钠电池用梯度封接材料制备与性能

基于粉末叠层-共烧法设计并制备了α-Al₂O₃与Na-β-Al₂O₃相梯度变化的陶瓷基功能材料(FGM), 用于钠电池中绝缘陶瓷α-Al₂O₃和Na-β-Al₂O₃之间的封接。所设计的相变化率分别为20wt%、10wt%和5wt%。研究结果表明: 二维生长的Na-β-Al₂O₃晶粒对梯度复合陶瓷的致密度有一定的影响。对沿梯度变化方向不同位置FGM的成分分析表明, 由于FGM中Na、Li成分的扩散, 消除了梯度过渡层间的界面。20wt%、10wt%和5wt%梯度变化的FGM的抗折强度分别为: (130(2)、(180(3)和(225(2) MPa。经过长时间350℃保温以及多次热循环, 梯度材料的机械性能没有明显退化, 表现出良好的机械热稳定性和抗热震性。     

多孔α-Al2O3基陶瓷片状载体的制备与性能

采用干压成型法制备了多孔α-Al₂O₃基陶瓷片, 研究了烧结温度和掺杂SiO₂对其结构、形貌和性能的影响. 提高烧结温度能增加α-Al₂O₃基陶瓷片的抗压强度, 但收缩率也会随之增大。最佳烧结温度为1180℃, 收缩率小于0.5%, 抗压强度大于80 MPa。当掺杂SiO₂粉体后, 陶瓷片中的无定形SiO₂在烧结过程中晶化形成方石英, 能够促进α-Al₂O₃陶瓷片的烧结。当SiO₂含量为12wt%, 并在1180℃下烧结时, 陶瓷片的收缩率仅为1.2%, 抗压强度大于110 MPa。与α-Al₂O₃陶瓷片相比, 其孔径更小但孔径分布更宽。研究表明, α-Al₂O₃和SiO₂/Al₂O₃陶瓷片均具有良好的分子筛膜生长活性。但由于载体具有不同的物化性质, 所制备的ZSM-5分子筛膜具有不同的形貌和尺寸。     

液相沉淀法制备ZTA 纳米复相陶瓷

以NH₄Al(SO₄ )₂·12H₂O , ZrOCl₂·8H₂O , Y(NO₃ ) 3为母盐, 用NH4 HCO₃作沉淀剂, 控制滴定速度小于5 mL/ min , 采用液相沉淀法制备了纳米3 Y-ZrO₂ / Al₂O₃前驱体。分析了添加籽晶和煅烧温度对粉体性能的影响。在1000 ℃煅烧得到了分散性良好, 平均粒径为10 nm , 两相分布均匀的纳米复合粉体, XRD 分析显示前驱体在煅烧过程中无中间相γ-Al₂O₃ 和θ-Al₂O₃生成, 粉体具有较高的烧结活性, 在1550 ℃烧结3 h 后烧结体致密度达到98. 6 % , 断裂韧性可达7. 68 MPa·m1/2 。      

形核密度对AlON粉体合成及其透明陶瓷制备的影响

以α-Al₂O₃为原料, 采用碳热还原氮化法合成AlON粉体, 利用活性炭和亚微米碳粉改变球磨后一次粉体(α-Al₂O₃和C混合粉体)的形核密度, 并研究形核密度对AlON粉体相组成、形貌及其透明陶瓷透光性的影响。结果表明, 形核密度不同的一次粉体在1750℃保温60 min均能合成纯相AlON粉体, 但是所合成的两种AlON粉体形貌和性能差异较大。高形核密度下(添加活性炭)合成的AlON粉体形貌不规则、结构疏松且晶粒较小, 并易于球磨获得细颗粒粉体(~0.93 μm); 而低形核密度下(添加亚微米碳粉)合成的AlON粉体整体形貌呈近球形, 晶粒发育较完整, 且尺寸较大, 该粉体球磨后颗粒尺寸较大(~2.13 μm)。因此, 形核密度是影响AlON粉体形貌、结构特征和破碎性的主要因素。研究结果表明, 高形核密度粉体合成的AlON粉体具有更好的烧结活性, 它在1880℃保温150 min获得的透明陶瓷最大红外透过率达76.5% (3 mm厚), 比低形核密度粉体制备的透明陶瓷提高48.3%。因此, 以α-Al₂O₃为原料时, 提高形核密度有利于制备颗粒较小的高活性AlON粉体, 该粉体适合制备高透过率AlON透明陶瓷。     

