新型半透明陶瓷

透明陶瓷,如Al_2O_3,MgO,Y_2O_3等,由于其良好的力学、热学及抗腐蚀性,在光电领域有广泛的用途.近年来,一些半透明陶瓷,如莫来石(Mullite)、尖晶石,引起人们的关注,主要是因为它们在中红外光谱区有较高的透过率,可被用作高温窗口材料.KZr_2P_3O_(12)(KZP)陶瓷是一种低膨胀材料,本文主要研究其光学性能.     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料，具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能，因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计，可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征，从而进一步提高其力学性能，以满足实际应用需求。因此，文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料，提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000 ^oC/3~5 GPa/30 min)制备致密非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段，研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性，并对其力学性能，特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明，提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变，部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成，显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化，导致材料内自由体积的湮灭和“河流状”断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高，陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下，硼含量的增加削弱了非晶Si₂ByC₂N(y=1.5~4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000 °C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si₂B_1.5C₂N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm³、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

双等离子体微弧沉积ZrO2和ZrO2-Y2O3陶瓷涂层

研究了在纳米陶瓷粒子－水混合液中采用双脉冲等离子体微弧方法获得了ZrO2和ZrO2-Y2O3陶瓷涂层的新技术。所获涂层表面均匀，与基体结合力好。进行了涂层表面形貌及其物相分析。实验结果证明沉积ZrO2 t ZrO2-Y2O3陶瓷涂层后，提高了基体合金的抗高温氧化性能。     

n-型SrTiO3陶瓷与p-型聚苯胺复合材料的研究

对于功能复合材料,因复合后能加强某一特性,甚至能产生出新的特性来,所以复合是开发材料性能的独特途径.鉴于近期发展起来的p-型导电高分子材料聚苯胺的各种优良特性,如电变色特性、吸波特性等.为了开发应用,首先应从理论上对其结合的界面特性,可否形成一种p-n结接触进行研究和探讨.通过对n-SrTiO_3陶瓷上复合p-PAn的研究和探讨,证实该复合界面为p-n异质结结构,进一步的研究还需做大量的工作.1 实验过程及测试(1)n-型半导体钛酸锶陶瓷(n-SrTiO_3)的制备.工艺流程图为:配料—球磨混料—干燥—过80目筛—预合成—造粒—成型—排胶—烧成其中,配粒比例为SrCO_3:TiO_2O_5=1:1.01:0.013.球磨时,料:球:水=1:4:2.5.预合成的温度是1200℃下保温2h,空气气氛.烧成的温度是1420～1460℃下,通N_2的还原气氛下.     

冲击压缩3DC/SiC复合材料的破坏波传播

对三维碳纤维织物结构增强的碳化硅陶瓷基复合材料3D C/SiC 在冲击载荷作用下的响应特性与破坏行为进行了实验研究。借助于一级轻气炮,实现了LY-12铝飞片对3D C/SiC试样的平面碰撞。对拉氏量计测得的压力-时间曲线和回收的试样进行观察分析,发现该材料在碰撞速度超过一定值时, 呈粉末化破坏,且其破坏界面以波的形式由碰撞面向里传播。     

高能脉冲电沉积陶瓷涂层

提出了一种利用电子导体与水溶液电解质之间脉冲放电产生的等离子体的能量,使水溶液中的离子反应沉积出来形成陶瓷涂层的方法.得到了结合力好、表面平整、具有良好抗高温氧化性能的ZrO2-8%Y2O3陶瓷涂层.     

超高温陶瓷复合材料的研究进展

超高温陶瓷复合材料主要由ZrB2,ZrC,HfB2,HfN,HfC,TaC等过渡族难熔硼化物、碳化物和氮化物组成,这些材料的熔点高于3000℃,是一类非常重要的高温结构材料,近年来在基础研究和技术应用方面均受到了极大的关注.在超高温陶瓷复合材料家族中,ZrB2-SiC和Hf B2-SiC基超高温陶瓷复合材料因具有优异的综合性能,包括优异的抗氧化/烧蚀性能、良好的高温强度保持率和适中的抗热冲击性能,可以在2000℃以上的氧化环境中长时间使用.这些独特的性能使得它们成为高超音速飞行、再入大气层和火箭推进等极端环境下使用的最有前景的候选材料.本文对超高温陶瓷复合材料的制备、力学性能、抗热冲击性能、抗氧化/烧蚀性能和热响应进行了全面的综述.对超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系进行了详细的讨论,同时添加剂对材料性能的影响也进行了讨论,这为超高温陶瓷复合材料在特定使用环境的综合性能的优化提供了有效的设计原则和方法.此外,本文还指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战,并对未来的发展趋势作了展望.     

