α-Al2O3相变机理及制备工艺研究进展

α-Al₂O₃在耐火材料、电子材料等多个领域有着极其重要的应用。本文首先介绍了α-Al₂O₃在工业应用方面的评价指标和α-Al₂O₃的相变机理,接着分别从固相合成、液相合成、气相合成三个方面阐述了α-Al₂O₃制备的相关研究进展,对制备过程中影响α-Al₂O₃晶粒微观状态的若干因素,包括煅烧温度、矿化剂类型、pH值及预处理条件等进行讨论。最后指出了当前对α-A1₂O₃成核生长机理研究缺乏的问题,表明明确的成核机理、高纯度α-A1₂O₃的量产和形貌控制技术将会是该领域未来的研究重点和发展方向。     

不同直径Cr:Al2O3圆柱晶体的制备及其光学性能研究

采用光学浮区法制备了不同Cr³⁺掺杂浓度的Cr∶Al₂O₃晶体，并根据需要制备了不同直径(2 mm至13 mm)的长度大于100 mm的圆柱状Cr∶Al₂O₃晶体。测量了在制备Cr∶Al₂O₃晶体不同阶段所获得的粉末料棒、陶瓷料棒和晶体的密度，分别为0.928、2.230和4.051 g/cm³。XRD图谱显示，Cr∶Al₂O₃晶体为α-Al₂O₃相。透射光谱表明，Cr∶Al₂O₃晶体可见光非特征吸收波段透过率大于80%。吸收光谱和光致激发光谱(监测669 nm光)均显示，Cr∶Al₂O₃晶体在418及559 nm处有较强吸收带，分别对应Cr³⁺从⁴A₂至⁴     

制备方法对Al2O3-CeO2物化性质及CO2加氢制甲醇催化性能的影响

复合氧化物界面性质与CO₂加氢制甲醇反应的催化性能有着重要的关系。本文对比考察了物理共混法、浸渍法、传统共沉淀法和微流控连续共沉淀法对Al₂O₃-CeO₂复合氧化物界面性质和催化性能的影响。浸渍作用尽管使Al₂O₃/CeO₂界面产生了一定的结构性质调变,但贫瘠的氧空位缺陷导致催化反应效率低。共沉淀样品中固溶结构的存在增强了Al₂O₃/CeO₂界面的相互作用,增大了电子结合能,形成的大量氧空位缺陷有利于CO₂活化转化。而微流控连续共沉淀法合成样品因具有更小的晶粒尺寸、均匀的复合相结构和丰富的氧空位缺陷,表现出更为优异的催化性能。在原料气配比为V(H₂)∶V(CO₂)∶V(N₂)=72∶24∶4,反应温度为320 ℃,反应压力为3 MPa,体积空速为9 000 mL·g^-1·h^-1的条件下,Al₂O₃-CeO₂复合氧化物的CO₂转化率、甲醇选择性及甲醇时空产率分别达到15.3%,86.4%和0.076 g·mL^-1·h^-1。     

TiO2烧结助剂对纳米η-Al2 O3制备氧化铝陶瓷的影响

为降低氧化铝陶瓷制备成本,改善其性能,以价格低廉的纳米η-Al2 O3为原料,TiO2为烧结助剂,制备氧化铝陶瓷.研究了TiO2加入量对纳米η-Al2 O3氧化铝陶瓷的体积密度、显气孔率、物相组成和微观结构的影响.结果表明:TiO2通过增加氧化铝中铝离子点缺陷数量而提高其扩散系数,促进氧化铝陶瓷的致密化及晶粒的生长.η-Al2 O3到α-Al2 O3的相变首先在氧化铝颗粒表面进行,然后迅速扩散至内部完成.通过计算晶胞参数大小,定量证明刚玉晶体发育良好,引入适量TiO2对氧化铝陶瓷高温性能和化学稳定性影响较小.当TiO2加入量为2wt;,烧结温度为1600℃时,氧化铝陶瓷的性能优良,体积密度为3.70 g/cm3、显气孔率为1.2;,存在一定数量的晶间气孔和晶内气孔,晶体间结合紧密,晶粒尺寸10～30μm.     