超重力熔铸Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃的晶化行为研究

研究了以超重力熔铸方法制备的Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为, 并结合相图分析了热处理条件对晶化过程的影响规律。实验结果表明, Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为与热处理温度和SiO₂含量密切相关。当热处理温度为1050℃时, 晶化后样品的相组成沿超重力场方向呈现出梯度分布, 自上而下分别为Al₆Si₂O₁₃玻璃陶瓷、纯玻璃相、χ-Al₂O₃玻璃陶瓷。当退火温度为1100℃时, 析出晶相主要为Y₃Al₅O₁₂及Y₂Si₂O₇; 退火温度为1200℃时主要析出Y₃Al₅O₁₂。因此, 以超重力熔铸法制备YAS玻璃结合后续热处理的工艺, 提供了一种快速制备YAS基微晶玻璃的新方法。     

煅烧温度及硼酸用量对α-Al2O3粉体的影响

以工业氧化铝粉体为原料，以H₃BO₃为矿化剂，以高温煅烧为方法制备α-Al₂O₃粉体，研究煅烧温度和H₃BO₃用量对α-Al₂O₃转相率、杂质Na₂O含量以及晶粒粒径和形貌的影响规律。结果表明：H₃BO₃用量的增大对Al₂O₃转相率影响不大，添加H₃BO₃可加速α-Al₂O₃的晶粒生长，减少β-Al₂O₃和杂质Na₂O含量；随着煅烧温度的提高，α-Al₂O₃的粒径逐渐增大，晶粒形态规则，晶粒表面平整光滑，晶粒大小均匀，煅烧温度是影响Al₂O₃转相率、减少Na_...     

泡沫前驱体碳热还原氮化法合成氮化铝粉体

本研究采用碳热还原氮化法(CRN)合成AlN粉体。以γ-Al₂O₃和炭黑为原料, 采用直接发泡工艺与注凝成型相结合的方法制备出Al₂O₃/C泡沫, 作为合成AlN粉体的前驱体。泡沫孔隙尺寸从几十微米到几百微米, 总孔隙率56%~90%。具有通孔结构的泡沫前驱体实现了原料内部各处的均匀的固-气反应, 泡沫总孔隙率≥80%可显著提高CRN反应的速率。XRD分析结果显示: CRN过程中存在γ-Al₂O₃到α-Al₂O₃的相转变, 反应起始温度在1300℃以上, 并在1550℃反应完全。在1650℃合成得到的AlN颗粒平均粒径不超过1 µm, 氮含量为32.9wt%。     

功能化Al2O3@SiO2/酚醛环氧-双马树脂复合材料的微观结构及性能

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)分别制备Al₂O₃和SiO₂,同时以KH560为架桥剂制得SiO₂包覆Al₂O₃(KH560-Al₂O₃@SiO₂)的增强体。以双马来酰亚胺树脂和酚醛环氧树脂(MBMI-EPN)为基体、4’4-二氨基二苯甲烷(DDM)为固化剂,采用原位聚合法制备了KH560-Al₂O₃@SiO₂/MBMI-EPN复合材料;表征KH560-Al₂O₃@SiO₂的微观结构及该增强体对复合材料性能的影响。结果表明:Al₂O₃@SiO₂粒子微观结构清晰,核壳结构完整,内核为短纤维状Al₂O₃,外壳为无定形SiO₂,二者通过化学键方式相连;Al₂O₃@SiO₂表面成功接枝上KH560基团,粒子堆积现象减弱。KH560-Al₂O₃@SiO₂/MBMI-EPN复合材料的微观形貌显示:KH560-Al₂O₃@SiO₂在MBMI-EPN基体中形成多相结构、分散性较好、界面作用稳定且断面形貌呈鱼鳞状,并未发现Al₂O₃@SiO₂粒子团聚体,整体结构完整。当KH560-Al₂O₃@SiO₂含量为1.5wt%时,复合材料的弯曲强度与冲击强度分别为126 MPa和14.7 kJ/m;,比树脂基体分别提高了21.2%和27.8%;材料的热分解温度为392.3℃,比树脂基体提高了14.5℃,力学性能和耐热性得到明显改善。     

籽晶添加对氮化硅陶瓷显微结构与力学性能的影响

以不同配比的Y₂O₃-Al₂O₃为烧结助剂, 通过添加3wt%的单分散β-Si₃N₄籽晶, 采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷, 并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究. 结果表明: 不同烧结助剂配比的α-Si₃N₄粉体在1800℃保温2 h即全部转化为β-Si₃N₄, 且各烧结体的相对密度都达到了97%以上. 在6wt%Y₂O₃和4.5wt%Al₂O₃为烧结助剂时, 添加3wt%籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20%和16%, 断裂韧性提高了8%.     

