α-sialon陶瓷材料的微结构控制及其力学性能优化

从影响α-sialon材料自韧化的关键因素出发,研究了Y,Yb,Nd等不同稀土类添加物、烧结工艺和后续热处理对α-sialon显微组织与力学性能的影响.结果表明:控制其反应动力学是获得自韧化α-sialon的关键.烧结工艺及后续热处理对α-sialon棒晶生长的促进作用依赖于其成分及掺杂的稀土氧化物类型.Y-α-sialon在1300～1700 ℃长时间低温退火,未发生α相向β-sialon相转变,但1500 ℃长时间退火将导致α-sialon的晶粒形貌由棒状向等轴状转变,引起材料的脆化.     

添加YAG的气压烧结α/β-sialon复相材料

对比研究了YAG替代Y2O3和Al2O3作为添加剂的α/β-sialon致密化行为，各组成相的发展过程和陶瓷力学性能，在1700～1900℃热处理过程中，由于YAG较高的化学稳定性，使添加YAG的α/β-sialon系统中α-sialon的生成较缓慢，这种系统中形成较多过渡液相及氮化物原子在液相中的过饱和，同时由于限制生长的α-sialon晶粒少及选择了含有适量大小及分布的β-Si3N4晶核的原料，使陶瓷中形成含量丰富的长柱状β相Si3N4晶粒，提高了陶瓷的断裂韧性及抗弯强度，随着高温保湿时间增加，添加YAG的α/β-sialon系统趋于达到与添加等量Y2O3,Al2O3系统同样的相平衡，含有相同的α-sialon相，因而保持了材料的高硬度性能。     

复合掺杂(Ca+Nd)α-sialon的研究

用热压制备了原始组成为(Ca,Nd)xSi12-3nAl3nOnN16-n(x=1.0)[其中x=2n/v,v为(Ca+Nd)的价态],不同Ca∶Nd置换比例的复合掺杂(Ca+Nd)α-sialon.藉助XRD和SEM研究了相形成规律和显微结构.结果表明:复合掺杂系统的致密化优于单一掺杂Nd α-sialon; 其在1 750 ℃热压后的相组成包括α-sialon、黄长石固溶体和AlN多型体.随设计组成中Ca/Nd摩尔比的增加,α-sialon含量升高,α-sialon晶胞也变大.材料的显微结构中同时存在等轴状和长颗粒的α-sialon晶粒形貌.EDS分析结果表明:Ca大多进入α-sialon 晶格,而Nd主要构成晶界相.     

稀土掺杂对还原烧结钛酸钡陶瓷微结构和电性能的影响

采用固相工艺制备BaTiO3-R2O3-MgO-MnO2(R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd,Dy,Ho,Y,Er,Yb)系陶瓷,全面研究了稀土掺杂对还原烧结钛酸钡(BaTiO3)陶瓷微结构和电性能的影响.扫描电镜分析结果显示:小离子半径稀土比大离子半径稀土更有效地改善微观结构,并且随着稀土离子半径的减小,其晶粒抑制作用更加显著.实验发现:大半径稀土掺杂可生成化学均匀性晶粒,得到介电常数-温度(ε-T)单峰曲线,并导致Curie点下降;小半径稀土掺杂可生成壳-芯结构晶粒,获得ε-T双峰曲线,晶粒壳的体积相对膨胀,对晶粒芯产生的张应力作用促使Curie点上升,其平坦的电容变化率-温度(△C/C-T)特性满足X8R.随着稀土离子半径的增大,该体系的绝缘电阻率总体呈降低趋势,归因于稀土元素在BaTiO3中取代位及补偿方式的不同.     

稀土氧化物RE2O3(RE=La,Ce,Gd,Yb)掺杂氧化钇稳定氧化锆气凝胶相稳定性与晶粒生长分析

本文采用超临界干燥技术与溶胶-凝胶法制备了无裂纹、块状RE2 O3(RE=La,Ce,Gd,Yb)掺杂Y2 O3稳定ZrO2(RE-YSZ)气凝胶.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积分析仪等工具研究了RE-YSZ气凝胶的相稳定性和晶体生长行为.结果表明,具有较大阳离子半径稀土元素的掺杂可阻碍热处理过程中的原子扩散,因此所得的YSZ气凝胶具有较高的热稳定性、较小的晶粒尺寸和较大的比表面积.     

