ZrO2对热压AlN陶瓷的显微结构与力学性能的影响

通过添加纳米ZrO2粉体,并结合Y2O3烧结助剂,采用热压烧结制备了AlN陶瓷.结果表明,加入ZrO2后,热压AlN陶瓷的物相包含AlN主相、Al5Y3O12晶界相以及ZrN新相.随着ZrO2的加入,热压AlN陶瓷的维氏硬度基本没有变化,然而其断裂韧性逐渐提高.这主要是由于添加的ZrO2与AlN发生高温反应生成了ZrN,导致AlN陶瓷从单一的沿晶断裂模式转变为包含沿晶和穿晶的混合断裂模式,强化了晶界,进而改善了断裂韧性.     

飞秒脉冲激光对蓝宝石辐照作用的研究

本文采用脉冲宽度为120fs,波长为800nm的飞秒激光对蓝宝石样品进行辐照,经过激光辐照后材料呈暗黑色,在辐照区域的边缘发现有微裂纹,个别区域以至于微裂纹扩展成宏观裂纹.通过相关数学模型计算出激光聚焦后能量密度、蓝宝石在激光辐照瞬间的热影响范围(HAZ)及材料所达到的最高温度.发现经飞秒激光辐射引起样品的附加吸收与波长呈指数衰减关系.材料在经过飞秒激光辐射照后出现了大量的红外吸收峰,并对其产生原因进行了分析.     

飞秒激光对两种不同的单晶硅的辐照损伤研究

为研究杂质在超短脉冲激光对材料辐照过程中的作用,利用相同能量密度的飞秒激光对两种不同的单晶硅片进行扫描刻蚀,在两种硅片表面均形成平行分布的刻蚀槽,刻蚀槽内部密布着大量的微纳米颗粒.通过电子扫描显微镜和台阶仪等测试手段对样品进行形貌观测,发现两种样品的损伤程度存在较明显的差异.数据分析表明激光辐照对材料造成的损伤受到晶体内部固有杂质缺陷的影响,杂质的存在可以加剧辐照损伤.     

WC-ZrO2复合陶瓷显微结构对力学性能的影响

通过调整烧结温度,采用热压烧结方式制备了复合陶瓷刀具材料WC-ZrO2.利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察烧结前粉末的分散状态和烧结后试样的显微结构,并对其力学性能进行了测试.试验结果表明,材料在晶粒大小分布范围较小、孔隙率较低、晶界连接较为紧密情况下,力学性能较好.XRD研究发现,烧结过程中有大量四方相ZrO2产生,在冷却过程中有部分单斜相ZrO2出现,说明材料内部产生了相变增韧,促使材料断裂方式从初始的沿晶断裂逐渐过渡到同时有沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂模式.研究得出:材料主要的增韧方式为相变增韧,同时伴有裂纹偏转及分叉等辅助增韧.     

不同能量密度的飞秒激光辐照对单晶硅的影响研究

利用飞秒激光在空气中对单晶硅进行扫描刻蚀,在硅表面形成一系列平行的刻蚀槽,刻蚀槽底部为密集排列的微纳米颗粒.这种微纳米结构使得硅表面在各角度都呈现黑色,同时这种微纳米结构降低了硅材料的反射率,提升了硅材料的光吸收能力.本文通过对单晶硅表面进行不同能量密度的飞秒激光辐照,发现这种降低硅表面反射率的微纳米结构的形成和其单位面积上受到辐照的激光能量密度有直接关系,过高和过低的激光通量都不利于微纳米结构的产生.     

工艺参数对飞秒激光沉积硅基ZnO大面积均匀薄膜性能的影响

研究了衬底温度、真空度、激光能量、激光脉冲频率及退火处理对飞秒激光制备硅基ZnO大面积均匀薄膜的结构和性能的影响.结果表明,当激光能量为1.5mJ、脉冲频率为400 Hz、真空度为1.0 mPa、衬底温度为80℃时,所制备的薄膜质量最佳.薄膜呈高度c-轴取向,为典型的六方纤锌矿结构,晶粒沿垂直于衬底表面的方向生长;当衬底温度高于80℃时,随着温度的升高,c-轴取向度降低.80℃制备的薄膜在可见紫外区域透过率达98;,电阻率随温度升高而减小,退火后薄膜的透过率增大、电阻率升高.     