球磨转速对Nd:YAG透明陶瓷的显微结构及光学性能的影响

以高纯商业Y₂O₃、α-Al₂O₃和Nd₂O₃粉体为原料, 以TEOS(正硅酸乙酯)和MgO为烧结助剂, 采用固相反应和真空烧结技术制备了1.0at%Nd:YAG透明陶瓷。系统研究了球磨转速(球磨时间10 h)对混合粉体的尺寸以及对陶瓷样品致密化行为、显微结构和光学性能的影响。结果表明: 通过球磨过程可以充分细化原料粉体的颗粒; 随着球磨转速的提高, 陶瓷烧结时样品中的气孔能更好地排除。但是球磨转速过高时, 陶瓷烧结体中存在少量的富铝第二相会降低样品的光学透过率。当球磨转速为130 r/min时, 真空烧结(1760℃×50 h)所得Nd:YAG透明陶瓷的微结构均匀致密, 几乎没有晶界和晶内气孔存在, 样品在1064 nm处的直线透过率高达83%。     

基于三辊分散原料的3Y-ZrO2/Al2O3陶瓷的制备与表征

原料粉体的均匀分散是3Y-ZrO₂/Al₂O₃陶瓷制备的关键。在工程应用中三辊混合适合于超细陶瓷粉体高黏度浆料的分散,有利于降低分散介质用量,减少干燥时间。本工作以商用3Y-ZrO₂粉体(粒径80 nm)和粗细两种Al₂O₃粉体(粒径3μm和0.3μm)为原料,通过三辊混合、干压成型与烧结,制备3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷。通过XRD,SEM和万能试验机研究3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的相组成、显微结构以及弯曲强度之间的关系。结果表明:在3Y-ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷中,除常见的Al₂O₃晶粒弥散相和ZrO₂连续相外,还存在最大尺寸5~10μm的Al₂O₃微聚集区。当添加粗Al₂O₃粉时,3Y-ZrO₂会发生从四方相到单斜相的转变。而当添加细Al₂O₃粉时,四方相的衍射峰向右偏移,同时没有检测到单斜相。对1600℃烧结的复相陶瓷样品,两种Al₂O₃粉的适量添加均有利于获得最大的弯曲强度。但对含有细Al₂O₃粉的样品,弯曲强度较粗Al₂O₃粉样品随Al₂O₃体积分数的增加更为平缓。     

元素配比对BiFeO3反应烧结相变影响的高温X射线衍射研究

多铁性材料BiFeO₃样品中Bi₂₅FeO₃₉、Bi₂Fe₄O₉等杂相的存在增加了漏电流, 影响了对其磁电耦合机制与调控的深入研究, 然而纯相BiFeO₃陶瓷的制备一直是材料合成中的难点, 其中一个主要原因是对其相变规律的认识还不充分。本研究采用高温原位X射线衍射技术(HT-XRD)及Rietveld精修定量的方法, 并结合高温拉曼光谱技术(HT-Raman), 系统地研究了不同配比(1 : 1, 1.03 : 1, 1.05 : 1)Bi₂O₃/Fe₂O₃在相同升温速率和保温时间下的反应烧结相变过程, 以及降温时反应产物的热力学稳定性, 同时利用背散射电子衍射(EBSD)技术定性研究了降温冷却后烧结产物的物相分布。结果表明: Bi₂O₃必须经历结构相变(斜方-立方)才能与Fe₂O₃反应生成BiFeO₃, 当Bi过量时, BiFeO₃、Bi₂Fe₄O₉、Bi₂₅FeO₃₉三元产物在降温过程中处于热力学不稳定状态, 能有效抑制杂相的生成, 促进BiFeO₃相生成, 且Bi₂O₃/Fe₂O₃在配比为1.03 : 1时相的纯度最高。结合本课题组前期研究结果, 发现Bi过量以及快速升降温是提高BiFeO₃陶瓷相纯度的有效手段。本研究结果可为制备纯相BiFeO₃基陶瓷提供实验依据。     

