Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的制备及切削性能研究

以TiC0.5N0.5粉为导电第二相,利用热压烧结制备了Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷.研究了不同含量TiC0.5N0.5对Si3N4陶瓷相组成、致密度、显微结构、力学性能、导电性能、切削性能及磨损机理的影响.结果表明:高温下TiC0.5N0.5与Si3N4具有良好稳定性,烧结后获得致密的Si3 N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷;导电第二相的增加可以明显改善氮化硅陶瓷的电学性能,并且有助于提高Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的硬度和断裂韧性,但不利于Si3 N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷的抗弯强度;当含量超过25vol;时,硬度增幅变缓,断裂韧性下降;在高速切削过程中,随着切削时间增加,后刀面磨损增大,刀具切削温度增加;STCN20切削性能最好,当TiC0.5N0.5含量超过20vol;时会加剧刀具的磨损;Si3N4-TiC0.5N0.5复相陶瓷刀具的磨损机制主要是机械摩擦导致的磨粒磨损,并伴随少量的粘结磨损.     

原位合成ZrO2/TiB2复相陶瓷材料的制备及性能

以3Y-ZrO2为基体,用TiC和B4C为原料反应生成TiB2,原位合成了ZrO2/TiB2复相陶瓷材料,测试和分析了复合材料的抗弯强度、维氏显微硬度和断裂韧性。结果表明:原位生成的TiB2对基体起到较好的增韧补强作用。当TiB2的质量分数为30%时,复合陶瓷的综合力学性能最好,其抗弯强度、维氏显微硬度及断裂韧性分别达到1060 MPa、14.5 GPa和11.2 MPa.m1/2。     

Si对热压烧结B4C陶瓷材料显微结构与性能的影响

采用Si作为烧结助剂,利用热压烧结技术烧结制备了SiB6-B4C陶瓷复合材料.采用热力学计算、XRD物相分析,结合SEM图片,探讨了Si-B4C陶瓷的烧结过程和机理.结果表明:Si有助于促进B4C陶瓷的致密化烧结,原位生成的SiB6有助于B4C陶瓷机械性能的提高;Si的最佳加入量为10wt;;预烧处理对Si-B4C陶瓷烧结有利,1000 ～ 1400℃预烧8h后制备的B4C陶瓷弯曲强度447.3 MPa,断裂韧性4.42 MPa· m1/2,HRA硬度为94.     

低压铸造升液管用Si3N4/SiC复相非致密陶瓷材料显微结构和力学性能

以低压铸造用升液管为研究目的,磨切单晶硅废料Si粉和SiC为原料,Y2O3-Al2O3-Fe2O3为复合烧结助剂,反应烧结法制备Si3N4/SiC复相陶瓷.研究了Y2O3含量对复合材料结构和力学性能的影响,采用XRD、SEM对复合材料的相组成、微观形貌进行分析.结果表明,反应烧结后试样生成Si3N4结合SiC晶粒为主相的烧结体,并含有少量Sialon晶须及未反应的Si.Y2O3含量对复相陶瓷力学性能影响很大,在分析稀土Y2O3作用机理的基础上,得到2.5wt; Y2O3优化试样的力学性能优良,相对密度达到88;,维氏硬度达到1.1 GPa,常温抗弯强度50 MPa.     

c-BN对于SPS烧结Si3N4/BN复相陶瓷结构和性能的影响

本研究通过引入立方氮化硼(c-BN),采用放电等离子烧结(SPS)制备Si3N4/BN复合材料,研究了c-BN在高温下的相变对Si3N4/BN复合材料烧结、结构和力学性能的影响.结果 表明:在高温下c-BN发生物相转变原位生成的h-BN能够均匀分散在Si3N4基体中,对于Si3N4/BN复合材料的烧结有明显的促进作用,同时对于Si3N4物相转变和晶粒生长的抑制作用小于直接引入到基体中的h-BN.对材料力学性能的分析显示:相较于直接引入h-BN,添加c-BN的复合材料硬度有轻微地下降,而抗弯强度和断裂韧性同时有了明显地提升.     