还原氮化对ZrO2薄膜SERS性能的影响研究

以八水氧氯化锆(ZrOCl2·8H2 O)为原料制备前驱体溶液,采用旋涂工艺制备ZrO2薄膜,并对其进行还原氮化.利用XRD、FE-SEM、UV-Vis-Nir和Raman测试薄膜结构、光学性能及SERS效应.结果表明,还原氮化后薄膜中出现了氮氧化合物,颗粒明显,薄膜厚度约为0.77μm.薄膜的紫外可见近红外光谱在350～650 nm附近展现出较强的吸收.利用R6G作为探针分子研究了薄膜的SERS效应,结果表明,还原氮化后的氧化锆薄膜拉曼增强效应显著提升,拉曼增强因子为2.479×102.     

飞秒激光加载下二维氮化硼损伤机理研究

二维氮化硼用在纳米电子及光电子领域时,常用飞秒脉冲激光进行加工,因此研究飞秒激光与二维六角氮化硼(h_BN)相互作用具有很好的应用价值.本文基于含时密度泛函理论研究了飞秒激光脉冲与二维h_BN纳米片相互作用,研究结果表明:激光脉冲作用在二维h_BN纳米片时,N-H键、B-H键键长被拉长,B-N键逐渐被破坏,最终导致二维h_BN整个结构坍塌而解体.此外,还发现激光强度影响N-H、B-H、B-N键最先断裂时间;同时飞秒激光的极化方向影响电荷密度分布.     

不同表面活性剂对纳米ZnO/ZrO2的制备和脱硫性能的影响

研究不同表面活性剂对采用共沉淀-真空冷冻干燥法制备的ZnO/ZrO2纳米催化剂的结构和物相变化的影响,并在模拟烟气中利用气相色谱仪进行脱除SO2性能的测定.结果表明,表面活性剂的引入可以降低纳米ZrO2的平均晶粒度.与吐温80、PEG-400和PVA相比,柠檬酸铵和DBS抑制晶核生长的能力更大,从而纳米ZrO2的平均晶粒尺寸更小,脱硫率更高;由于PEG-400具有络合正离子的能力,可防止纳米活性组分的团聚和长大,其催化吸收SO2的性能最好.     

高铝陶瓷显微结构及制备工艺对金属化层性能影响的研究

通过配方及烧成工艺的改变,得到两种不同显微结构的高铝陶瓷材料,其一为晶粒大小均匀,边界清晰,晶粒堆砌结构;其二为晶粒大小不一,晶粒边界不清,甚至晶粒被包裹在玻璃相中,形成玻璃相堆积结构.测定了材料的抗折强度、体积电阻率、抗击穿强度、比重、金属化层抗张强度和气密性.分析了两种显微结构的成因及不同微观结构对陶瓷材料性能和金属化层性能的影响.实验证明:采用微粉氧化铝配料,利于获得金属化性能优良的细晶结构的高铝陶瓷材料;用粗粉氧化铝配料,并加人复合的添加剂,也可以获得细小晶粒堆砌结构的高铝陶瓷材料,这类结构高铝陶瓷材料的金属化层性能好.     

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.     

球磨对超重力下自蔓延离心熔铸Ti-B-W-C系复相陶瓷微观形貌及力学性能的影响

采用行星式球磨机对超重力离心熔铸Ti-B-W-C复相陶瓷的原始粉料进行球磨,通过对球磨转速的控制得到不同研磨程度的粉料,通过对制得的复相陶瓷进行微观结构和力学性能分析,发现随着球磨机转速的提高,球磨效率大大改善,粉料大幅度细化,Al粉以团絮状均匀附着在片状Ti和WO3晶粒周围.对粉料进行烧制,成功得到宏观致密、微观夹杂和气孔等缺陷明显减少、硬度等力学性能明显提升的复相陶瓷.     