低温极端环境下氮化铝陶瓷断裂行为及第二相的影响

氮化铝陶瓷在低温工程中有着良好的应用前景,但这方面的研究报道甚少.本文对氮化铝陶瓷的低温断裂行为进行了系统研究,以液氮和干冰作为制冷剂,测试低温环境下材料的抗弯强度和断裂韧性.当测试温度从293 K降低到77 K时,氮化铝陶瓷抗弯强度从364.6±29.2MPa增加至415.3±21.7 MPa,断裂韧性从3.98±0.19 MPa m1/2增加到4.59±0.28 MPa m1/2,同时发现穿晶断裂比例从7.3%增加至14.5%.基于实验结果,分析了陶瓷中第二相引起的残余应力对三叉晶界处氮化铝晶粒以及裂纹扩展方式的影响,结果表明,低温下第二相导致氮化铝陶瓷断裂模式发生改变;通过调控第二相在基体中的分布状况可以改善氮化铝陶瓷性能,对于氮化铝陶瓷的低温工程应用具有参考价值.     

无机法制备Si-B-C-N系非晶/纳米晶新型陶瓷及复合材料研究进展

可以在高温氧化、剧烈热震、燃气流烧蚀等苛刻条件下服役的新型高温结构和多功能防热材料是现代航空航天技术发展的迫切需求之一.Si-B-C-N系非晶及纳米晶复相陶瓷组织结构独特,高温性能优异,在高温结构和多功能防热领域极具应用潜力.有机聚合物先驱体裂解法(有机法)在致密Si-B-C-N系块体陶瓷的制备方面受限,哈尔滨工业大学特种陶瓷研究所开创的机械合金化-热压法(无机法)工艺简单,制备材料组织结构均匀、性能优良,成为Si-B-C-N系致密块体陶瓷和耐高温构件的有效制备手段,弥补了有机法的不足,对于丰富和完善该材料的实验数据和理论研究具有重要意义.本文综述了无机法制备Si-B-C-N系陶瓷及复合材料在显微组织结构特征及演变规律、力学和热物理学性能、抗氧化性能、抗热震性能、耐烧蚀性能和相关机理分析等方面的新近成果,并展望了其发展趋势.     

编者按

<正>陶瓷作为人类文明史上最早发明和使用的人工材料之一,发祥于中国,是中华民族智慧的象征.历经千年发展和演化,其内涵已远远超越了传统陶瓷的范畴,形成了包括传统陶瓷以及先进结构陶瓷、功能陶瓷和新型陶瓷基复合材料等非传统陶瓷在内的一个庞大的家族体系.其中结构陶瓷作为先进陶瓷材料的重要组成部分,因其所具有的高强、高硬、耐高温和抗腐蚀等优异特性,在高温、腐蚀等严酷环境表现出巨大的应用潜力,令人期待.     

新型微波烧结陶瓷装置的研制

一、引言 利用微波能在高温下烧结陶瓷,是近年来迅速发展起来的一门新技术。微波加热由于其利用材料内部介电损耗来发热的独特机理,具有许多常规加热法无法实现的优点,如节能、极     

ZnO压敏陶瓷中富Ba晶界相的生成与控制

已知在通常的ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3系陶瓷中,加入Ba添加剂,由于Ba离子半径大而易偏析于晶界,故能进一步改善其非线性性能,但近来对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-BaO系压敏陶瓷的研究则发现,在一定的条件下,Ba离子不仅只是偏析于晶界,而且形成富Ba的新晶界相,经分析为偏锑酸钡(BaSb_2O_6)相;由氧化铋(Bi_2O_3)、尖晶石(Zn_(2.33)Sb_(0.67)O_4)、偏锑酸钡组成的晶界相,改变了通常的压敏陶瓷中晶界相的结构、组分和性质,从而影响及晶粒间的界面性质和界面处的肖特基势垒;当这几种晶界之间有适当比例时,能显著地改善压敏陶瓷在长期电负荷下工作的稳定性.对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3系陶瓷在烧结过程中晶相的生成已有报道.本文对ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3-BaO系压敏陶瓷中,偏锑酸钡相的生成过程及影响因素进行讨论;在发现常用的SiO_2,Cr_2O_3添加剂对偏锑酸钡相生成有重要影响的基础上,对这种影响的机理进行分析,所得到的一些实验结果,对压敏陶瓷制备过程中添加剂及工艺参数的控制会有重要的指导作用.1 材料与方法实验试样除主成分ZnO外,Bi_2O_3,Sb_2O_3,BaCO_3添加剂(各自在0.2～1.5 mol%范围内调整)作为基本成分加入,另外还有其他改性添加剂,原材料均为化学试剂纯度,制备三组试样(表1),A组试样不含SiO_2和Cr_2O_3,B,C组在     

