灯 型号： BG— 40 13 实验过程 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+薄膜的制备 前期的计算 根据实验的要求，我们所需要的试剂主要有： SrCO Al2O Eu2O Ho2O H3BO E44环氧树脂、 Ep 固化剂。 通过计算它们分子式来对应的称取上述试剂的质量，即， 的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+需要的 SrCO3为 ， Al2O3为 ， Eu2O3为 ， Ho2O3为 ， H3BO3为。 实验药品的称量 试剂、药品的称量我们用的是 ALB 电子天平，把称量好的 试剂混合到研钵中，加入乙醇进行搅拌使它们充分混合（注：在称量、混合以及研磨时都要保证试剂的量不能出现变化，以保证制备的粉体是我们所需要的粉体）。 如图 41 所示，左图的为称量的天平，右图搅拌的研钵。 图 41 ALB 电子天平 高温固相法烧结以及还原离子制备粉体 研磨到试剂充分混合以及酒精完全挥发后，将混合好的试剂连同研钵一起放入程控箱式电炉（管式炉）里的刚玉坩埚上， 500℃烧结 3 小时，利用高温固相反应。 冷却后再将其放入高温节能管式炉，在通有 H2的真空中进行还原。 即得到 SrAl2O4: α Eu2+，β Ho3+。 图 42 左图为程控箱式电 炉，右边为管式炉。 14 图 42 程控箱式电炉和管式炉 研磨后初步观测 由于烧结过后的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+为呈块状的，所以要在研钵上继续研磨，把块状的SrAl2O4:Eu2+， Ho3+研磨成粉末状的。 我们用 4050um 才能通过的沙漏进行筛选，筛选下来的即是我们所要制备的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+粉体。 如图 43 所示，左图为制备的 SrAl2O4:Eu2+，Ho3+粉体，右图为沙漏。 我们将制备的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+粉体拿取少部分进行 XRD 检测，鉴别其是否是我们所需的粉体。 图 43 样品和沙漏 我们将制备好的粉体在荧光灯（波长在 200— 400nm）照射下会出现绿光。 如图 44所示，左图为无荧光灯照射，右图为有荧光灯照射。 15 图 44 样品和荧光激发下的样品 将粉体与高弹性树脂混合制备薄膜 对于薄膜的制备，我们选择采用 法，即涂抹法。 我们先选择不同的树脂，将树脂跟固化剂按重量的 1:1 的比例进行充分的混合。 然后再将混合均匀的高弹性树脂与我们制备的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+粉体按不同的重量比例进行混合。 我们设定树脂与固化剂的重量比为 1:1， SrAl2O4:Eu2+， Ho3+粉体与高弹性树脂的重量比我们设定了 1:10， ,1:2， 1:1， 6:4， 7:3，这 5种比例。 接着我们将混合物均匀的涂抹在铝板上，等其冷却 72小时后即制备成了 SrAl2O4:Eu2+，Ho3+薄膜。 如图 45 所示； 图 45 薄膜样品 将制备好的 SrAl2O4:Eu2+， Ho3+薄膜进行 SEM 形貌观察。 16 机械隐患模拟的设计 通过对各种的机械隐患的了解，我们设计了 3种不同的机 械隐患，分别为：侧撞击机械变形模拟、竖直撞击机械变形模拟和机械摩擦变形模拟。 图 46是我们绘制的 CAD 示意图，分别是侧撞击、竖直撞击、持 续摩擦。 17 图 46 侧撞击、竖直撞击、机械 摩擦 5 结果与讨论 根据实验的要求我们做了如下的实验及其分析； XRD 图及其分析： 10 20 30 40 50 60 7010 20 30 40 50 60 70 Intensity(a.u.)2 Th et a (o) 0 0 0 3 4 0 3 7 9 Sr0 . 9 8 5Al2O4: E u0 . 0 1Ho0 . 0 0 5 图 51 XRD 结果 18 我们对所制作的粉体进行 XRD 表征，图中横坐标表示的为材料的 2θ角度，纵坐标表示的是强度。 从结果中我们可以观察到， XRD 表征图与。