高熵稀土萤石型氧化物陶瓷研究进展

萤石型氧化物具有高熔点、低热导率、抗烧结等优异性能,是目前研究最为广泛且具有很高应用前景的高熵材料结构体系。烧绿石结构可以认为是一种有序缺陷萤石结构,因此本文将烧绿石结构归入萤石型系列。国内外高熵稀土萤石型氧化物结构体系可以分为四类:AO_(2)型、A_(2)B_(2)O_(7)型、A_(2)B_(2)O_(6)O′型、双相RE_(2)Zr_(2)O_(7)型,对各个结构体系的研究现状进行了综述,对高熵稀土萤石型氧化物的发展方向进行了展望。

高熵稀土非萤石型氧化物陶瓷研究进展

随着航空航天、机械、能源与军事领域的快速发展,高熵材料凭借其独特的优势已经成为当前材料研究领域的一大热点。针对目前传统的萤石型氧化物陶瓷材料在一些领域的应用限制,非萤石型氧化物陶瓷发挥其特有的优势,是目前在电、光、磁、热等领域应用较为广泛的一类材料。本文综述近5年国内外高熵稀土非萤石型氧化物材料的研究现状,对新型高熵稀土非萤石型氧化物陶瓷进行了分类总结,并对其进行了展望。

废旧高铝砖在LF精炼渣中的溶解行为研究

LF精炼渣中Al_(2)O_(3)通常来源于铝矾土,其成分与废旧高铝砖相近,因此可用废旧高铝砖替代铝矾土作为LF精炼炉的造渣剂。将废旧高铝砖切割为∅17.3 mm×12.0 mm的试样与精炼渣分别在1600℃反应5、10、15和25 min,分析了废旧高铝砖试样在精炼渣中反应不同时间后的溶解率、显微形貌及溶解后精炼渣成分,探讨了废旧高铝砖在精炼渣中的溶解机制。结果表明:高铝砖溶解后与精炼渣存在明显的边界层,精炼渣中MgO会优先扩散至边界层与试样溶解的Al_(2)O_(3)形成Al_(2)O_(3)-MgO固溶体,随着反应时间的增加,Al_(2)O_(3)-MgO固溶体逐渐增多,反应后期在试样表面形成Al_(2)O_(3)-MgO固溶层,抑制了溶解产物铝酸钙相向精炼渣中扩散;反应25 min后,高铝砖试样溶解率达35%,且与反应5 min后的精炼渣相比,精炼渣中Al_(2)O_(3)含量(w)由27.1%提升至30.9%。

高熵稀土盐类热障/环境障陶瓷涂层体系研究进展

高熵陶瓷是近年来新型陶瓷研究领域的一大热点,在航空工业领域有着巨大的发展和应用前景。基于高熵策略设计的高熵氧化物陶瓷涂层可以较好地解决当前热障/环境障涂层在高温下服役寿命、抗氧化性、抗CMAS(钙镁铝硅氧化物)腐蚀等关键性能不足的问题。综述了近几年不同体系的五元高熵稀土盐类材料在热障/环境障涂层领域作为候补材料的研究进展,总结了该类材料在结构、性能及主要应用领域方面的特点。最后展望了高熵稀土盐类陶瓷涂层的发展方向,为新材料体系的进一步研发和关键性能优化提供思路。

用粉煤灰和锆英石制备β-Sialon/ZrN/ZrON复合材料(英文)

以粉煤灰、锆英石和活性炭为原料,采用原位碳热还原氮化法成功制备β-Sialon/ZrN/ZrON复合材料。研究配料组成和保温时间对合成过程的影响,并讨论材料的生成过程。通过XRD和SEM表征材料的相组成和显微组织。结果表明:增加试样中的碳含量以及延长保温时间均能促进β-Sialon、ZrN和ZrON的生成。合成β-Sialon/ZrN/ZrON复合材料的适宜工艺参数为锆英石、粉煤灰和活性炭的质量比49:100:100、合成温度1550°C、保温时间15 h。在1550°C保温15 h合成的β-Sialon和ZrN(ZrON)的平均粒径分别约为2和1μm。β-Sialon/ZrN/ZrON复合材料的制备过程包括β-Sialon和ZrO2的生成过程以及ZrO2向ZrN和ZrON的转化过程。