ZrO2对Ho∶(Y0.7Sc0.3)2O3激光陶瓷致密化和光学性能的影响

2 μm 波段处于人眼安全波长,在医疗、加工、红外探测与对抗,以及大气环境监测等军、民两用领域有着重要潜在和实际应用。Ho³⁺掺杂倍半氧化物陶瓷具有宽的吸收和发射光谱、高热导率以及低声子能量等优点,是一类重要的 2 μm 波段激光材料。通过材料固溶原理,可以实现光谱更加宽化,这使其有可能成为一类性能优异的中红外固体激光材料。本文以商业Y₂O₃、Sc₂O₃以及Ho₂O₃粉体为原料,添加少量ZrO₂(原子比为0~1.0%)作为烧结助剂,采用真空预烧,结合热等静压烧结的工艺,成功制备出高透明的0.5%Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷。研究了ZrO₂掺杂浓度(0~1.0％)对Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃激光陶瓷致密化过程和光学性能的影响。通过添加ZrO₂有效抑制了高温下Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷晶粒的生长,掺杂1.0％ZrO₂的Ho∶(Y_0.7Sc_0.3)₂O₃陶瓷经1 690 ℃下真空预烧结4 h和1 600 ℃/190 MPa热等静压烧结3 h后,其透过率在1 100 nm处达到79.1％(厚度为4.4 mm),接近理论透过率。     

纳米级SnO2或Yb2O3对熔融石英陶瓷析晶性能的影响

通过XRD分析和热膨胀率实验,从析晶角度探讨了添加纳米级SnO₂或Yb₂O₃对熔融石英陶瓷析晶性能的影响。结果表明:熔融石英陶瓷高温析晶的主要晶化产物为方石英,方石英析出量随烧结温度的提高而逐渐增多;纳米级SnO₂或Yb₂O₃的引入可通过抑制熔融石英中方石英的析出,有效地降低熔融石英材料在升温过程中的热膨胀率,并且随着烧结温度升高需要不断调整添加剂用量,纳米级SnO₂和Yb₂O₃的最佳用量(质量分数)分别为1%和2%。     

TOPCon太阳电池发射极Al2O3/SiNx与SiO2/Al2O3/SiNx叠层膜钝化性能的比较

本文对TOPCon电池发射结的叠层钝化膜进行了研究,对比了3种不同叠层钝化膜(SiO₂/SiN_x、Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x、SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x)的钝化性能。结果表明:Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化性能优于SiO₂/SiN_x,SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x的钝化水平最佳,隐开路电压均值可达到705 mV。基于Al₂O₃/SiN_x叠层膜研究了Al₂O₃厚度(1.5 nm、3 nm和5 nm)对钝化性能和电池转换效率的影响。当Al₂O₃厚度由1.5 nm增加到3 nm时,钝化性能得到明显提升,隐开路电压均值提高了20 mV,达到707 mV,对应电池的光电转换效率升高了0.23个百分点,与SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜电池的转换效率持平。然而,当Al₂O₃厚度继续增加至5 nm时,隐开路电压均值保持不变。因此可以使用Al₂O₃(3 nm)/SiN_x叠层膜代替SiO₂/Al₂O₃(1.5 nm)/SiN_x叠层膜,不仅简化了电池的工艺步骤,而且降低了生产成本。     

铝源种类对熔盐法制备超细ZnAl2O4粉体的影响

本文以Al(OH)₃、煅烧Al₂O₃和纳米Al₂O₃为铝源,在KCl和LiCl的混合熔盐介质中,800~1 200 ℃温度范围内保温3 h合成超细ZnAl₂O₄粉体。采用XRD、SEM、激光粒度仪和比表面分析仪等重点分析了铝源种类对ZnAl₂O₄粉体合成温度、产物物相组成以及显微形貌的影响。在此基础上探讨了反应温度、熔盐与原料的质量比(W_s/W_r)对粉体合成的影响。结果表明:铝源种类显著影响ZnAl₂O₄的开始形成温度和粉体性能,相比于煅烧Al₂O₃,以Al(OH)₃和纳米Al₂O₃为铝源生成ZnAl₂O₄的速率较快,在900 ℃时即可合成出单相ZnAl₂O₄。以煅烧Al₂O₃粉为铝源,当W_s/W_r为3∶1时,在1 000 ℃合成ZnAl₂O₄粉体的分散性最佳,而温度过高易造成粉体团聚长大。适当的W_s/W_r有利于ZnAl₂O₄的生成,当W_s/W_r为4∶1时合成的ZnAl₂O₄粒径最小。ZnAl₂O₄粉体均在一定程度保持着初始铝源的尺寸和形貌,表明熔盐法合成ZnAl₂O₄的机理主要遵循着“模板合成机理”。     

