结构陶瓷——承载人类文明的基石

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同构筑起人类文明的物质基石。其中,先进结构陶瓷更是以其耐高温、抗腐蚀以及优异的力学性能等特性.

多孔陶瓷的绿色制备工艺研究

从化学组成入手,运用三元相图理论计算陶瓷原料的配比及对应的化学成分,以磷渣作为钙质原料,铝灰作为铝质原料,粉煤灰作为硅质原料,磷石膏作为发泡剂,经混料、成型、养护、烧结制备了多孔陶瓷,当磷渣掺量为76%时,在1080℃下煅烧,保温120 min制备的多孔陶粒堆积密度为353.9 kg/m^(3)、抗压强度为1.06 MPa、吸水率为18.74%,孔隙率为71.8%。统筹考虑了在全生命周期内节约资源,节约能源和使用性能三者之间的统一。

铁电陶瓷脉冲耐压失效分布及耐压可靠性

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲耐压后压电常数与电滞回线测试研究.结果表明:铁电陶瓷的击穿概率与脉冲加电压次数曲线呈现典型的浴盆曲线分布,经历10次脉冲高压测试合格的样品,其脉冲耐压失效概率相比于未经历脉冲高压陶瓷样品,降低了4个数量级以上,且上述脉冲高压加载接近无损.考虑到裂纹扩展速度,多个缺陷导致的裂纹同时扩展并连通是铁电陶瓷在脉冲高电压下断裂的主要原因.

放电等离子烧结细晶0.8PMN-0.2PT陶瓷的介电性能

铌镁酸铅-钛酸铅[Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3),PMN-PT]陶瓷是一种典型的驰豫铁电体。为了研究晶粒尺寸对PMN-PT陶瓷介电性能的影响,采用两步固相反应法合成了0.8PMN-0.2PT粉体,使用放电等离子烧结技术在不同温度下制备0.8PMN-0.2PT陶瓷,并分析了陶瓷的晶体结构、微观形貌和介电性能。结果表明:采用两步法能得到纯0.8PMN-0.2PT粉体,其晶粒尺寸约为0.36μm;当烧结温度为1100℃时,采用放电等离子烧结技术可以得到晶粒细小的纯0.8PMN-0.2PT陶瓷,晶粒尺寸约为0.69μm,密度为8.02 g/cm^(3),但是其介电常数较低,最大值为12708,介电-顺电转变峰为一个较宽的峰,且随频率增加,介电-顺电转变温度(T_(c))向高温方向移动,呈现典型的弛豫特性。此外,在频率为1×10^(2)~2×10^(6)Hz时,随温度升高,介电常数和介电损耗都升高。因此,采用放电等离子烧结法可以得到细晶致密且介电常数较高的0.8PMN-0.2PT陶瓷。

先驱体转化SiBCN陶瓷的制备、性能与应用

先驱体转化法是制备高性能陶瓷材料的重要方法,尤其在连续纤维及其复合材料(FRCMC)的制备、元素组成与微结构调控等方面具有显著优势。先驱体转化SiBCN陶瓷具有多元素含量可调、化学键合结构可控的特点,构建了不同结构特征和特殊性能的陶瓷材料。近几年,先驱体转化SiBCN陶瓷发展呈现出新的特点,结构功能一体化设计与制备技术受到了国内外的广泛关注。本文主要梳理了2016年至今先驱体转化SiBCN陶瓷的国内外研究进展,首先简要介绍先驱体转化SiBCN陶瓷的主要特点,然后以先驱体转化陶瓷产物的典型特点为分类依据,分别从SiBCN陶瓷先驱体及其陶瓷产物、连续SiBCN陶瓷纤维、SiBCN基复合材料和功能化SiBCN陶瓷4个方面综述了主要研究进展,提出了未来发展趋势和重点任务,期望为SiBCN陶瓷研制与应用研究提供参考,促进我国先进陶瓷材料的发展进步。

氧化铝多孔陶瓷微珠孔结构与性能调控

采用凝胶液滴结合添加造孔剂法制备Al2O3多孔陶瓷微珠,研究陶瓷浆料流变性与球坯球形度的影响因素,以及固相含量及造孔剂添加量与多孔陶瓷微珠的显微结构、力学强度及气孔率的关系。结果表明,适中黏度的浆料可制备球形度好且球径均匀的陶瓷微珠。多孔陶瓷微珠气孔率在51.6%~64.2%之间,随固相含量升高,气孔率先增大后减小,抗压强度在4.3~15.6 MPa变化,抗压强度变化趋势与气孔率相反。造孔剂添加量增大使材料的气孔率上升,但抗压强度下降。通过改变固相含量及造孔剂含量等工艺参数,可实现多孔陶瓷微珠的球形度、气孔率及力学性能的调控。