热压烧结制备AlN/BN复相陶瓷及其性能研究

以氮化铝(AlN)粉和高活性六方氮化硼(h-BN)粉为原料,不添加烧结助剂,采用热压烧结法制备了AlN/BN(20vol;)复相陶瓷.研究了烧结温度(1750～1900℃)对复相陶瓷相对密度、物相组成、显微结构、力学性能、热导率及介电性能的影响.结果表明,在1850℃以上可以制备出相对密度大于98.6;的致密AlN/BN复相陶瓷.试样显微结构均匀,晶粒细小,晶界干净,无明显杂质相,h-BN未形成明显的卡片房式结构.随着烧结温度的提高,试样的相对密度、力学性能、热导率及介电性能(1 MHz)均显著提高.1900℃烧结的试样性能最优,相对密度99.3;,抗弯强度482±42 MPa、断裂韧性4.4±0.4 MPa·m1/2、维氏硬度8.56±0.33GPa、热导率47.2 W·m-1·K-1、介电常数7.64,介电损耗4.62×10-4.     

AlO3-Re2O3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si3N4陶瓷显微结构与力学性能的影响

研究了二元助剂Al2O3-Re2O3(Re=La,Nd,Y,Lu)对无压烧结Si3N4陶瓷的相对密度、显微结构及力学性能的影响.结果表明:经1800℃无压烧结后,Si3N4陶瓷试样的相对密度均达到97;以上;以Al2O3-Lu2O3为烧结助剂的Si3N4陶瓷试样具有最高的维氏硬度和抗弯强度,分别为15.2±0.18 GPa和920±5 MPa.     

冰模板法制备反应结合多孔Si3N4/SiC复相陶瓷

以微米级SiC和Si粉为原料,采用冰模板法和氮化反应烧结法制备了孔道中修饰α-Si3N4、Si2N2O纳米线的β-Si3N4结合多孔SiC复相陶瓷.研究了反应烧结温度、SiC/Si比和固相含量对多孔陶瓷的物相结构、形貌、孔分布和压缩强度的影响.结果表明:多孔陶瓷具有层状定向通孔结构,孔隙率介于50; ～ 70;之间,孔径分布呈现双峰分布特点;当烧结温度达到1350℃以上时,在层状孔道中交织形成α-Si3N4和Si2N2O纳米线的网络结构.反应温度超过1450℃时,通过液态Si的氮化反应原位形成β-Si3N4结合相将SiC颗粒粘结起来;当浆料中Si含量由16wt;增加至33wt;时,多孔陶瓷的开气孔率从69.78;降至62.64;,而压缩强度由2.2 MPa提高到8.73 MPa;随着浆料固相体积含量从25;增加到45;,多孔陶瓷的气孔率从71.81;降至54.85;,同时压缩强度从4.99 MPa提高到24.16 MPa.     

热压烧结制备羟基磷灰石/透辉石陶瓷复合材料

采用热压烧结方法制备了羟基磷灰石/透辉石复相陶瓷材料,分析了羟基磷灰石基体与透辉石之间的界面结合、扩展及渗透过程,测试了复合材料的断裂韧性、硬度、抗弯强度与添加剂含量的对应关系,并对复相陶瓷材料的微观结构与力学性能进行了研究.结果表明:在1320℃,28MPa条件下热压烧结制备的复相陶瓷材料,其抗弯强度、断裂韧性均有明显提高,抗弯强度达到90MPa,断裂韧性达到1.07MPa·m1/2.     

Si3N4-TiC和Si3N4-TiN复相导电陶瓷的制备及电加工性能研究

以TiC和TiN粉为导电相,利用热压烧结制备了Si3N4-TiC和Si3N4-TiN复相导电陶瓷.比较了TiC和TiN对Si3N4陶瓷相组成、致密度、显微结构、力学性能、导电性能及电火花加工性能的影响.结果表明:高温下TiN与Si3N4具有良好稳定性,烧结后获得Si3N4-TiN复相导电陶瓷,然而高温下TiC却与Si3N4反应形成了TiC0.5N0.5和SiC,烧结后获得Si3 N4-TiC0.5N0.5-SiC复相导电陶瓷.虽然TiN和TiC的引入对Si3N4的硬度和断裂韧性的影响没有明显差别,然而TiC的引入可以更好的改善Si3N4的致密化、导电性能及电火花加工性能;与以TiN为导电相所制备的Si3N4基导电陶瓷相比,以TiC为导电相所制备的Si3N4基复相导电陶瓷电火花加工后表面的粗糙度值和材料去除率更低.     

