用改进的MonteCarlo算法模拟多孔Al2O3陶瓷烧结过程中的晶粒生长

基于经典的晶粒生长机理,采用改进的蒙特卡罗( Monte Carlo)模拟方法,对在不同的烧结温度和保温时间下的晶粒生长演化过程进行计算机模拟,并使用多孔Al2 O3陶瓷烧结实验过程中的晶粒生长对模型进行了验证.结果表明,当晶粒生长指数为2.95时,模拟与实验中的晶粒生长趋势相一致,说明改进的MC方法可真实的反映晶粒长大的物理过程.     

Al2TiO5/Al2O3陶瓷复合材料的晶粒异向生长

通过机械激活法制备了Al2TiO5/Al2O3(nAl2TiO5: nAl2O3=1: 4)的陶瓷复合材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及能谱(EDS)分析了不同的温度制度下Al2TiO5/Al2O3陶瓷复合材料的晶粒生长特性.X射线衍射谱图(XRD)显示烧结样品的主晶相为α-Al2O3和Al2TiO5.SEM和EDS分析显示,较低温度下烧结(1350 ℃)时Al2TiO5晶粒为等轴状.当温度升高到1450 ℃时,Al2TiO5开始异向长大,形成棒状晶粒.随着温度的升高(1500 ℃),棒状Al2TiO5的长径比继续增加.而Al2O3则始终为片状和等轴晶粒,且异向生长的Al2TiO5晶粒填充于Al2O3三角晶界处.研究表明,烧结温度的升高会促进晶体异向生长并增加其体积分数.Al2TiO5会阻碍Al2O3基体颗粒进一步生长,所以当Al2TiO5颗粒平均尺寸随着烧结温度增加而增大,Al2O3基体晶粒生长几乎停滞.     

低温燃烧-烧结法制备多孔Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷

用低温燃烧合成的陶瓷粉体为原料,在1450℃下烧结制备了多孔Al2O3/ZrO2 (3mol; Y2O3)陶瓷,并研究ZrO2的外加量(Omol;、1Omol;、15mol;和20mol;)对多孔陶瓷显气孔率、抗弯强度、孔径分布和显微结构的影响.实验结果表明:与其他试样相比,ZrO2外加量为15mol;的试样的显气孔率和抗弯强度都明显提高,其最可几孔径约为1.1 μm.SEM和EBSD图片显示:外加ZrO2能显著影响多孔陶瓷的显微结构,其中外加15mol; ZrO2的多孔陶瓷中,氧化铝晶粒的平均尺寸较小,颈部较厚,这是其具有较高抗弯强度的主要原因.     

基于多元晶粒生长抑制效应的Al2O3-TiC复相陶瓷的制备与性能研究

基于多元晶粒生长抑制效应,利用热压烧结方法制备了细晶高致密的Al2O3-TiC复相陶瓷.研究发现,仅利用第二相TiC的晶界钉扎效应,即使其含量高达30wt;,也不能有效地抑制Al2O3基体的晶粒生长.在TiC作为第二相的基础上,引入微量MgO和Y2O3,通过TiC晶界钉扎、MgO溶质滞阻和Y2O3晶界偏析等多元晶粒生长抑制作用,Al2O3基体晶粒尺寸从5.12 μm显著减小到1.82 μm,Al2O3-TiC复相陶瓷的断裂韧性从3.99±0.18 MPa·m1/2提高到5.24±0.22 MPa·m1/2.研究结果表明:利用多元晶粒生长抑制效应的协同作用,可显著细化Al2O3基复相陶瓷的显微结构,改善其力学性能.     

Al2O3对辉石质陶瓷烧结性能的影响

以钢渣尾泥为原料制备了辉石质陶瓷,并通过对陶瓷制品物理性能测试和XRF、XRD、SEM分析,研究了Al2O3组分对辉石质陶瓷烧结过程结构演变过程及陶瓷物理性能的影响规律.研究表明,随着烧结温度升高,陶瓷中铝离子首先参与形成钙长石,并随着钙长石晶相消失而进入液相;部分铝离子进一步扩散,使得透辉石相转变为固溶铝离子的普通辉石相.在本实验条件下,氧化铝含量较低的样品具有较高的烧结温度(1210℃)和较高的强度(93.74 MPa).氧化铝含量的增加使陶瓷形成较多的玻璃相和内部微裂纹,从而降低其力学性能.     

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.     

Nd2O3对稻壳合成多孔堇青石陶瓷的影响

用稻壳为硅源和成孔剂,以Nd2O3为添加剂,在1350 ℃烧成了多孔堇青石陶瓷.利用XRD分析了试样在烧结过程中的物相变化,利用SEM观察了烧结试样的显微结构,并测定了烧结试样的抗弯强度、气孔率.结果表明:与未掺Nd2O3的试样相比,掺杂3 wt;Nd2O3后,烧结试样的气孔率无明显变化,但其抗弯强度增加了约4倍,且堇青石的形成温度显著降低.     

