工程陶瓷材料的加工技术及应用进展研究

具备高强度和硬度,耐腐蚀、磨损和烧蚀及抗氧化等优点的工程陶瓷无论在科研领域还是工业领域都被广泛研究.然而工程陶瓷的高脆性和高熔点特性会导致其在加工过程中容易产生微裂纹、相变区、残余应力等缺陷,因此,工业上对工程陶瓷的加工技术提出了更高的要求以便获得高精度和高质量的工程陶瓷.从工程陶瓷的传统机械加工和特种加工技术两个方面详述了各种加工技术在实际生产中的运用,并结合国内外最新发展技术,提出了复合加工技术将是工程陶瓷加工技术研究重点的观点,在工程陶瓷精密加工领域具有一定的实际指导作用.     

B4C-TiB2复相陶瓷材料的研究进展

往B4C中添加适量TiB2形成B4C-TiB2复相陶瓷既可以保留B4C的超硬、低密度等优良性能,又可通过提高陶瓷材料的致密度来改进材料的力学性能,还可降低材料的电阻率使其满足电火花加工的要求,因此B4C-TiB2复相陶瓷是最具有潜力的一类B4C基复合材料.本文从粉体制备、烧结致密化、显微结构、力学性能、电学及加工性能等方面就B4C-TiB2复相陶瓷的最新研究进展作了系统的阐述并对其发展方向做了展望.     

可加工氟闪石玻璃陶瓷的制备

将氟云母晶体粉末直接与窗玻璃粉末混合后烧结,制备出可加工氟闪石玻璃陶瓷.研究了氟云母加入量对氟闪石玻璃陶瓷的析晶、组织、烧结性、可加工性和机械性能影响.结果表明,烧结时,氟云母与玻璃间发生了反应析晶.氟云母加入量少于20;质量分数,析出透辉石,超过质量分数35;析出氟闪石,超过质量分数80;,有部分氟云母被保留下来.随着氟云母加入量的增加,玻璃陶瓷烧结温度相应要提高,可加工性得到改善,但相对密度和抗压强度下降.加入量在35～40;质量分数、烧结温度在860～950℃之间所制备的氟闪石玻璃陶瓷具有较高的强度和良好的可加工性,可进行车削、钻孔、攻丝等机械加工.     

完全烧结氧化锆牙科陶瓷材料的旋转超声加工实验研究

针对口腔修复领域中大量应用的预烧结氧化锆陶瓷存在二次烧结加工工艺复杂、收缩率难以控制、断裂率高等问题,提出了采用旋转超声加工完全烧结氧化锆陶瓷的方法.开展了完全烧结氧化锆陶瓷的旋转超声加工和普通金刚石磨削加工实验,重点研究了主轴转速对磨削力、最大边缘碎裂尺寸及亚表面损伤特性的影响规律.通过对比分析得到,旋转超声加工不仅能降低磨削力,有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少了其亚表面微裂纹,是实现完全烧结氧化锆陶瓷口腔修复体低损伤加工的新途径.     

(Gd,Lu)3Al5O12∶Tb3+,Eu3+透明陶瓷制备与发光性能

通过简单的化学沉淀法制备了纳米前驱体,结合真空烧结工艺,制备了一系列镥稳定钆铝石榴石{(Gd, Lu)₃Al₅O₁₂∶Tb,Eu}透明陶瓷。将透明陶瓷加工成1 mm厚的圆片,对透明陶瓷样品进行了X射线衍射、光致发光、透过率和衰减时间等表征。高温烧结过后,陶瓷样品仍保持稳定的石榴石相。选定313 nm作为透明陶瓷的激发波长,可获得最强的荧光发射。此外,通过对不同样品进行紫外可见荧光测试,获得了由绿光到红光的可调节发射。在313 nm激发,543 nm和591 nm的监测波长下,透明陶瓷样品均具有Eu³⁺的毫秒级衰减时间。     

基于GLCM和NN的陶瓷推挤加工表面特征研究

基于边缘效应驱动裂纹推挤加工技术是一项对工程陶瓷的非传统的接触式加工.基于灰度共生矩阵(GLCM)对采集的Si3N4陶瓷加工表面形貌图像提取了纹理特征参数,充分研究了步长、灰度量化级、方向三个构造参数对灰度共生矩阵的对比度、熵、相关性、能量的影响.结果表明:采用步长4,灰度量化级128时能更好获得较稳定的加工表面纹理特征参数,在采集图像的45°、135°两条对角线上的纹理特征变化更为明显.通过径向基层网络和竞争层网络两类神经网络(NN)的分工协作,针对不同加工参数的纹理特征的预测和分类,并探讨了各加工参数对纹理特征的影响规律.     