GdAlO3∶Tb3+-Al2O3有序共晶生长及其微结构研究

两相有序共晶材料由于具有不同折射率的两晶相呈现有序排列,可降低荧光在共晶材料内部的散射而实现导光功能,可被应用于高分辨探测成像器件中。本工作根据定向凝固原理,用微下降法生长技术制备得到了直径为3 mm的GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃两相有序共晶。通过SEM和元素分析,探究了GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃共晶内部的微结构,结果显示,所得共晶中GdAlO₃∶Tb³⁺晶相均匀有序地分布于基质Al₂O₃晶相中,GdAlO₃∶Tb³⁺晶相直径的大小受生长速率的影响,速率越快,直径越小。所制备得到的GdAlO₃∶Tb³⁺-Al₂O₃有序共晶在X射线辐照下发射出明亮的绿色荧光,并在GdAlO₃∶Tb³⁺晶相中定向传播,有望被用作X射线探测成像材料,提高探测器的空间分辨率。     

Al2O3陶瓷非等温烧结研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,采用非等温烧结法制备了纯Al2O3陶瓷(AL)及掺杂MgO-Y2O3复合助剂的AJ2O3陶瓷(ALMY).研究了AL和ALMY在不同烧结温度下的相对密度、显微结构及硬度.结果表明,在非等温烧结中,纯Al2O3致密化的烧结温度范围较窄,烧结温度为1500℃时,其相对密度及硬度分别为98.1;和18.1GPa,当烧结温度为1600℃时,AL由于晶粒显著粗化,且产生了晶内气孔,相对密度及硬度分别显著下降到94.6;和12.5 GPa.MgO-Y2O3复合助剂的引入拓宽了Al2O3致密化的烧结温度范围,细化了显微结构,烧结温度在1500℃和1600℃时,ALMY的相对密度均在98;以上,硬度分别为19.2 GPa和17.6 GPa.     

V2O5掺杂对0.6SrTiO3-0.4LaAlO3微波介质陶瓷结构与性能的影响

采用固相反应法,研究了V2O5添加量与0.6SrTiO3-0.4LaAlO3(简称6ST-4LA)陶瓷烧结性能及介电性能之间的变化关系.结果表明:少量V2O5的引入未改变陶瓷的晶相组成,主晶相仍为SrTiO3基固溶体,适量添加V2O5不仅能显著降低6ST-4LA陶瓷的烧结温度,而且能增大其介电常数和品质因数(Q·f),调节谐振频率温度系数τf;随着V2O5添加量的继续增加,有第二相SrVO3出现并逐渐增多.当V2O5添加量为0.10wt;,1450 ℃烧结时,6ST-4LA陶瓷获得最佳微波介电性能:εr=46.46,Q·f=59219 GHz,τf=3×10-6 /℃.     

射频磁控溅射氧气流量对制备的Ga2O3∶Cr薄膜光致发光性能的影响

在不同氧气流量下,采用双靶射频磁控共溅射的方法在蓝宝石(α-Al₂O₃)基底上制备得到系列掺Cr的Ga₂O₃(Ga₂O₃∶Cr)薄膜,详细研究了薄膜在900 ℃退火前后的结构和光学性能。结果表明,未退火的Ga₂O₃∶Cr薄膜为非晶结构,其发光主要位于蓝绿波段。经900 ℃退火后,薄膜的结构由非晶变为多晶,且在近红外波段观测到了来源于Cr³⁺掺杂的发光。退火后的薄膜结晶质量和近红外发光均与氧气流量密切相关,而其光学带隙不受氧气流量的影响。在所研究的氧气流量范围,4 mL/min氧气流量下薄膜的近红外发光强度最强,这与此条件下薄膜结晶质量较好以及Cr³⁺替代Ga³⁺的数量较多有关。以上研究成果可为制备高质量Ga₂O₃∶Cr薄膜提供参考。     