反应温度和添加剂含量对微波合成碳化硼微观形貌的影响

微波烧结由于具有高效、快速、绿色等特点越来越受到人们的关注.本文以天然煤粉(C)和硼酸(H3BO3)为原料,在无气氛保护条件下,利用2.45 GHz的TE666单频微波烧结炉,快速碳热还原反应法制备出纳米碳化硼(B4C)粉体.结果发现:当煤粉(C)和硼酸(H3BO3)质量比为3∶1,微波烧结温度为1400~1800 ℃,保温时间为5 min,即可制备出结晶良好的碳化硼(B4C)晶体,调整相关工艺参数可以控制B4C晶体的形貌,如直径为50~150 nm的球形颗粒或碳化硼片状结构,通过改变Na2CO3添加剂含量(3wt;~9wt;),可得到不同尺寸的碳化硼纳米片(边长为200~800 nm),获得传统电阻烧结条件下无法得到的碳化硼(B4C)晶体.     

力学性能对B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性的影响

采用压痕断裂力学研究了B4C/TiB2基陶瓷喷嘴(B4C/TiB2/Mo和B4C/TiB2/Al2O3)力学性能对抗冲蚀特性的影响,从力学的角度分析了采用SiC磨料和Al2O3磨料时,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴抗冲蚀特性产生显著差异的原因.结果表明,B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的体积冲蚀磨损率随lnH和lnKIC增加呈线性降低;ln(Hp/H)＝1.1是B4C/TiB2基陶瓷喷嘴软硬颗粒磨损的分界线.当使用SiC作为磨料时冲蚀磨损较为严重,因为ln(Hp/H)>1.1,即SiC对于B4C/TiB2基陶瓷喷嘴的冲蚀磨损为硬颗粒磨损;而Al2O3磨料造成冲蚀磨损较轻,因为ln(Hp/H)<1.1,此时的磨损属于软颗粒磨损.     

不同填充溶剂对CaTi2O4(OH)2形貌及其光催化性能的影响

利用水热法通过改变填充溶剂的种类制备了不同形貌的CaTi2 O4(OH)2粉体.采用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对粉体的相结构和微观形貌进行了分析,并结合粉体在紫外-可见吸收光下对罗丹明B的吸附率及光降解率进行了表征.研究了不同填充溶剂对CaTi2 O4 (OH)2的相结构、微观形貌、能带宽度以及光催化性能的影响.结果表明:乙醇和乙二醇作为填充溶剂时会抑制晶体的生长和发育,可获得纳米线状或团状CaTi2 O4 (OH)2粉体,对罗丹明B表现出较佳的吸附特性;无填充溶剂以及以水和环己烷分别作为填充溶剂可获得具有片状结构的CaTi2O4(OH)2粉体.填充环己烷能够促进CaTi2O4(OH)2相的生长和发育,结晶度最高达到了78.04;,在紫外可见光3h下对罗丹明B降解率达到91.6;.     

C3N4-CaTi2O4(OH)2复合粉体的溶剂热制备及光催化性能

利用无水氯化钙-钛酸四正丁酯-无水乙醇体系,通过加入一定摩尔配比的C3N4粉体用溶剂热法制备了C3N4-CaTi2O4(OH)2复合材料粉体.利用X射线衍射(XRD),比表面积(BET)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的显微结构进行检测分析,并利用紫外-可见吸收光度计分析了样品对光的吸收特性,研究不同摩尔配比的C3N4粉体复合量对CaTi2O4(OH)2样品的物相结构、微观形貌以及其光催化性能的影响,并考察了不同光源对所制备样品性能的影响.实验结果表明:C3N4粉体的引入显著提高了CaTi2O4(OH)2样品的光催化活性,且当CaTi2O4(OH)2:C3N4物质的量之比为1:0.75时,复合样品的光催化降解率在250nm光源照射下K可达到最大值0.02338min-1.     

