氧化锆凝胶注模工艺研究

采用凝胶注模成型超细粒度氧化锆陶瓷。使用小分子型分散剂PBTCA(2-磷酸丁烷1,2,4-三羧酸)制备高固相、低粘度浆料。探讨了分散剂含量、单体与交联剂的比例及引发剂的含量对生坯及氧化锆陶瓷性能的影响。结果表明:当固相含量为50vol%,分散剂加入量为0.2wt%,浆料的粘度为0.86 Pa·s。且当单体和交联剂的比例为15∶1、引发剂的加入量为2.5wt%时,生坯抗弯强度为29.56 MPa;经1520℃烧结后,氧化锆陶瓷体积密度和抗弯强度分别达到5.96 g/cm~3和828.46 MPa。通过SEM进行断面观察,其结构均匀致密。     

混料方法对注凝成型超细氧化锆陶瓷的影响

对比了搅拌、滚磨、行星球磨三种混料方法的分散效果,研究了行星球磨工艺对注凝成型超细氧化锆陶瓷(D50=0.19 μm)浆料流变性以及对生坯和陶瓷性能的影响,分析了"过磨"浆料粘度增加的原因.结果表明:行星球磨制备的浆料粘度更低,在200 r/ min球磨4 h,同相量为50 vol%的浆料起始粘度仪为0.289 Pa·s;颗粒变细是"过磨"浆料粘度增加的主要原因,可通过加入少量分散剂来降低浆料的粘度;适当延长球磨时间,生坯及陶瓷性能均有所提高,球磨12 h制备的陶瓷平均强度达960 MPa,韧性高达17.3 MPa·m1/2.     

聚乙二醇用于注凝成型ZrO2坯体干燥研究

研究了注凝成型ZrO2坯体在聚乙二醇(PEG)溶液中的干燥过程,结果证明,随着PEG溶液浓度的增加,坯体脱水速度加快,平衡时残余水分降低;坯体固相含量越低,在PEG溶液中的脱水速度越快,干燥时间越短;随坯体尺寸增加,脱水速度降低,平衡时残余水分增高;注凝成型ZrO2坯体先在PEG溶液中脱水至平衡状态,再放置到空气中干燥,可以避免变形、开裂等缺陷的产生。     

注凝成型莫来石增强磷酸铬铝复相陶瓷浆料的流变性及坯体性能研究

本文研究单体用量、分散剂用量、p H值以及球磨时间对莫来石增强磷酸铬铝复相陶瓷注凝成型浆料流变性能的影响,研究了注凝成型的烧结样品的性能和显微结构。结果表明,当p H值为9,分散剂用量为固相质量分数的0.48%,球磨时间为8 h,单体浓度为14wt%,可制备出固相含量为53vol%,粘度最低的莫来石增强磷酸铬铝复相陶瓷的注凝浆料。利用SEM、万能力学测试仪、显微硬度计、E5071C矢量网络分析仪等测试手段对该材料进行表征。通过制品的性能参数和显微结构的比较,注凝成型制备的莫来石增强磷酸铬铝复相陶瓷的性能均优于干压成型制备的该陶瓷材料性能。     

凝胶注模成型液体干燥模型研究

本文通过对固相量为54%和58%的坯体在浓度为10%、20%、30%的聚乙二醇(PEGl0000)液体干燥剂中的干燥实验,建立了注凝成型湿坯液体干燥过程的一维动力学模型,以此模型对坯体含水量与干燥时间之间的定量关系进行描述,得到了较好的拟合效果.     

高性能氮化硅陶瓷凝胶注模成型的研究

凝胶注模成型工艺的关键在于制备低粘度高固相体积含量的陶瓷浆料。本文以四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液为分散剂制备氮化硅陶瓷浆料,研究了pH值、分散剂含量、助烧剂含量以及固相体积含量对氮化硅浆料流变性的影响;测定了凝胶注模成型素坯以及烧结体的力学性能。研究结果表明:当pH=10.5,分散剂加入量为6%(相对于氮化硅固相体积比),助烧剂加入量为10%(质量分数)时,浆料具有最好的流变性。根据以上制备的工艺参数,制备得到固相体积含量大于50%,具有良好流变性的浆料。铸模成型干燥后,素坯的抗弯强度达27 MPa;常压烧结后氮化硅陶瓷具有优异的力学性能,其抗弯强度为730 MPa,断裂韧性高达8.8 MPa.m1/2。     

95氧化铝瓷凝胶注模浆料的制备及氧阻聚的抑制

本文研究95氧化铝瓷凝胶注模成型中浆料的流变性。分析了pH值、分散剂用量、球磨时间对浆料粘度的影响。采用L9(34)正交试验,制备出固相含量为58vol%,粘度为110mPa.s的95氧化铝瓷浆料。针对表面氧阻聚,本文通过表面改性的方法,既不增加坯体内有机物的含量,也不降低坯体的强度,使坯体表面不起皮、不剥落。结果显示:通过坯体性能参数和显微结构的比较,凝胶注模的95氧化铝瓷坯体性能均优于热压铸成型的坯体性能。     