KSZP陶瓷材料强化新途径

增强增韧一直是陶瓷科学与技术研究的重要课题.目前最常用的方法是多相复合,如颗粒、晶须和纤维补强和自补强.相变是陶瓷中的普遍现象,ZrO_2增韧陶瓷是利用相变现象的一个典型例子.表面压应力增强材料的现象,在表面施釉或膨胀系数小的膜层、离子交换、淬火和表面化学反应过程中得以应用.我们在研究[NZP]低膨胀陶瓷时,发现一种利用相变强化陶瓷的方法,本文报道其有关的内容.     

高压烧结致密非晶SiBCN块体陶瓷的组织结构演化与力学性能（英文）

非晶SiBCN陶瓷是一类独特的结构材料,具有低比重、高比强度、优异的高温损伤容限等特殊结构和性能,因此在高温防热结构部件上极具应用潜力。通过合理的结构与化学成分协同设计,可探索陶瓷形貌/微观结构演化及断裂行为的基本特征,从而进一步提高其力学性能,以满足实际应用需求。因此,文章以石墨、六方氮化硼、立方硅和硼等元素粉末为原料,提出了采用机械合金化结合高压烧结技术(1 000°C/3～5 GPa/30 min)制备致密非晶Si_2B_yC_2N(y=1.5～4)块体陶瓷的方法。通过XRD、SEM、TEM、TG等表征手段,研究了烧结压力诱导该系非晶陶瓷的组织结构演化、相变及热稳定性,并对其力学性能,特别是断裂行为进行了详细讨论。结果表明,提高烧结压力促使陶瓷基体由完全非晶态向晶态转变,部分块体陶瓷由大量非晶相、少量c-Si和/或t-BN(C)纳米晶相组成,显示出依赖于硼含量的物相组成。高压烧结有效地促进了陶瓷的烧结致密化,导致材料内自由体积的湮灭和"河流状"断裂形貌的产生。随着烧结压力的提高,陶瓷材料的体积密度、纳米硬度和杨氏模量单调增加。在相同烧结条件下,硼含量的增加削弱了非晶Si_2B_yC_2N(y=1.5～4)块体陶瓷的力学性能和热稳定性。1 000°C/5 GPa/30 min烧结制备的致密非晶Si_2B_(1.5)C_2N块体陶瓷的体积密度、纳米硬度和杨氏模量分别为2.69 g/cm~3、33.6±2.2GPa和414.2±16.5 GPa。     

化学气相渗透制备SiC_w/SiC层状结构陶瓷

提出了采用流延法(tape casting,TC)结合化学气相渗透法(chemical vapor infiltration,CVI)制备碳化硅晶须(SiCw)/Si C层状结构陶瓷的方法,分析了TC-CVI方法的特点,研究了制备工艺对层状结构陶瓷力学性能和微观结构的影响,探讨了SiCw/Si C层状结构陶瓷的强韧化机理.结果表明,TC-CVI制备方法一方面能够提高晶须体积分数,减少制备过程中对晶须的损伤并且致密化单层,保持整个制备过程中材料体积无收缩,从而有效地提高材料的强度;另一方面,TC-CVI制备方法能够较好地控制层内(晶须/基体)及层间(单层/单层)界面结合强度,进而提高材料的韧性.SiCw/Si C层状结构陶瓷中晶须含量可达40%(体积分数),其弯曲强度、拉伸强度和断裂韧性分别为315 MPa,158 MPa和8.02 MPa m1/2.层状结构陶瓷材料的单层厚度对材料致密性及层间界面结合强度产生显著影响;晶须表面状态对层内界面结合强度有重要作用.SiCw/Si C层状结构陶瓷充分发挥层状结构与晶须协同增韧作用,层间裂纹偏转,层内裂纹偏转、裂纹桥接和晶须拔出等为主要的增韧机制.     