BBZS掺杂对BaO-Sm2O3-TiO2系微波介质陶瓷性能的影响

利用固相法制备BaO-Sm2O3-TiO2系微波介质陶瓷.通过复合添加氧化物ZnO、CuO和玻璃料Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2(BBZS),系统的烧结温度降至900℃.研究了玻璃料的添加量对介电性能的影响.按BaSm2Ti4O12+1wt;ZnO+1wt;CuO+xwt;BBZS(0相似文献   

Ce3+∶GdLu2Al5O12/Al2O3共晶微结构及其发光性能

稀土共晶闪烁体是通过定向凝固晶体生长技术,将具有不同折射率的两相制备成具有射线探测功能的共晶材料,其中含有激活离子的闪烁体相的折射率高于基质相。在高能射线辐照下,闪烁体相将入射高能射线转换成荧光,然后,荧光在闪烁体相和基底相的界面以全反射的形式实现定向输出,从而有效提高辐射探测成像的空间分辨率。本工作采用微下降法成功生长得到φ3 mm×117.0 mm 的1.0%(原子数分数)Ce∶GdLu₂Al₅O₁₂/Al₂O₃闪烁共晶样品。通过切割抛光加工得到φ3 mm×2.0 mm的共晶薄片,并将该共晶薄片进行微观结构、能谱分析和荧光性能等表征和测试,结果表明所得到的共晶样品由Ce∶GdLuAG和Al₂O₃两晶相构成,微观结构呈现出“中国结”结构,并在生长方向呈现出一定的有序排列。荧光光谱测试表明该共晶材料存在Gd³⁺-Ce³⁺间的能量传递,具有典型的Ce³⁺辐射跃迁,其中双宽峰发射峰最强位于560 nm。此外,根据生长速率对共晶样品发射峰强、峰位以及荧光寿命影响,优化出最佳下拉生长速率为4.0 mm/min。     

Al2O3/Y2O3复合助剂对碳化硅蜂窝陶瓷烧结性能的影响研究

以碳化硅为主要原料,以羟丙基甲基纤维素(HPMC)为粘结剂,以Al2O3和Y2O3作为复合烧结助剂,采用挤出成型工艺制备出碳化硅多孔蜂窝陶瓷.探究了复合助剂Al2O3/Y2O3的加入量对蜂窝陶瓷物相组成和微观形貌的影响;研究了烧结温度对碳化硅陶瓷物相、微观形貌以及孔隙率、线收缩率、体积密度、抗压强度的影响规律.结果表明:Al2O3/Y2O3复合助剂的加入量增大和烧结温度的提高,陶瓷液相量增多;在钇铝石榴石(YAG)的共晶点1760 ℃附近,更易于析出结晶形成YAG相.烧结温度升高,陶瓷收缩率增大;体积密度和抗压强随烧结温度变化规律接近;体积密度和抗压强度在1750℃达到最大值分别为1.8 g/cm3和14.09 MPa.     

亚铁离子的引入对Bi2Fe4O9纳米颗粒光催化性能的影响

本文通过在水热法过程中添加不同含量的FeCl₂合成了一系列Bi₂Fe₄O₉纯相纳米晶,成功地在Bi₂Fe₄O₉中引入了更多低价态的铁离子。紫外可见吸收谱数据证明FeCl₂的加入使得Bi₂Fe₄O₉的光学带隙从2.06 eV降低到1.96 eV。扫描电子显微镜照片和X射线衍射图谱均证明本文合成的样品为纯相正方形片状Bi₂Fe₄O₉纳米晶。在500 W汞灯照射下,对合成的三个Bi₂Fe₄O₉纳米晶样品(S1、S2、S3,分别对应不同FeCl₂含量x=0,0.2 mmol,0.4 mmol)进行甲基橙染料降解实验,结果表明在添加20 μL双氧水时,三个样品的光催化降解速率均最快,其中S3样品的光催化降解速率比S1、S2更快。因此在适当加入双氧水的情况下,FeCl₂的加入可有效提升Bi₂Fe₄O₉光催化降解染料分子的性能。     