CaxSr1-xBi2Nb2O9无铅压电陶瓷制备及其高温稳定性研究

采用传统固相法制备了Ca_xSr_1-xBi₂Nb₂O₉ (x=0、0.10、0.25、0.40)无铅压电陶瓷, 研究了Ca²⁺掺杂量对其微观结构、电学性能及其高温稳定性的影响。掺入Ca²⁺并未改变SrBi₂Nb₂O₉陶瓷的晶体结构; 随着Ca²⁺掺杂量的增加, 陶瓷晶粒由片状向长条状转变; 陶瓷的矫顽场(E_c)下降, 剩余极化强度(P_r)先增大后减小; 陶瓷的居里温度由450℃升高到672℃。当x=0.10时, 陶瓷具有较好的综合性能: 2P_r=14.8 μC/cm², d₃₃=22 pC/N, T_c=488℃; 当退火温度达到400℃时, 压电常数d₃₃仍达到20 pC/N, 说明该材料具有较好的温度稳定性, 可以在400℃的高温环境中应用。     

复合烧结助剂对Si3N4陶瓷力学性能和热导率的影响

Si₃N₄陶瓷因兼具优异的力学和热学性能, 成为第三代半导体陶瓷基板的首选材料之一。本研究以7种不同离子半径的稀土氧化物(RE₂O₃, RE=Sc、Lu、Yb、Y、Gd、Nd、La)与非氧化物(MgSiN₂)作复合烧结助剂, 通过热压烧结和退火热处理制备了高强、高热导Si₃N₄陶瓷, 并系统研究了复合烧结助剂中RE₂O₃种类对Si₃N₄陶瓷物相组成、微结构、力学性能和热导率的影响规律。热压后Si₃N₄陶瓷力学性能优越, 其中添加Nd₂O₃-MgSiN₂的样品弯曲强度达到(1115±49) MPa。退火处理后Si₃N₄陶瓷的热导率得到大幅提升, 呈现出随稀土离子半径减小而逐渐增大的规律, 其中添加Sc₂O₃-MgSiN₂的样品退火后的热导率从54.7 W·m^-1·K^-1提升至80.7 W·m^-1·K^-1, 提升了47.6%。该结果表明, 相较于国际上通用的Y₂O₃-MgSiN₂和Yb₂O₃-MgSiN₂烧结助剂组合, Sc₂O₃-MgSiN₂有望成为制备高强度、高热导Si₃N₄陶瓷的新型复合助剂。     

燃烧法合成铪酸钇粉体及其透明陶瓷的制备

以硝酸钇(Y(NO₃)₃)和氯化铪(HfCl₄)为原料, 乙二胺四乙酸(EDTA)作为燃剂, 采用燃烧法制备了粒径为50nm左右的纯相铪酸钇粉体. 粉体经1200℃煅烧后高能球磨15h, 然后在200MPa条件下进行冷等静压成型, 素坯尺寸为20mm×2.5mm, 最后采用真空烧结(1850℃保温6h), 制备出可见光波段直线透过率为50%的铪酸钇透明陶瓷. 研究了真空烧结温度对样品透过率和显微结构的影响, 当烧结温度高于1850℃时, 温度对于透过率影响不是很明显; 随着烧结温度的升高, 样品的晶粒尺寸增大.     

V_2O_5与Al_2O_3复合改性CaSiO_3陶瓷的烧结性能与微波介电性能

为降低CaSiO3陶瓷的烧结温度,通过在CaSiO3粉体中添加1wt%的Al2O3以及不同量的V2O5,探讨了V2O5添加量对CaSiO3陶瓷烧结性能、微观结构及微波介电性能的影响规律。结果表明:适量地添加V2O5除了能将V2O5-Al2O3/CaSiO3陶瓷的烧结温度从1 250℃降低至1 000℃外,还能抑制CaSiO3陶瓷晶粒异常长大并细化陶瓷晶粒。在烧结过程中,V2O5将熔化并以液相润湿作用促进CaSiO3陶瓷的致密化进程;同时,部分V2O5还会挥发,未挥发完全的V2O5将与基体材料反应生成第二相,第二相的出现将大幅降低陶瓷的品质因数。综合考虑陶瓷的烧结性能与微波介电性能,当V2O5添加量为6wt%时,V2O5-Al2O3/CaSiO3陶瓷在1 075℃下烧结2h后具有良好的综合性能,其介电常数为7.38,品质因数为21 218GHz。