区熔法制备Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷

利用感应区熔法制备了Al2O3/MgAl2O4共晶陶瓷.当坩埚壁温为2150℃、行走速度为5 mm/h时,获得了φ10 mm×104 mm表面光滑的圆棒.结果表明共晶陶瓷由Al2O3相和MgAl2O4相组成,分别按照(110)(311)晶面生长;Al2O3相为基体相,MgAl2O4相以非连续的片状均匀地分布在基体相之中.定向凝固共晶陶瓷的密度是理论值的99;;硬度和断裂韧性分别达到18.7 GPa和3.74 MPa·m1/2,约是预烧结体的2倍.气孔和界面非晶相的消失以及以单晶形态存在的Al2O3基体相,有效提高了材料的硬度和断裂韧性.     

Al2O3透明陶瓷烧结动力学分析研究

研究了氢气氛、真空烧结条件下制备的氧化铝透明陶瓷的烧结致密化过程及烧结动力学.结果表明:由Johnson烧结模型计算得到材料在不同烧结条件下的烧结激活能,真空快速烧结下的烧结激活能和晶粒生长激活能显著低于氢气氛条件下的激活能值,且在致密化同时晶粒不断长大,扩散控制机制均为晶界扩散.真空快速烧结条件更有利于材料的烧结致密化,在较低温度短时间烧结得到高致密度材料.     

La2O3对氧化铝/高岭土复合定向多孔陶瓷性能的影响

以微米级α-Al2O3、陶瓷水体分散剂为主要原料,以La2O3-水洗高岭土为烧结助剂,采用冰模板法制备了一种具有高孔隙率和较高抗压强度的氧化铝/高岭土复合定向多孔陶瓷.研究了不同添加量的La2O3对多孔陶瓷的显气孔率、体积密度、抗压强度和微观形貌的影响.结果表明:添加适量的稀土La2O3能降低多孔陶瓷烧结温度、提高体积密度和抗压强度.通过高能机械球磨法添加La2O3,在1350℃烧结制备的多孔材料样品显气孔率为82;,样品的抗压强度达到10 MPa以上.当La2O3加入量达到3;时,可使多孔陶瓷抗压强度提高到15.2 MPa,较不掺加La2O3提高了约53;.     

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.     

磷酸盐结合法制备Al2O3多孔陶瓷及性能

以煅烧α-Al2O3粉为骨料、磷酸二氢铝为高温烧成粘结剂、石蜡为成型助剂,通过模压成型、干燥、烧结等工序制备了氧化铝多孔陶瓷,研究了烧成温度和磷酸二氢铝含量对氧化铝多孔陶瓷微观形貌、物相组成、线收缩率、孔隙率和弯曲强度的影响,探讨了磷酸盐结合法烧结机理.结果表明:氧化铝多孔陶瓷物相由α-Al2 O3和AlPO4构成,在较低温度下,氧化铝颗粒仅依靠AlPO4的粘结作用而形成多孔陶瓷,氧化铝多孔陶瓷线收缩率和弯曲强度随磷酸二氢铝含量的增加而缓慢增大,孔隙率则缓慢降低;随着烧结温度的提高,AlPO4的存在促进了氧化铝颗粒间的液相烧结,线收缩率和弯曲强度随烧结温度的升高而显著增大,孔隙率也明显降低.     

发泡剂含量对YAG多孔陶瓷的性能影响研究

采用共沉淀法合成YAG粉体,经过配料、干压成型和真空烧结制备YAG多孔陶瓷材料,并研究发泡剂含量对YAG多孔陶瓷的性能影响.结果表明:YAG多孔陶瓷随着发泡剂含量逐渐增多,其气孔率逐渐增高,抗压强度逐渐降低.烧结温度升高,气孔率下降,抗压强度升高.保温时间延长,气孔率降低,抗压强度升高,但是YAG多孔陶瓷的性能对于烧结温度和保温时间而言,烧结温度相对更为敏感.综合整个烧结工艺及性价比,YAG多孔陶瓷发泡剂含量为15wt;并在1550℃烧结保温lh较为适宜.     

钛酸锶钡陶瓷晶粒生长动力学研究

采用钛酸四丁酯、硝酸钡和硝酸锶为原料的微波水热法在70℃,10 min的工艺参数下合成钛酸锶钡纳米颗粒;通过对纳米粉体造粒、成型、排胶和烧结等工艺处理制备了钛酸锶钡陶瓷;研究了陶瓷晶粒生长动力学以及烧结温度、烧结时间对陶瓷的影响.采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜分别对粉体的形貌和陶瓷的表面形貌进行分析.研究表明,钛酸锶钡基陶瓷晶粒生长机制可以用TPRE模型来描述,确定了晶粒生长激活能为238.6 kJ/mol,陶瓷比较适宜的烧结温度为1240℃.     