微孔HAp-ZrO2生物复合材料的制备及成孔机制研究

本文主要对微孔型HAp基生物材料的制备工艺及成孔机制进行了初步研究。研究发现 ,经冷压成型、等静压成型后的坯体再用无压烧结可制得孔径不等的微孔型HAp ZrO2 复合材料。在成型压力、烧结温度及保温时间都相同的条件下 ,添加剂与纳米氧化锆含量越高复合材料的强度越低 ,但其最低弯曲强度也达到 2 3MPa,大大高于已报道的多孔型材料。添加剂及纳米ZrO2 的加入量是材料中孔径大小及孔隙率高低的关键因素 ,而成型方式、烧结温度及保温时间等因素对其也有影响。     

Al_2O_3陶瓷坯体的激光加工性能研究

本文系统研究了凝胶注模成型的Al2O3陶瓷坯体在CO2激光作用下的加工性能。陶瓷坯体的激光加工性能受许多工艺参数影响。对固相含量、粉体粒度、水分含量等参数对陶瓷坯体的加工效率的影响进行实验研究。通过调整工艺参数,获得最佳的陶瓷坯体的激光加工工艺参数。     

莰烯为溶剂制备多孔氮化硅陶瓷的研究

以α-氮化硅粉为原料,坎烯为溶剂,氧化钇和氧化铝为烧结助剂,室温下利用冷冻注模法制备出多孔氮化硅陶瓷.研究了固相含量(坎烯含量)、干燥方式及粘结剂对生坯性能的影响,以及对烧结制备出的氮化硅孔隙率、力学性能和微观结构的影响.研究结果表明:固相含量过低会导致升华后坯体强度过低而坍塌,过高则无法获得多孔结构.坯体置于真空环境下干燥能有效加快其升华速度,避免坯体开裂.选用聚苯乙烯(PS)作为粘结剂制备的生坯效果较好.通过烧结制备试样的主晶相为β-Si3 N4相,以莰烯为溶剂获得的氮化硅陶瓷展现出了内部联通的多孔结构,而且是树枝状的坎烯"手臂".烧成后试样的线收缩率随着固相含量的增加而减小,当固相含量由10vol;升高到25vol;时,试样的开气孔率由82.13;降低到62.09;,而密度却由0.5698 g/cm3升高到1.2603 g/cm3,相应的三点弯曲强度由3.933 MPa增加到14.421 MPa,硬度由393.5 kg·mm-2上升至1288.3 kg·mm-2.     

凝胶注模成型Al_2O_3陶瓷的显微结构及力学性能研究

以Al_2O_3粉为原料,TiO_2+MgO为烧结助剂,琼脂糖为单体,聚丙烯酸铵为分散剂,利用凝胶注模及无压烧结工艺制备了Al_2O_3陶瓷。研究了琼脂糖固化机制、烧结助剂作用机理以及琼脂糖含量对Al_2O_3陶瓷坯体及烧结体的显微结构及力学性能的影响规律。试验结果表明,琼脂糖利用内部氢键的结合,形成三维网络状结构,将Al_2O_3粉原位凝固成型。TiO_2+MgO烧结助剂使材料实现了液相烧结机制,有利于降低材料的烧结温度及促进致密化进程。随着琼脂糖含量增加,坯体的致密度、坯体及烧结体的抗弯强度均呈先增大后减小趋势。当琼脂糖含量为0.5wt%时,Al_2O_3陶瓷的抗弯强度达到最大值。     

Yb_2O_3含量对ZTA陶瓷相组成、微观结构及力学性能的影响

采用阿基米德排水法、三点弯曲法、单边切口梁法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)分析手段和设备,研究了不同含量的Yb_2O_3对ZTA的相组成、微观结构及力学性能影响,并对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、微观组织结构及相组成进行了研究。研究结果表明:在不添加Yb_2O_3时,ZTA的断裂韧性、抗弯强度及硬度均为最大值,分别为7.42 MPa·m1/2、623.10 MPa、1919.60 HV。添加Yb_2O_3后,ZTA陶瓷的力学性能及相组成均发生变化,t-ZrO_2相变成c-ZrO_2相,并且出现新的Yb3Al5O_(12)相。力学性能均有所降低,其中断裂韧性与没有添加Yb_2O_3相比,减小了30.7%。     

钼尾矿制备建筑陶瓷及性能研究

以固体废弃物钼尾矿为主要原料,辅以适量的粘土与石英,制备出了建筑陶瓷砖,并研究了不同烧成温度、保温时间对陶瓷砖性能的影响。结果表明,以钼尾矿为主要原料,采用压制成型法,在烧成温度1165℃、保温时间120 min条件下,可制备出抗折强度为46.85 MPa、吸水率为0.43%、体积密度为2.23 g/cm~3的高性能陶瓷砖。以钼尾矿为原料制备建筑陶瓷砖,将固体废弃物转化为一种产品,形成一个闭合的产品生产链,可消耗大量的工业固体废弃物,减少其对环境的污染,具有良好的环保效益。     