废旧硅酸铝保温材料高值再利用技术在炼油装置中的应用

石油化工企业中的设备和管道在每次检维修时都会拆除更换大量的废旧硅酸铝棉保温隔热材料,废旧的硅酸铝棉材料一般按工业固废进行填埋处理,不能从根本上消除其对周边环境和土壤的危害,同时更换新保温材料也会增加企业的成本。通过研究废旧硅酸铝棉的高值资源综合再利用情况,建立了废旧硅酸铝棉及其制品可回用的评价标准,使得废旧硅酸铝棉及其制品降级处理改成制备陶瓷纳米纤维管壳(再用),从根本上解决了废弃保温材料处置难题,提升了资源综合利用效率。该技术已用于某公司炼油厂催化装置中压蒸汽管线的保温材料。检测结果表明,再用陶瓷纳米纤维隔热保温制品降低了材料生产成本,使用性能稳定,平均散热损失优于相应企业标准(116.8 W/m^(2)),完全满足企业现场隔热保温要求。

NaBH_4水解产氢用Co_3O_4包覆多孔陶瓷制备及表征

高比表面积的微纳米催化剂有利于NaBH_4水解产氢,但物理团聚导致了应有催化位点的掩盖。为此,本文以催化剂包覆多孔陶瓷为研究思路,分析了ZIF-67和海泡石的微观结构、晶型,抛光废渣的热稳定性,三者进行复配、共混、压制和烧结成型多孔陶瓷,研究了其微观结构、烧结前后重量变化率和吸水率,探究催化NaBH_4水解产氢过程中其结构稳定机制。结果表明,ZIF-67热解提供Co_3O_4催化位点和孔隙空间,纤维状海泡石与抛光粉体在烧结过程相互熔融搭接形成高孔隙率的稳定结构,使得在催化过程中多孔陶瓷表现出高稳定结构。

“中华万年文化”璀璨明珠——甑皮岩双料制陶古法

陶器起源与传承是“中华万年文化”重要的研究内容之一。桂林是中国重要的制陶技术起源地之一,“甑皮岩双料制陶古法”具有原创性与持续性。甑皮岩遗址出土陶器484件,显示了“双料混炼,骨肉相融,自然素烧,烧炼出彩,陶刻纹印,陶艺造型”六项典型“甑皮岩双料制陶古法”特征。在距今12000年至7000年前,甑皮岩陶器六项典型特征清晰地呈现了“萌芽—初步形成—进一步完善—基本形成—形成”的过程。万年以来,“甑皮岩双料制陶古法”六项典型特征在广西八桂大地生生不息,在当代更是得以发扬光大。

掺杂Ba(Zr_(0.15)Ti_(0.85))O_(3)陶瓷的结构与电性能研究

采用固相烧结法制备了不同氧化钬掺杂量的Ba(Zr_(0.15)Ti_(0.85))O_(3)(BZT)陶瓷,对比分析了未掺杂和掺杂不同含量氧化钬的BZT陶瓷的物相组成、显微组织、介电性能和铁电性能。结果表明:未掺杂或氧化钬掺杂量较小(质量分数≤2%)的BZT陶瓷主要以单相固溶体形式存在;当氧化钬质量分数增加至3%及以上时,BZT陶瓷中形成新的Ho_(2)Ti_(2)O_(7)相;掺杂氧化钬的BZT陶瓷晶粒尺寸明显小于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷,且随着氧化钬掺杂量的增加,BZT陶瓷的平均晶粒尺寸逐渐减小。此外,随着氧化钬掺杂量的增加,BZT陶瓷的ε_(r RT)和tan δ_(RT)先增加后减小,当氧化钬质量分数为2%时可以得到高ε_(r RT)、低tan δ_(RT)的BZT陶瓷。掺杂氧化钬的BZT陶瓷具有弛豫铁电陶瓷特征,氧化钬质量分数为2%~7%的BZT陶瓷的剩余极化强度均低于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷,且剩余极化强度随着氧化钬掺杂量的增加逐渐减小;掺杂氧化钬的BZT陶瓷的矫顽电场均小于未掺杂氧化钬的BZT陶瓷,且矫顽电场随着氧化钬掺杂量的增加逐渐减小;BZT陶瓷剩余极化强度和矫顽电场的变化主要与BZT陶瓷内部相变、晶粒尺寸等有关。