Yb掺杂对Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3陶瓷微观形貌及介电性能的影响

采用溶胶-凝胶一步法制备了Yb掺杂锆钛酸钡基陶瓷,陶瓷样品的容温变化率均符合Y5V标准,通过XRD、SEM等分析检测手段对陶瓷样品进行表征。探讨了Yb掺杂量对锆钛酸钡基陶瓷微观形貌、介电常数、容温变化率及介电损耗的影响。研究表明:随着Yb掺杂量的增大,陶瓷的晶粒尺寸有增大趋势,室温介电常数呈现出先增大后减小的变化趋势;当Yb掺杂量为0.06mol%时,陶瓷的晶粒尺寸较小,陶瓷较为致密,其室温介电常数达到最大值18221,介电损耗较小为0.0061。     

掺杂La2O3对刚玉基复相陶瓷的烧结和力学性能的影响

刚玉基复相陶瓷材料具有高硬度、高强度及耐磨性等优异的力学性能,是结构陶瓷领域研究的热点之一,具有广阔的应用前景.以α-Al2O3、SiC和ZrO2为原料,掺杂少量稀土氧化物La2O3,采用无压埋烧工艺,制备了稀土掺杂刚玉基复相陶瓷.通过XRD、SEM等手段研究La2O3添加量对复相陶瓷微观结构和性能的影响.结果表明:掺杂La2O3可将复相陶瓷的烧结温度降低至1540℃,经1540℃烧结的掺杂复相陶瓷强度和硬度分别为183 MPa和18.46 GPa.La2O3位于晶界处抑制晶粒长大,促进晶粒细化,利于样品的致密化,同时其晶界强化作用有利于复相陶瓷强度的提高.     

稀土掺杂比例对上转换发光粉的性能影响

采用水热法制备不同反应条件下GdF₃∶Er³⁺,Yb³⁺上转换发光粉。通过XRD、SEM和上转换发射光谱对样品进行了表征。XRD研究结果表明：不同掺杂比例的稀土离子在同等条件下对GdF₃晶相发育、晶粒尺寸有较大影响。SEM研究结果说明：同等反应条件下改变掺杂离子比例对晶体粒径尺寸有一定影响。上转换发射光谱结果表明：稀土离子掺杂比例不同，红光与绿光强度比相反，发光强度受到较大影响。     

α′和α′-β′sialon的生成机理

近年来,由于α′-sialon的高硬度和良好的抗热震性,使α′和α′-β′复相sialon陶瓷的研究引人注目。对α′-sialon平面相关系的测定已经表明:α′-sialon的单相区起始于纯氮化物一端向氧化铝方向延伸,在α′-simon和β′-sialon之间存有一个α′-β′两相区。这个两相区提供了制备两相陶瓷的可能性。由于α′和β′组成的差别甚微,因此在烧成过程中,当加有适当的添加剂时,α′和β′之间的相变很容易发生。故在制备α′-sialon划α′-β′-sialon陶瓷时,控制相变极为重要,为此有必要了解它们的反应机理。 本文描述了在不同烧成环境下α′和α′-β′-sialon的反应机理,所采用的组成是含Y的α′-sialon,并分别添加和不加La_2O_3作为助烧结剂。本文还着重研究了烧成环境对α′和β′相互转变的影响,以及La_2O_3对致密化和α′-sialon形成的作用。     

气化炉渣合成Ca-α-Sialon-SiC复相陶瓷

利用X射线荧光分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等研究了Texaco气化炉炉渣的化学组成、物相组成和显微结构。以气化炉渣为原料,分别在1 350,1 400,1 450℃和1 500℃4种氮化温度下碳热还原氮化,利用物相确定和显微结构分析等研究了氮化温度对反应的影响。以1 450℃氮化产物为原料,热压制备了Ca-α-sialon–SiC复相陶瓷,并对此材料的力学性能进行了检测。结果表明:(1)Texaco气化炉炉渣主要化学成分为SiO2,Al2O3,CaO和残余碳,其中大多为玻璃相和无定形物质;(2)低温氮化产物主晶相为β-sialon和Ca-α-sialon,高温氮化产物主晶相为Ca-α-sialon和SiC,提高氮化温度更有利于CaO固溶于sialon形成Ca-α-sialon,在1 450℃碳热还原氮化可合成主要成分为Ca-α-sialon和SiC的复相粉体;(3)随着热压温度的升高,Ca-α-sialon-SiC复相陶瓷致密化程度增加,硬度和断裂韧性均有提高,添加剂对材料的力学性能影响较大,添加3%(质量分数,下同)Y2O3+2%MgO,1 650℃热压制备的复相陶瓷的Vickers硬度可达18 G...