Si_3N_4的氧化预处理对浆料流变性及多孔陶瓷性能的影响

以α相Si3N4粉为原料,通过氧化预处理改善Si3N4粉体表面性质,制备具有高固相含量、低黏度的陶瓷悬浮体,添加5%(质量百分比,下同)Y2O3为烧结助剂,经注浆成型工艺及液相烧结工艺制备多孔Si3N4陶瓷.研究了不同预处理温度对Si3N4粉体表面化学性质、浆料流变特性及对多孔陶瓷的影响.在低于850℃的温度下对Si3N4粉末进行处理,在表面得到了以Si2N2O为主的涂层;随着温度的增加,涂层中的Si2N2O含量增加,Si3N4含量降低,750℃以后Si3N4消失,出现SiO2.当氧化预处理温度为850℃时,Si3N4浆料的黏度由原始粉料的1680 mPa s降至30 mPa s.粉料表面氧含量的增加导致了烧结时液相量的增加,促进了致密化,同时也抑制了β-Si3N4的成核,液相量过高时,形成低长径比、大尺寸的β-Si3N4晶粒.因此氧化处理时需要选择适当的条件,在降低浆料黏度的同时保持一定的气孔率.     

受限条件下玻璃基质中LaF_3微晶生长机理的光谱学探究

利用高温熔融法制备了Eu3+掺杂的45SiO2-25Al2O3-18Na2O-9.5LaF3玻璃,并将基础玻璃在可控条件下进行晶化热处理后获得了性能良好的玻璃陶瓷.通过XRD,TEM和光谱学手段对玻璃陶瓷进行了表征,结果表明晶化热处理后,LaF3纳米晶体从原有单一的玻璃相中析出,晶粒大小约为25 nm.Eu3+掺杂玻璃陶瓷、纳米晶体和玻璃3种基质的光谱分析及XRD结果证明稀土离子进入到LaF3纳米晶体中并计算出在其中富集的比例.进一步利用源自于Eu3+离子的发射谱和激发谱研究了退火温度和前驱物中重金属离子对玻璃网络结构中LaF3纳米晶体生长影响的机理,为玻璃陶瓷的人工设计合成提供了理论支持.     

90年代的热门材料

材料科学正进入一个前所未有的挑战时代和成果迭出的阶段。借助新技术,比如扫描隧道显微镜、原子力显微镜和各种光谱法,材料科学家能比十年前更好地了解进而控制材料的结构和特性。本文将让人们一览材料研究的6大热点,它们是:陶瓷、高级纤维复合物、聚合物、超塑钢、金属-基体复合物、超导材料。陶瓷陶瓷研究体现了材料研究一体化的程度。单块材料,如矾土、硅、碳化物和氮化硅是今天可得到的最先进的结构陶瓷,但由于脆性问题,它们只适用于应力相对低的领域。对它们的研究主要集中于通过添加连续纤维.用其他材料层压它们或用金属熔合它们,达到增强这些材料强度之目的。     

水热条件下四方相BaTiO3的合成

BaTiO_3陶瓷是一种重要的介电材料,广泛用于热敏电阻,多层陶瓷电容器以及电光器件中.陶瓷材料的性能在很大程度上取决于所用粉体材料的性能.因而,数十年来BaTiO_3的合成一直是一个很重要的研究课题,传统方法是将氧化物或盐经多次混和研磨、灼烧,而近年来研究中心则已转移到低温合成方法上,低温合成方法的优点在于可以获得高纯、均一的超细粉体.其中尤以水热法更为成功,水热法是将Ba(OH)_2与TiO_2粉体或胶体、Ba-Ti醋酸盐凝胶在OH~-存在的条件下于80～250℃的水介质中加热.这类方法可制得超细BaTiO_3,但是所得BaTiO_3在室温下呈立方相,因而是顺电性的,必须经过1100℃以上的高温处理才能得到室温下为四方结构的铁电相.四方相BaTiO_3粉料可用热压烧结而制成陶瓷,从而避免了长时间的高温灼烧,使晶粒长大和气孔扩张得到控制.因此,水热条件下四方相Ba-TiO_3的低温直接合成是一项很有意义的工作1 实验BaTiO_3细粉是采用Ba(OH)_2·8H_2O和市售TiO_2粉末在(?)30mm×430mm的管式高压釜中制得的.高压釜作分段加热,以建立适宜的上、下温度梯度.反应温度为300℃,反应时间为8h.制得的粉体用醋酸溶液将pH值调至7.5,以去离子水多次洗涤后,在120℃下于空气中烘干.样品作了X射线衍射(XRD;日本理学,RAX-10)、X射线荧光(