NaCo2O4陶瓷微观结构对其电性能的影响

采用自助熔剂法制备NaCo2O4多晶粉体、经单向加压和冷等静压两种不同的方式压片后烧结获得NaCo2O4陶瓷,观察并分析其物相和微观形貌,测试其电性能,研究NaCo2O4晶粒择优取向度和相对密度对其电性能的影响.结果表明,样品的择优取向度和相对密度越高,其电导率和功率因子也越高.Na∶ Co =0.7∶1经单向加压的试样较其它试样具有更高的择优取向度和相对密度.其电导率在303 K时达到最大值4.2×104S·m-1,功率因子在823 K时达到最大值450 μW·m-1·K-2.     

基于纳米压痕测试的激光晶体光学加工性能研究

针对高功率固体激光器中使用的四类重要激光晶体(YAG、LBO、YCOB、KDP)元件,开展了晶体材料的光学加工性能研究.基于纳米压痕测试实验,研究了几种激光晶体材料在激光器实际使用晶向角度下的的表面力学特性差异,获得了载荷、弹性模量、压痕硬度等参数与压痕深度之间的变化规律;利用超景深显微镜及场发射扫描电镜观察了激光晶体表面的纳米压痕形貌,揭示了裂纹形貌随压力载荷的演变规律以及晶体材料力学各向异性现象.以熔石英材料为参照,从力学特性角度横向对比了几种激光晶体材料获得超光滑表面的光学加工难易程度.     

CeO2对CaTiO3陶瓷烧结性能以及微观结构的影响

以CaO和TiO2为原料,采用固相反应烧结法合成钛酸钙陶瓷.以CeO2为添加剂,重点研究CeO2掺杂对合成钛酸钙陶瓷烧结性能及微观结构的影响.利用XRD、SEM、EDS等手段对试样的物相组成、显微形貌以及元素分布进行表征.通过X'pert High score Plus软件研究CeO2添加量和煅烧温度对合成钛酸钙的相组成、晶胞参数、缺陷反应的影响.结果表明:随着CeO2加入量的增大,Ce4+与Ti4+及Ce3+与Ca2+之间发生取代,致使钛酸钙的晶体结构发生畸变,晶格常数以及晶胞体积出现了先增大后减小的趋势.CaTiO3结构中取代位置的改变,是造成晶胞体积呈非线性变化趋势的原因.形成的结构缺陷加速了固相烧结反应,钛酸钙晶粒由发育不完全的台阶状转变为规则的多边形.过量的CeO2会抑制晶粒的生长,减小晶粒尺寸.随着煅烧温度的升高,结构中热缺陷浓度增大,促进了钛酸钙的烧结.     

晶核剂对锂锌硅系微晶玻璃析晶及显微结构的影响

采用差热分析方法研究了LZS系玻璃陶瓷的析晶动力学,讨论了晶核剂对微晶玻璃的晶相、显微结构及析晶动力学参数的影响.结果表明:与TiO2相比,P2O5能够更加有效地促进玻璃析晶,但两者效果相差不大.使用不同的晶核剂不会影响玻璃析出的晶相,但使用P2O5作为晶核剂能得到均匀细小的晶体.     

Er3+/Ni2+共掺双相微晶玻璃的结构与发光性能研究

采用熔融法制备了Er3+/Ni2+共掺含GdF3与Ga2O3双晶化相透明微晶玻璃.X射线粉末衍射(XRD)和透射电子显微(TEM)分析表明,平均粒径为34 nm的六方相GdF3和9 nm的立方相Ga2O3晶粒在玻璃基体中均匀分布.吸收与荧光光谱结果显示,EF3+位于GdF3纳米晶,Ni2+选择性地进入Ga2O3纳米晶.受益于此,在976 nm激光激发下,透明微晶玻璃具有覆盖1050 ～ 1600 nm波段的宽近红外发射带,由位于1210 nm的Ni2+∶3T2(F)→3A2(F)跃迁转变和位于1530 nm的Er3+∶4I13/2→4I15/2跃迁转变组成.