TiO_2颗粒原位合成TiB_2对B_4C陶瓷材料组织与力学性能的影响

碳化硼是一种应用广泛且极具潜力的结构陶瓷,具有低密度、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优良性能,但是韧性差、烧结温度高的特性限制了其更为广泛的应用。本文采用原位合成和硅溶渗反应烧结相结合的方式制备TiB_2增强B4C陶瓷材料,再分别对所制备的复合陶瓷材料的力学性能和显微组织进行研究,研究结果表明:原位合成的TiB_2颗粒分布更加均匀,晶粒更加细小且原位合成的TiB_2颗粒主要分布在B4C边界,对B4C陶瓷材料起到增韧补强的作用;当添加量达到8wt%时,弯曲强度出现最大值为269 MPa,断裂韧性最大值为7.73 MPa·m~(1/2),是TiO_2添加量为0wt%的B_4C陶瓷材料的2.46倍。     

还原氧化石墨烯增强碳化硼陶瓷的制备与表征

采用球磨混合、雾化造粒方法制备了氧化石墨烯/碳化硼(GO/B₄C)复合粉体,并将其在2 100 ℃和30 MPa压力下真空热压,得到了还原氧化石墨烯/碳化硼(rGO/B₄C)复合材料,使用扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和X射线衍射(XRD)等表征方法和三点弯曲法以及排水法等测试方法对复合材料进行表面相分析和力学性能表征,研究了GO添加量对rGO/B₄C复合材料的弯曲强度和断裂韧性等力学性能的影响。结果表明,将稳定分散的GO/水悬浮液逐步加入到球磨中的B₄C浆料中,可以得到混合均匀的GO/B₄C复合粉体。在粉末浆料中加入质量分数为1.5%的GO, rGO/B₄C复合材料的弯曲强度和断裂韧性分别为535 MPa和5.2 MPa·m^1/2,分别比B₄C陶瓷提高了72.6%和136%,有利于碳化硼陶瓷在军事防护领域的应用。并从石墨烯拔出、裂纹偏转和桥接等方面解释了rGO/B₄C复合材料的增韧机理。     

耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷的制备及其抗热震性

以煤系高岭土、α-Al_2O_3和部分稳定氧化锆(PSZ,3%mol Y_2O_3)为原料,制备了耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷。采用XRD、SEM等测试技术对样品的物相组成及显微结构进行了表征,研究了PSZ添加量(分别为5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%)对样品物理性能、高温塑性变形及抗热震性的影响。结果表明:由于采用含3%mol Y_2O_3的PSZ,Y_2O_3在高温下起到了烧结助剂的作用,致使样品的烧成温度显著降低;同时随着PSZ添加量的增加,样品的抗折强度增加。经最佳烧成温度烧成的各样品的抗折强度分别达到147.4 MPa、161.3 MPa、205.9 MPa、234.4 MPa、294.0 MPa、385.0 MPa。当PSZ的最佳添加量为10wt%时,样品具有较低的高温塑性变形及良好的抗热震性;当PSZ添加量继续增加,样品在高温易产生液相,抗蠕变及抗热震性降低。SEM显微结构研究表明,随着氧化锆添加量增加,样品结构越致密,增强效果越显著。XRD分析结果表明,复相陶瓷具有良好的耐高温性能,热震前后样品的物相组成不变,均为莫来石、刚玉、m-Zr O_2和t-Zr O_2。     

V_2O_5掺杂对0.6SrTiO_3-0.4LaAlO_3微波介质陶瓷结构与性能的影响

采用固相反应法,研究了V_2O_5添加量与0.6SrTiO_3-0.4LaAlO_3(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V_2O_5的引入未改变陶瓷的晶相组成,主晶相仍为SrTiO_3基固溶体,适量添加V_2O_5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V_2O_5添加量的继续增加,有第二相SrVO_3出现并逐渐增多。当V_2O_5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)/℃。     

自增韧和增强的镁铝尖晶石透明陶瓷

用化学配比n为1.0,1.3,1.5和1.8的MgO·nAl2O3粉体分别制备出了镁铝尖晶石透明陶瓷MA1.0,MA1.3,MA1.5和MA1.8.这些陶瓷是通过真空烧结和热等静压两步烧结方法制得的.由于第二相物质氧化铝晶粒的析出,陶瓷相对密度随着化学配比的增高而降低.然而,与化学配比陶瓷相比,这些非化学配比陶瓷表现出了较高的机械性能,陶瓷断面的扫描电镜照片显示非化学配比陶瓷多为穿晶断裂模式,这种断裂模式对陶瓷的强韧化作出了主要贡献.