合成温度和配料组成对粉煤灰制备β-Sialon基复合材料的影响(英文)

以粉煤灰和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法成功制备出β-Sialon基复合材料。研究了加热温度和配料组成对合成过程的影响,分析了材料的生成过程。采用XRD和SEM手段表征了合成材料的相组成和显微结构。结果表明：升高加热温度,增大炭黑与粉煤灰的质量比均可以促进β-Sialon的生成;将炭黑与粉煤灰质量比为0.56的试样加热至1723K并保温6h,可以合成β-Sialon基复合材料;合成材料中β-Sialon多以粒状形式存在,平均粒径为2~3μm;β-Sialon基复合材料的生成过程包括O′-Sialon、X-Sialon和β-Sialon的生成及O′-Sialon和X-Sialon向β-Sialon的转化过程。

利用粉煤灰反应烧结合成ZrO_2-莫来石复合材料

以粉煤灰、锆英石和氧化铝为原料,通过反应烧结法合成ZrO2-莫来石复合材料.研究了烧结温度对合成材料线收缩率、密度、吸水率、常温耐压强度和抗热震性的影响.采用XRD和SEM表征材料的相组成和显微结构.研究结果表明,在1600℃下烧结4h可以合成常温耐压强度高、烧结性和抗热震性优异的ZrO2-莫来石复合材料;合成材料中ZrO2多以粒状形式存在,平均粒径约为5～10μm,能较均匀地分布于莫来石基质中.

用粉煤灰合成不同组成的Sialon环境材料

以粉煤灰和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法在1 350~1 550℃下保温6 h合成出不同组成的Sialon环境材料.研究了合成温度对材料相组成的影响,观察了其显微结构,并分析了粉煤灰的碳热还原氮化过程.研究结果表明：合成温度对材料的相组成影响显著;提高合成温度有利于莫来石的分解和Sialon的生成,通过控制加热温度可以合成不同组成的Sialon材料;1 350~1 400℃,1 450~1 500℃和1 550℃保温6 h可以分别合成（O′＋β）-Sialon/莫来石、（X＋β）-Sialon/刚玉和β-Sialon材料;在1 550℃下合成β-Sialon的平均粒径约为2~3μm.粉煤灰的碳热还原氮化过程包括O′-Sialon,X-Sialon和β-Sialon的氮化生成过程,以及O′-Sialon向X-Sialon和β-Sialon的转化与X-Sialon向β-Sialon的转化过程.

常压烧结制备ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷

以粉煤灰(≤74μm)、锆英石(≤44μm)和活性炭为原料,采用碳热还原氮化法在1 550℃保温6 h合成了ZrN-SiAlON复合材料。以加工成的ZrN-SiAlON复合微粉为主原料,加入聚乙烯醇结合剂,分别在1 450、1 500和1 550℃下埋炭粉常压烧结1 h制备ZrN(ZrON)-SiAlON复合陶瓷,研究了烧成温度对复合陶瓷相组成、显微结构和烧结性能的影响。结果表明:1)控制烧成温度可以制备出不同组成的β-SiAlON基复合陶瓷;在1 550℃保温1 h制备的复合陶瓷的主晶相为ZrN、ZrON和β-SiAlON(z=2,Si4Al2O2N6);2)从不同温度烧后试样的微观结构中均能观察到ZrN(ZrON)、β-SiAlON和一种铁硅系化合物存在,且ZrN(ZrON)颗粒均匀地分布于β-SiAlON基质中;3)提高烧成温度会使复合陶瓷的收缩率增大,当烧成温度由1 450℃升至1 550℃时,试样的体积收缩率由19.4%增加至40.3%。

原位合成(O′+β)-Sialon/莫来石复合材料

以粉煤灰和炭黑为原料,采用碳热还原氮化法原位合成了(O′+β)-Sialon/莫来石复合材料.通过XRD和SEM研究了配炭量对合成材料相组成和显微结构的影响,并分析了材料的生成过程.研究结果表明,增加配炭量有利于O′-Sialon和β-Sialon的生成;将粉煤灰与炭黑质量比为100/42和100/56的试样加热至1 350℃并保温6 h可以合成(O′+β)-Sialon/莫来石复合材料,且合成材料中O′-Sialon和β-Sialon多以粒状形式存在,平均粒径约为1μm;(O′+β)-Sialon/莫来石复合材料的生成过程包括O′-Sialon和β-Sialon的生成及O′-Sialon向β-Sialon的转化过程.