陶瓷微珠直接堆烧制备多孔莫来石陶瓷及性能研究

以高纯石英粉、氧化铝粉以及玻璃粉作为主要原料,首先通过颗粒稳定泡沫法结合离心雾化干燥装置制备得到SiO2-Al2O3陶瓷微珠,然后将其紧密堆积于坩埚中,随后经1500 ℃下直接堆积烧结1 h,利用空心微珠高温下自发泡,成功制备孔分布均匀的多孔莫来石陶瓷.研究了SiO2-Al2O3陶瓷微珠中高纯石英粉、氧化铝粉和玻璃粉组成对多孔莫来石陶瓷性能的影响.该方法简便易行,可控性强.通过该方法可制得气孔率高达85.4;,抗压强度为(3.69±0.86) MPa,低介电常数为1.70的多孔莫来石陶瓷,有望应用于透波材料领域.     

基于边缘破碎驱动裂纹推挤加工的破碎模拟实验研究

工程陶瓷基于边缘破碎驱动裂纹软推挤加工是一项创新性的非传统接触式加工技术,可采用单晶压头挤压破碎模拟实验研究新技术的加工特征.通过对挤压破碎曲线、微观形貌观察以及有限元仿真讨论了挤压驱动裂纹失稳的机理,以及预制缺陷的应力集中效应起到的重要作用.通过正交实验探讨了加载速度、凸缘宽度、压痕位置离外边缘距离、槽深对挤压破碎力的影响规律,并采用多元回归模型实现较好的拟合.     

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.     

酸碱性对雾化施液CMP氧化锆陶瓷的影响

采用精细雾化施液CMP这一抛光工艺对氧化锆陶瓷进行抛光,实验研究了抛光液中具有代表性的酸碱调节剂对抛光氧化锆陶瓷材料去除率、表面形貌和表面粗糙度的影响及酸碱性对精细雾化施液分散稳定性的影响.结果表明:针对精细雾化液抛光工艺配制的二氧化硅抛光液在碱性环境中分散稳定性更好,虽然酸性抛光液对材料去除率更高,但酸对氧化锆陶瓷表面腐蚀性过大,不宜抛光氧化锆陶瓷;有机碱作为调节剂抛光后的表面质量明显优于无机碱及无机酸、有机酸;乙二胺配置的碱性抛光液精细雾化后抛光氧化锆陶瓷可获得优质超光滑低损伤表面及较高加工效率,表面粗糙度Rq为1.67 nm,材料去除率达182.23 nm/min.     

透明陶瓷的研究进展

透明陶瓷性能优异,应用广泛,是一类备受关注的新型材料.目前已经成功开发的透明陶瓷有氧化铝透明陶瓷、氧化钇透明陶瓷、氮化铝透明陶瓷以及PLZT电光透明陶瓷和激光透明陶瓷等.本文介绍了几种透明陶瓷的研究进展以及性能和应用,并且对透明陶瓷的研究趋势提出展望.     

xPMnS-(1-x)PZN陶瓷极化特性研究

本文研究了xPMnS-(1-x)PZN四元系压电陶瓷的极化性能、谐振频率附近的介电性能及谐振频率温度稳定性.结果表明,xPMnS-(1-x)PZN陶瓷中以取向极化为主,具有很好的谐振频率温度稳定性.组成为x=0.6时,xPMnS-(1-x)PZN陶瓷具有最好的综合压电性能,可用于在谐振频率附近应用的水声换能器.     

商洛钼尾矿制备泡沫陶瓷的研究

以商洛钼尾矿为主要原料,添加钾长石、高岭土等辅助原料,以SiC为发泡剂,制备高钼尾矿含量的轻质保温隔热泡沫陶瓷.采用正交实验确定影响泡沫陶瓷体积密度四个因素的主次程度依次为:SiC添加量、升温速率、保温时间和烧成温度.最终以8 ℃/min的升温速度升至800 ℃,再以1 ℃ /min升至1140 ℃,保温20 min,随炉冷却制得体积密度0.34 g/cm3,抗压强度3.2 MPa,平均孔径1.8 mm,气孔分布均匀的高性能轻质保温隔热泡沫陶瓷材料.     