陶瓷纤维复合材料的应用研究进展

陶瓷纤维复合材料是当今科技的研究热点。陶瓷纤维复合材料具有良好的特性,可用于航空航天、汽车、建筑、体育和生物医学等多个领域。陶瓷复合材料显示出非凡的结构和机械特性,如高强度质量比、耐化学性、防火、耐腐蚀和耐磨损。在此,概述了陶瓷复合材料的分类、制造和应用,重点介绍了陶瓷纤维复合材料在高温绝热保温、污水处理、高温烟气过滤、吸声领域中的应用,最后对陶瓷纤维及其复合材料未来发展方向进行了展望。

设计学视阈下的清末民初湖南醴陵釉下五彩瓷研究

针对清末民国时期醴陵瓷业革新前后的产品,从设计学的本体语言对醴陵粗瓷与釉下五彩瓷展开对比分析,研究表明醴陵釉下五彩瓷在工艺技术、装饰艺术、设计理念等方面均体现出不同于以往的特征,这些特征也促进醴陵瓷业从粗瓷到细瓷转变。

碳酸钙为发泡剂的粉煤灰发泡陶瓷制备

发泡陶瓷作为一种新型建筑墙体材料,具有轻质保温的特性.以粉煤灰为主要原料,分别添加碳酸钙、四硼酸钠作为发泡剂和助熔剂,通过球磨、压片、烧制等工艺实现了一种新型发泡陶瓷的制备,同时研究了烧结温度、发泡剂掺量、粉煤灰添加量以及粉料粒度对发泡效果的影响.结果表明,样品平均孔径会随发泡剂掺量增加而增大;随烧结温度升高,样品的表观密度先下降后上升,孔隙率与之呈相反趋势,平均孔径会逐渐升高;样品的表观密度和孔隙率随粉料粒度的降低而降低,抗压强度则会提升.研究表明,在发泡剂掺量为1%、烧结温度为750℃、保温时间为15 min的工艺下可制得表观密度为0.156 g/cm^(3)、孔隙率为93%、抗压强度为2.23 MPa的发泡陶瓷.

Pechini法制备Y_(2)O_(3)的煅烧温度对无压烧结AlON陶瓷透光性的影响

首先以Y(NO _(3))_(3)·6H _(2) O为Y源,采用Pechini法制备前驱体,然后通过煅烧制得纳米Y_(2)O_(3)粉体,再将其作为烧结助剂,在1880℃保温2.5 h无压烧结制备AlON透明陶瓷,研究前驱体煅烧温度对产物组成、形貌、粒度,以及所制备AlON陶瓷透光性的影响规律。结果表明,提高前驱体煅烧温度会促进有机物分解,但也会造成Y_(2)O_(3)颗粒长大,有机物残留和过大粒度的Y_(2)O_(3)粉体都不利于获得高致密度的高透光性AlON陶瓷。900℃煅烧2 h所得纳米Y_(2)O_(3)粉体适合作为快速无压烧结制备AlON透明陶瓷的烧结助剂,所制备的AlON陶瓷在波长~3750 nm的透过率达83.4%。

釉烧温度对铁系钧瓷釉呈色影响及显微分析

采用纳米氧化铁作为着色剂,在还原气氛下调控釉烧温度条件,探究烧制温度对铁系钧瓷釉呈色与显微结构的影响。通过分光测色仪、X-射线粉末衍射仪、STA热分析仪、扫描电子显微镜等测试表征手段研究了釉烧温度改变对钧瓷釉面呈色及显微结构影响。结果表明:烧制温度由1260℃升高到1300℃时,釉面蓝色区域显著增加;烧制温度在1260~1300℃范围内,釉层表面具有明显的二氧化硅晶体衍射峰,而当烧制温度为1320℃时,二氧化硅晶相消失,釉面呈现玻璃态;伴随温度的升高,釉层表面分相液滴尺寸减小;钧瓷中心与边缘呈色差异可能是由于中心显微结构尺寸大于边缘显微结构尺寸。

振荡热压烧结ZrB_(2)-SiC陶瓷的力学性能

采用振荡热压烧结(HOP)和热压烧结(HP)工艺制备了ZrB_(2)-SiC陶瓷,研究了振荡压力对ZrB_(2)-SiC陶瓷致密化及力学性能的影响。结果表明,与采用HP工艺制备ZrB_(2)-SiC陶瓷相比,HOP工艺的致密化速率有显著提升;ZrB_(2)与SiC两相界面结合良好;HOP工艺制备的ZS30样品的硬度和断裂韧性分别达到了21.1 GPa和7.3 MPa·m^(1/2),较采用HP工艺在相同烧结参数下制备的试样有大幅提升。HOP在制备高性能ZrB_(2)-SiC陶瓷方面展现出良好发展前景。