铝碳质材料和镁铝尖晶石材料表面氧化铝附着的研究

利用中频感应炉在1550~1580℃的钢水中进行了铝碳质材料和镁铝尖晶石材料表面氧化铝的附着试验。采用扫描电镜和能谱分析研究了试验后材料的微观组织结构以及元素分布状况,并对镁铝尖晶石材料防止氧化铝附着的机理进行了探讨。研究结果表明,试验后铝碳质材料的结构较疏松,表面较粗糙,氧化铝颗粒粘附较多;而镁铝尖晶石材料的结构致密,表面平整光滑,氧化铝颗粒粘附很少,其具有良好的防止氧化铝附着能力。

碳热还原锆英石合成ZrO_2-SiC复合材料

以锆英石(粒度≤44μm)和炭黑(粒度≤30μm)为原料,按m(锆英石)∶m(炭黑)=100∶20的比例配料,于球磨罐中混匀后,以100MPa的压力压制成20mm×5mm的试样,在120℃下干燥12h后置于Ar气流量为1.5L·min-1的气氛炉内,分别在1450℃、1500℃、1550℃、1600℃和1650℃煅烧4h,自然冷却至室温后,通过化学分析测定SiC含量并计算SiO2的转化率,采用XRD分析试样的相组成,采用SEM观察试样的显微结构,并对碳热还原反应过程进行热力学分析。研究结果表明:1)以锆英石和炭黑为原料,利用碳热还原反应在Ar气氛下可以合成出ZrO2-SiC复合材料;2)通过控制煅烧温度或炉内CO气体分压,可以获得不同组成的复合材料;3)在本试验条件下,合成ZrO2-SiC复合材料的适宜温度为1600℃。

ZrO_2-SiC复合材料的合成及其添加对Al_2O_3-C质耐火材料抗氧化性能的影响

以锆英石和碳黑为原料,利用碳热还原反应在氩气气氛下合成了ZrO_2-SiC复合材料,并将其添加到Al_2O_3-C质耐火材料中.研究了加热温度对ZrO_2-SiC复合材料合成的影响以及添加ZrO_2-SiC对耐火材料抗氧化性能的影响.采用XRD分析合成材料的相组成,利用SEM观察材料的显微结构.研究表明,提高加热温度有利于ZrO_2-SiC复合材料的合成,在本实验条件下合成该材料的适宜温度为1873K.通过添加合成的复合材料,明显改善了Al_2O_3-C质耐火材料的抗氧化性能,且当添加6%(ZrO_2-SiC)复合材料时,耐火材料的抗氧化性能最佳.

镁铝尖晶石质耐火材料的合成

以MgA l2O4为骨料,MgO和A l2O3为基质料,通过固相烧结法合成了镁铝尖晶石质耐火材料,考察了原料组成、骨料粒度和成型压力对一步烧结法合成镁铝尖晶石烧结性能的影响.结果表明,随着基质料含量的增加和骨料粒度的增大,试样的线变化率和显气孔率逐渐增大;随着成型压力的增加,试样的显气孔率明显减小,线变化率增加.以镁铝尖晶石(粒度<177μm)为骨料,按镁铝尖晶石,氧化镁,氧化铝的摩尔比为20∶40∶40配料,在200 MPa压力下成型,可以获得显气孔率较低、线变化率适宜的镁铝尖晶石质耐火材料.

Al_2O_3-C耐火材料抗氧化性研究进展

综述了目前改善Al2O3-C耐火材料抗氧化性的三种方法:添加抗氧化剂法、浸渍氧化抑制剂法和表面涂层法;分析了常用抗氧化添加剂在Al2O3-C耐火材料中作用机理,展望了提高Al2O3-C耐火材料抗氧化性的研究方向.