具有碳化硅纳米线编织结构的氧化铝泡沫陶瓷的制备及性能研究

本文利用简单、高效的浆料直接发泡法制备气孔率高达96%的Al₂O₃/Si泡沫陶瓷,并选用简便、易行的焦炭埋烧工艺在Al₂O₃/Si泡沫陶瓷坯体中生长出大量SiC纳米线。通过控制烧结温度来观察分析SiC纳米线的生长形貌变化。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、BET比表面积测试仪、电子万能试验机等对泡沫陶瓷的微观结构、物相组成、比表面积、气孔率、抗压强度、热导率进行分析与表征。结果表明,1 450 ℃烧结时得到的SiC纳米线最多,纳米线在泡沫陶瓷孔壁交织缠绕。同时观察到SiC纳米线的存在改变了氧化铝泡沫陶瓷固有的脆性断裂模式,SiC纳米线可有效促进泡沫陶瓷在压缩过程中的裂纹偏转。本实验制备了一种新型的纳米线缠绕在孔壁上的三维网络结构的泡沫陶瓷,为在泡沫陶瓷内部原位生长SiC纳米线提供了新的方法,更好地拓展了泡沫陶瓷在环境过滤、催化剂载体等领域中的应用。     

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.     

纳米氧化镱对熔融石英析晶动力学机制的影响

本文研究引入纳米氧化镱对熔融石英析晶机制及动力学过程的影响.通过X射线衍射仪(XRD)测试结果分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶率的影响,采用动力学方法分析了纳米氧化镱的引入对熔融石英陶瓷析晶机制的影响,同时探讨了其等温析晶动力学过程.研究表明,熔融石英陶瓷的晶粒向二维兼有一维及三维的方式生长,引入纳米氧化镱的熔...     

(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr0.7Bi0.2)TiO3与铁电体(Bi0.5Na0.5)TiO3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3(记为BNT-xSBT,x=10mol;、20mol;、30mol;和40mol;).通过传统固相法进行制备,研究了(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响.结果表明,室温所测BNT-xSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构.A位复合占位的BNT-xSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其Tm随x的增大而减小.低温(Td)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程.(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形.x=30mol;时,BNT-xSBT陶瓷具有大的Pmax=26.8μC/cm2、小的Pr=1.4μC/cm2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm3,η=68.5;(@70 kV/cm).     

The relations of sintering conditions and microstructures of [Bi0.5(Na1‐x‐yKxLiy)0.5]TiO3 piezoelectric ceramics

Bismuth sodium titanate (abbreviated as BNT) based solid solution, [Bi_0.5(Na_1‐x‐yK_xLi_y)_0.5]TiO₃ (0 < x + y < 1) ceramics, was invented in our group. These ceramics, which are considered as new candidates for lead‐free piezoelectric materials, were prepared by conventional ceramic sintering technique. The results of X‐ray diffraction show that the ceramics possess a single perovskite phase. The relations of the sintering conditions and the microstructures of the ceramics were studied. It was found that the optimized sintering condition is at 1100‐1150 °C for 2‐3 h, the grains of the ceramics have very regular shape, and the grain size of the ceramics is in the range of 1.3‐2.2 μm. These ceramics with the compositions of high amount of K⁺ and low amount of Li⁺ have relatively large piezoelectric charge constant (d₃₃), and can be put into practical applications. (© 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Glassy and crystalline systems from gels: Chemical basis and technical application

The sol-gel synthesis of glasses, glass ceramics and ceramics was successfull in many laboratories. Now it has the change of being scaled up for technological applications. Therefore, an overview is given about specific sol-gel products and sol-gel process advantages that are connected with the recent trends in the research and development in this field.     

过滤用镁渣多孔陶瓷的制备与渗透性能

本文以镁渣,粉煤灰等为原料制备了镁渣基多孔陶瓷,评价了多孔陶瓷的孔隙参数,烧结性能,力学性能,渗透性能等,观察了多孔陶瓷的微观结构,研究了烧结温度、成型压力、原料配比和添加剂等因素等对多孔陶瓷理化性能的影响.结果表明,烧结温度1150℃,保温4 h可制得固废掺比为90;的镁渣基多孔陶瓷,成型压力对多孔陶瓷的气孔率、吸水率和体积密度具有较大影响.镁渣和粉煤灰的配比为7:2时,多孔陶瓷产品的综合性能较好.添加电石渣和碳粉为造孔剂能够匀化气孔分布,细化孔径,提高多孔陶瓷的气孔率和气体过滤性能.