助熔剂法生长非线性光学晶体Cd3Zn3B4O12及其性质研究

本文以PbO-0.25B2O3为助熔剂,利用顶部籽晶法获得了较大块的Cd3Zn3B4O12单晶.透过率测试结果显示该晶体的紫外截止波长位于310 nm处.利用Kurtz-Perry的方法对晶体的倍频效应进行了测试,结果显示该晶体的粉末倍频效应约为KDP的5倍,且能实现相位匹配.晶体的光损伤阈值约为840 MW(1064 nm,10 ns).该晶体的热分析结果显示Cd3Zn3B4O12晶体在熔点温度以上会产生分解,这也是阻碍高质量大块Cd3Zn3B4O12晶体生长最主要的因素.     

纤锌矿和岩盐结构ZnO的相变、弹性性质和电子结构研究

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势(USP)方法,结合广义梯度近似(GGA)计算了岩盐结构(B1)和纤锌矿结构(B4)ZnO的相变、弹性性质,并分析了B1和B4相ZnO在相变点处的电子结构特征.计算结果表明:ZnO在12.72 GPa时发生了由B4相向B1相的转变.B1和B4相ZnO的体弹性模量分别为171.5 GPa和132.8 GPa.能带结构的结果表明B1相是间接带隙半导体,带隙值为1.404 eV,而B4相是直接带隙半导体,带隙值为1.107 eV.     

草酸根作用下Co3O4八面体的控制合成

在草酸根的作用下,采用水热法合成了暴露八个(111)晶面的Co3 O4八面体.采用XRD、SEM、TEM和HRTEM等手段对产物进行了表征和分析,结果表明该Co3 O4八面体呈立方晶相且具有很高的结晶性.详细研究了反应时间、反应温度、草酸根浓度等反应条件对Co3 O4形貌的影响.研究表明草酸根可选择吸附在Co3 O4的(111)晶面,通过其较大的空间位阻限制(111)晶面的生长,从而使该晶面得以最终暴露.由于(111)晶面具有较高的能量,该Co3 O4八面体具有良好的高氯酸铵(AP)催化热分解性能.     

水热反应温度对CaTi2O4(OH)2粉体微观形貌与紫外光催化性能的影响

以钛酸正丁酯和无水氯化钙为原料,采用水热法制备了不同紫外光催化特性的CaTi2O4(OH)2粉体.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相结构和微观形貌进行了分析,并结合粉体的紫外-可见吸收分光光谱表征了材料的吸收特性及带隙宽度.研究了不同水热反应温度对CaTi2O4(OH)2物相结构、微观形貌、晶体生长特性及紫外光催化性能的影响.结果表明:水热反应温度控制在160~200 ℃时,保温36 h都能得到纯的CaTi2O4(OH)2相,粉体的形貌随着水热反应温度的提高经历了由片状和颗粒垛堆到发育成完整的片状形貌过程,当水热反应温度在200 ℃时,片与片之间出现积聚现象;在水热反应温度为180 ℃时,制备的粉体具有最高的结晶度,在紫外光5 h下对罗丹明B的催化效率最佳.     

热丝辅助射频CVD C3N4薄膜

采用热丝辅助射频等离子体增强化学气相沉积(CVD)方法直接在Si(100)衬底上制备了多晶C3N4薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明薄膜同时含有α-C3N4和β-C3N4晶相以及未知结构.傅立叶变换红外吸收谱(FTIR)表明薄膜内的C-N, C＝N和 C≡N 键的吸收峰分别位于1237,1625和2191cm-1.利用扫描电子显微镜(SEM)观测到线度约为2μm、横截面为六边形的β-C3N4晶粒.纳米压痕法测得薄膜的硬度最高可达72.66GPa.     

BiVO4/SiO2复合材料的制备及光学性能

以Bi(NO3)3 、NH4VO3 和Na2SiO3为原料,采用沉淀法制备了BiVO4/SiO2复合材料.利用扫描电镜(SEM)、X 射线衍射(XRD)及紫外-可见光吸收测试(UV-vis)对样品的晶相组成、微观结构和紫外-可见光吸收特性进行了表征.紫外-可见光吸收光谱分析表明:BiVO4/SiO2复合材料具有较宽的紫外-可见光吸收范围,计算其光学带隙为2.39 eV.光催化降价亚甲基蓝性能测试表明:BiVO4包覆SiO2能有效提高其催化性能.