利用高铝粉煤灰制备多孔陶瓷工艺研究

以脱硅高铝粉煤灰为主要原料、石墨为造孔剂制备多孔陶瓷.利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析多孔陶瓷的物相组成和微观结构,万能试验机测试抗弯强度,阿基米德排水法测定显气孔率和体积密度,采用渗透通量评价其过滤性能.研究结果表明:随着烧结温度的升高,多孔陶瓷的莫来石含量、体积密度和抗弯强度逐步增大,刚玉和石英的含量、显气孔率、吸水率和对水的渗透通量逐渐减小.随着石墨添加量的增加,多孔陶瓷的物相组成变化不大,体积密度和抗弯强度逐步降低,显气孔率、吸水率和对水的渗透通量相应增加.添加30wt;石墨、1450℃烧结的多孔陶瓷,抗弯强度为9 MPa,显气孔率为48.28;,大气压下,对水的渗透通量达到714 L·m-2·h-1.     

BNBT无铅压电陶瓷晶粒定向生长

采用固相合成法制备了0.94(Na1/2 Bi1/2)TiO3-0.06BaTiO3(BNBT)陶瓷粉体,用传统压电陶瓷工艺制备了无铅压电陶瓷,研究了烧结工艺对其径向收缩率和相对密度的影响.结果表明:随着保温时间的增加,径向收缩率和相对密度都出现了极大值.将陶瓷粉体与分散剂均匀混合制成高固相含量的浆料,以SrTiO3(100)单晶基片做模板,通过流延法制备了晶粒定向生长模型材料,初步探讨了热处理工艺对晶粒定向生长习性的影响.结果表明,随着保温时间的增加,晶体生长层厚度增加,生长层致密度增大.     

烧结温度对96Al2O3陶瓷力学性能及热导率的影响

采用CaO-MgO-SiO2为烧结助剂,采用无压烧结技术,研究了烧结温度对96Al2O3陶瓷热导率及力学性能的影响.采用阿基米德排水法、三点弯曲法、激光脉冲法、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等分析手段和设备,对烧结后陶瓷样品的密度、力学性能、热导率和微观组织结构进行了分析研究.研究结果表明:1600℃烧结的Al2O3样品的具有较好的导热性和力学性能,其热导率、密度、维氏硬度和抗弯强度分别为24.9W/(m·K),3.82g/cm3,(13.8±0.2)GPa,(362.9±26.9)MPa.     

造孔剂及烧结温度对堇青石支撑体性能的影响

以人工合成堇青石粉为原料,使用碳粉、淀粉、聚苯乙烯微球为造孔剂,采用挤压成型和固态粒子烧结法制备多孔堇青石陶瓷支撑体.研究了造孔剂种类、用量及烧结温度对支撑体开孔率、抗压强度、空气渗透速率等性能的影响,并用XRD和SEM分析了不同造孔剂对样品的物相组成及断面形貌的影响.研究结果表明:添加造孔剂不会改变试样的物相组成,但对试样的基本性能影响显著,其中添加聚苯乙烯微球的试样开孔率最大,微孔间连通性最好,造孔效果最好;烧结温度能使材料致密化,可以有效提高抗压强度,当温度为1300℃、添加10;的聚苯乙烯微球时制备出的支撑体性能最优.此时开孔率为53.81;,抗压强度为8.36 MPa,空气渗透速率为5.99 m3·h-1·Pa-1·m-2,耐碱腐蚀率为99.97;.     

利用水热沉淀法合成的YAG粉体制备多孔陶瓷及性能研究

YAG具有许多独特的性能,应用非常广泛.利用水热沉淀法制备超细YAG粉体,研究合成工艺对粉体形貌的影响,并采用合成的超细YAG粉体制备YAG多孔陶瓷,结果显示:盐碱摩尔比Y3+:OH-=1:8时,能够得到形貌比较均匀的颗粒,当继续增大盐碱摩尔比时,得到的粉体形貌没明显变化.反应时间越长,颗粒尺寸越粗大.Y3+的浓度越小,颗粒尺寸越细小.通过实验,在反应温度为200 ℃、反应时间为2 d和盐碱摩尔比为1:8的条件下,所得到棒状颗粒为多晶体结构,它的直径大约是150 nm,长度大约为4000 nm,通过XRD检测,粉体纯度较高.随着陶瓷坯体烧结温度的提升,YAG多孔陶瓷气孔率呈现下降趋势,而抗压强度随之升高.结合气孔率、抗压强度和显微孔结构综合考虑,利用水热沉淀法合成的棒状超细YAG粉体烧结制备YAG多孔陶瓷的烧结温度确定为1500 ℃较为适宜.