微波加热制备含稀土(La2O3)矿渣微晶玻璃研究

利用矿渣制备微晶玻璃是提高矿产资源利用率的主要形式之一。本文以白云鄂博尾矿为原料,采用微波一步法制备了CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(CMAS)系辉石相矿渣微晶玻璃。选择835 ℃作为晶化温度,研究了微波加热对微晶玻璃析晶行为和微观组织的影响。以La₂O₃作为研究变量探讨了La₂O₃添加对矿渣微晶玻璃析晶行为的作用。与传统的热处理制度相比,微波加热可以在较短的时间内达到较高的析晶效果。同时La₂O₃的添加促进了晶粒细化。由拉曼光谱分析,La离子添加会导致玻璃网络中桥氧的增多,促进了辉石相析晶。在La的添加量为4%(质量分数)时硬度最高,达到了829.22 MPa。     

TiO2/Ni3[Ge2O5](OH)4复合材料的制备及光催化性能

以Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄为载体,氟钛酸铵为原料,采用水热辅助液相沉积法制备了纳米TiO₂/ Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析(RM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨透射电镜(HTEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对样品的物相组成、结构特性及微观形貌做了检测分析,并且探究了不同二氧化钛负载量对纳米TiO₂/Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄复合材料光降解亚甲基蓝能力的影响规律。结果表明,实验实现了纳米TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的紧密复合与有效分散,TiO₂为锐钛矿型结构,平均粒径20 nm。该复合材料能够有效抑制光生载流子的复合,改善材料的吸附性能,提高材料的光催化效率。当复合材料中TiO₂与Ni₃[Ge₂O₅](OH)₄的摩尔比为3.1∶1时,材料对亚甲基蓝的光催化效率最高,90 min亚甲基蓝的光降解率为99.81％。     

Y2O3陶瓷凝胶注模成型工艺研究

采用凝胶注模成型工艺制备了Y2O3陶瓷部件,研究了分散剂加入量、pH值和固相含量对浆料粘度影响,单体、交联剂、引发剂、催化剂和温度对凝胶反应时间的影响,以及烧结后陶瓷制品的线收缩率.结果表明最佳工艺参数为:分散剂聚丙烯酸铵加入量为0.8vol;,pH值为9,固相含量为65vol;,浆料的粘度为1.07 Pa·s;单体丙烯酰胺为3.5wt;,交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为0.35wt;,引发剂5wt;过硫酸铵溶液为0.9vol;,催化剂N,N,N',N'-四甲基乙二胺为0.2vol;,反应温度为50℃,凝胶反应时间为25 min.在2000℃温度下烧结后,陶瓷制品的最小线收缩率为3.0;.     

Y2O3-Al2O3含量对Si3N4陶瓷相组成、致密化、显微结构和力学性能的影响

以α-Si3N4粉为原料,通过添加不同含量的Y2O3-Al2O3烧结助剂(6wt;、8wt;和10wt;),在1800℃下采用热压烧结制备了Si3 N4陶瓷,研究了Y2 O3-Al2 O3含量对Si3 N4陶瓷的物相、致密度、显微结构与力学性能的影响,结果表明:添加6wt;的Y2 O3-Al2 O3助剂即可获得高致密的Si3 N4陶瓷,继续增加助剂含量对Si3 N4陶瓷的致密度影响不大,但是显著影响 α-Si3 N4相和β-Si3 N4相的含量,较高的Y2 O3-Al2 O3助剂含量有利于α-Si3 N4转化为β-Si3 N4.不依赖于Y2 O3-Al2 O3助剂含量,Si3 N4陶瓷均包含细小的等轴晶粒和大尺寸的棒状晶粒,呈现双峰结构,但是Y2 O3-Al2 O3助剂含量增加到10wt;时,可以显著增加棒状晶粒的数量,形成更显著的双峰结构.基于当前研究,发现加入低含量的Y2O3-Al2O3助剂(6wt;),可以获得高硬度高强度的Si3N4陶瓷,而引入高含量的Y2O3-Al2O3助剂(10wt;),则可以获得高韧性高强度的Si3N4陶瓷.