碳热还原氮化锆英石合成ZrN-Si_3N_4复合材料

以锆英石(粒度≤44μm)和炭黑(粒度≤30μm)为原料,按m(锆英石):m(炭黑)=100:40的比例配料,于球磨罐中以无水乙醇为介质湿混24 h,然后将料浆放入干燥箱中于60℃下充分干燥,再将干燥后的粉料置于球磨罐中干混10 h。最后,将混匀的物料以60 MPa的压力压制成尺寸为20 mm×5 mm的柱状试样,在120℃下充分干燥后置于N2流量为1.0 L.m in-1的气氛炉内,分别在1 400、1 450、1 480和1 500℃的温度下煅烧,保温时间分别为6、9和12 h。自然冷却至室温后,采用XRD分析试样的相组成,采用SEM观察试样的显微结构,并对碳热还原氮化反应过程进行热力学分析。结果表明:以锆英石和炭黑为原料,利用碳热还原氮化反应,在N2气氛下可以合成出ZrN-Si3N4复合材料;通过控制煅烧温度或炉内CO气体分压,可以获得不同组成的复合材料。在本试验条件下,合成ZrN-Si3N4复合材料的适宜工艺参数为1 500℃保温12 h。

合成ZrO_2-SiC和工业SiC对Al_2O_3-C质耐火材料性能影响的对比

为了改善Al2O3-C质耐火材料的抗氧化性和抗热震性,向浇注料中分别添加0、2%、4%、6%的SiC或ZrO2-SiC复合粉,以酚醛树脂为结合剂,在200MPa下制备了2组试样,经250℃充分干燥后,于1400℃下埋炭处理2h,分别检测2组试样的抗氧化性和抗热震性,并采用XRD分析氧化后试样的相组成。结果发现,添加剂中SiC的氧化能有效保护试样中的碳,从而能减少试样的质量损失率和氧化面积,提高其抗氧化性能。由于ZrO2的微裂纹增韧及SiC的颗粒增韧作用,使试样的抗热震性能提高。在试验条件下,添加6%ZrO2-SiC复合粉或工业SiC粉时,试样的抗氧化性和抗热震性最佳。

原料配比对聚合物模板法制备SiC-Al_2O_3多孔陶瓷性能的影响

为制备出性能优异、价格合理的多孔陶瓷,以工业碳化硅粉和电熔白刚玉粉为主要原料,采用聚合物模板法在1 450℃烧结2 h制备了SiC-Al_2O_3多孔陶瓷,主要研究了碳化硅粉与电熔白刚玉粉的质量比(分别为1∶3、1∶1和3∶1)对多孔陶瓷的外观形貌、物相组成、烧结性能和抗热震性能的影响。结果表明:以工业碳化硅粉和电熔白刚玉粉为主要原料,采用聚合物模板法在1 450℃保温2 h可制备出孔分布较均匀,烧后线收缩率、显气孔率和体积密度分别为4.70%、67.17%和0.83 g·cm-3,抗热震循环次数达24次(空冷15次,水冷9次)的SiC-Al_2O_3多孔陶瓷;其主要物相为α-Al_2O_3和Al_6Si_2O_(13),还含有少量SiC相和游离SiO_2相。当m(碳化硅)∶m(白刚玉)=1∶1时,多孔陶瓷的综合性能较优。

利用天然原料合成β’-Sialon及其复合材料的研究进展

综述了利用高岭土、叶蜡石及高铝矾土等天然铝-硅系原料合成β-Sialon,Sialon-SiC以及Sialon结合刚玉复合材料的研究现状,讨论了在碳热还原氮化过程中,β-Sialon的物相组成的变化规律及合成机理.

3D打印技术及先进应用研究进展

对3D打印的主要技术原理及特点进行了介绍,综述了3D打印技术在航空航天、生物医学和陶瓷制造等先进领域的研究现状,并指出了我国发展3D打印技术存在的问题,展望了其美好前景.