B位空位补偿型钐掺杂PZT(54/46)陶瓷中的缺陷分析及其对压电性能的影响

-用固相反应法制备了B位空位补偿型钐掺杂非准同型相界组分PZT(54/46)陶瓷.通过正电子湮没寿命谱(PALS)和符合多普勒展宽能谱(CDBS)对陶瓷中的缺陷结构进行综合表征,结合常规表征手段如X射线衍射(XRD),电子扫描显微镜(SEM),介电、铁电和压电性能测量,研究缺陷对陶瓷压电性能的影响.XRD结果显示所有陶瓷均为纯钙钛矿相,掺杂诱导了菱方-四方(R-T)相变,准同型相界位于Sm掺杂量x=0.010.02.电学测量结果反映:介电、铁电和压电性能均先增强后减弱,MPB附近两个样品都有优异的介电和铁电性能,但其压电性能差别很大.x=0.01给出最优压电性能d_(33)=572 p C/N,较未掺杂样品增强了一倍.PALS结果表明掺杂使陶瓷中缺陷类型发生变化,x≤0.01,样品中同时含有A位空位与B位空位;x≥0.02,样品中以A位相关缺陷为主,B位空位浓度很低.CDBS结果进一步证实x=0.01和0.02中B位空位浓度分别是该体系中最高和最低的.由以上结果推断出:x=0.01获得的最优压电性能与其中较高浓度的B位空位有关,B位空位可稀释A位空位浓度,降低氧空位浓度,从而降低A位空位与氧空位形成缺陷偶极子的几率,促进畴壁运动,使压电性能增强.

K^+,La^(3+)联合取代A位Zn^(2+)的BZN基陶瓷的相结构与介电性能研究

在具有立方焦绿石结构的Bi1 .5 Zn0 .5 (Zn0 .5 Nb1 .5 )O7陶瓷的基础上 ,引入K+ ,La3 + 离子联合取代A位Zn2 + ,对其结构与介电性能进行了研究 .X射线衍射技术分析表明 :当K+ ,La3 + 离子取代量较小时 (x <0 .3) ,样品的结构仍然保持立方焦绿石单相结构 ;当取代量较大时 (0 .3≤x≤ 0 .5 ) ,样品的晶体结构从纯立方焦绿石单相逐渐变化为立方焦绿石与立方萤石两相共存的复相结构 .样品的介电性能随着结构变化而有规律地变化 .

TiO_(2)含量对Al_(2)O_(3)基绝缘涂层综合性能的影响

在GCr15轴承钢的基体材料上制备了不同TiO_(2)含量的Al_(2)O_(3)基绝缘涂层,研究了TiO_(2)含量对Al_(2)O_(3)基绝缘涂层性能的影响,结果表明:孔隙率基本随着TiO_(2)含量的增加而增大;结合力随着TiO_(2)含量的增加先增大后基本不变,TiO_(2)含量为1.5%左右达到峰值;TiO_(2)含量越高,耐冲击性能越好;随着TiO_(2)含量的增加,高温、常湿和常温、高湿环境下涂层绝缘电阻均呈先升高后降低的趋势,TiO_(2)含量为1.5%左右达到峰值。对绝缘涂层进行封孔处理,试验结果表明,封孔处理可以显著提高涂层的结合力、环境适应性、抗冲击性能。TiO_(2)含量为1.5%~3.0%时的涂层在未封孔和封孔后均具备较好的综合性能。

CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃的制备及介电性能

低介电常数、低介电损耗的微晶玻璃是制造低温共烧陶瓷基板的重要材料。本文采用熔融水淬法制备了CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)(CBS)微晶玻璃,重点研究了m(CaO)/m(SiO_(2))质量比、B_(2)O_(3)含量对CBS微晶玻璃介电性能的影响。结果表明:CBS微晶玻璃的主要晶相有Ca_(3)Si_(3)O_(9)、Ca_(2)B_(2)O_(5)、CaB_(2)O_(4)、SiO_(2)和Ca_(2)SiO_(4)。随着m(CaO)/m(SiO_(2))质量比的增加,介电常数增加,介电损耗先降低后增加;硅灰石相的增多使介电损耗从2.87×10^(-3)降到1.36×10^(-3),介电损耗随着SiO_(2)、Ca_(2)B_(2)O_(5)和CaB_(2)O_(4)含量的增加而增大。随着B_(2)O_(3)含量的增加,介电常数先增加后减少,而介电损耗则相反。当m(CaO)/m(SiO_(2))质量比为0.89、B_(2)O_(3)含量为15%(质量分数)时,在900℃烧结3 h,CBS微晶玻璃的热膨胀系数为7.16×10^(-6)℃^(-1),介电常数为5.85,介电损耗为1.37×10^(-3)(10 GHz)。