氧化物共晶陶瓷激光增材制造裂纹缺陷形成及抑制研究进展

氧化物共晶陶瓷以其优异的高比强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗蠕变等独特性能,被认为是超高温氧化腐蚀等极端环境下长期稳定服役的理想材料之一,在新一代高推重比航空发动机高温热端结构部件中具有巨大的应用前景。激光增材制造技术已成为近年来制备高性能复杂结构部件最具潜力的前沿技术,然而陶瓷在激光快速凝固过程中,裂纹缺陷极易产生,严重影响构件的成形质量和性能,成为制约工程化应用的关键。本文综述了激光近净成形和激光粉末床熔融两种典型陶瓷激光增材制造技术,分析对比了两种技术制备的不同形状陶瓷样件的裂纹形态特征,重点从微观组织形态特征、应力状态等角度探讨了激光增材制造氧化物陶瓷裂纹的形成机理,并进一步从工艺参数优化、成分设计、外场辅助等三个方面改善微观组织与减小热应力以抑制裂纹进行系统总结。最后指出氧化物共晶陶瓷激光增材制造在粉末特性、成形主次因素、成形技术研究等方面的未来发展趋势及突破方向。

C/C复合材料高熵氧化物涂层抗烧蚀性能

新一代高超声速飞行器热端部件服役温度不断提高,对表面防护涂层的相稳定性和抗烧蚀性能提出了更高的要求。本工作针对传统过渡金属氧化物ZrO_(2)、HfO_(2)涂层开展高熵化设计,采用高温固相反应结合超音速大气等离子喷涂制备(Hf_(0.125)Zr_(0.125)Sm_(0.25)Er_(0.25)Y_(0.25))O_(2-δ)(M1R3O)、(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Sm_(0.2)Er_(0.2)Y_(0.2))O_(2-δ)(M2R3O)、(Hf_(0.25)Zr_(0.25)-Sm_(0.167)Er_(0.167)Y_(0.167))O_(2-δ)(M3R3O)三种高熵氧化物涂层,探究稀土组元含量对高熵氧化物涂层的相结构演变规律、相稳定性以及抗烧蚀性能的影响。M2R3O涂层和M3R3O涂层呈现优异的相稳定性和抗烧蚀性能,涂层经热流密度为2.38~2.40 MW/m^(2)的氧–乙炔焰烧蚀后仍保持物相结构稳定,未发生固溶体分解或析出稀土组元。其中M2R3O涂层循环烧蚀180 s后的质量烧蚀率与线烧蚀率分别为0.01 mg/s和–1.16μm/s,相比M1R3O涂层(0.09 mg/s、–1.34μm/s)以及M3R3O涂层(0.02 mg/s、–4.51μm/s),分别降低了88.9%、13.4%以及50.0%、74.3%,表现出最优异的抗烧蚀性能。M2R3O涂层的抗烧蚀性能优异归因于其兼具较高的熔点(>2200℃)和较低的热导率((1.07±0.09)W/(m•K)),使其有效防护内部的SiC过渡层以及C/C复合材料免受氧化损伤,避免了界面SiO_(2)相形成所导致的界面开裂。

氧化物／氧化物共晶复合陶瓷的生长机理与微观结构

本文基于国外定向凝固氧化物j氧化物共晶复合陶瓷的晶体生长动力学行为研究，阐述其动力学机制，分析动力学因素对微观结构形态的影响，探讨晶体生长动力学行为与微观结构形态之间的关系，同时结合以燃烧合成、快速凝固技术所制备的新型高强韧Al2O3／YSZ共晶复合陶瓷，探讨共晶复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制，得出过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素，且受二者决定的凝固速率（即晶体生长速率）决定了材料的最终微观结构与形态。

超高温氧化物共晶复合陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶复合陶瓷具有优异的力学性能、高温组织稳定性、抗氧化和抗腐蚀性能,被认为是1400℃以上高温富氧环境长时稳定服役的理想高温结构材料,近年来受到世界各国学者的广泛关注。系统介绍了氧化物共晶复合陶瓷的发展现状,对近年来本领域取得的重要进展进行了总结和分析,同时结合作者在本领域的研究,重点阐述了超高温度梯度定向凝固氧化物共晶复合陶瓷的组织特征、凝固特性、以及晶体取向/结构特征和力学性能,最后对氧化物共晶复合陶瓷今后的发展趋势和突破点进行了展望。

复合氧化物电子功能陶瓷的现状与展望

本文阐述了复会氧化物电子功能陶瓷的概念、分类、设计原则、复会机理以及典型应用，并对复合氧化物电子功能陶瓷的发展方向作一简单的介绍。复合氧化物电子功能陶瓷主要分为固溶型、机械混合型、晶界偏析型、包覆型、两相反应型等。其复合机制主要有加和性、乘积性、多色渗滤等，未来复合氧化物电子功能陶瓷的发展方向主要有：１．纳米级复合氧化物电子功能陶瓷材料的设计与制造；２．多功能复合氧化物电子功能陶瓷材料的设计与制造；３．无污染、可再生的复合氧化物电子功能陶瓷材料的开发与研究。

氧化物陶瓷基复合材料研究进展

从基体和纤维的选择、制备工艺等几方面综述了国内外氧化物陶瓷基复合材料的研究现状 ,着重阐述了溶胶—凝胶法、化学气相渗透法、反应熔体浸渗法、先驱体浸渗热解法、电泳沉积法、浆料浸渗热压和浆料浸渗结合氧化物先驱体浸渗热解法等氧化物基复合材料制备工艺原理及其优缺点。

复合氧化物陶瓷在Na_3AlF_6Al_2O_3熔体中的溶解性

用等温饱和法测定了NiFe2O4,ZnFe2O4,ZnAl2O4在Na3AlF6 Al2O3熔体中的溶解度,研究了电解质温度、Al2O3浓度和NaF与AlF3的分子比对NiFe2O4溶解度的影响.试验结果表明:NiFe2O4组元中Ni和Fe在熔盐中的饱和溶解度分别为0.0085%和0.0700%;ZnFe2O4组元中Zn和Fe的饱和溶解度则为0.0313%和0.0700%;ZnAl2O4组元中Zn的饱和溶解度为0.0265%;NiFe2O4在铝电解质熔盐中具有较强的抗腐蚀性能,是一种较好的金属陶瓷惰性阳极基体材料;NiFe2O4的溶解过程受离解及离解产物NiO与Fe2O3的化学溶解2个过程的控制,为提高NiFe2O4基陶瓷材料的耐腐蚀性能,宜采用低电解温度、低分子比和高氧化铝浓度等电解条件.

钙钛矿复合氧化物纳米陶瓷薄膜材料的结构与导电性

实验以柠檬酸为配体 ,采用 ISG法制备了钙钛矿型稀土复合氧化物 La MO3 (M为Ni3 +、Co3 +、Cr3 +和 Fe3 + )纳米陶瓷薄膜 ,研究其在还原气氛下的结构与薄膜导电性的关系 ,通过 B位离子对钙钛矿型稀土复合氧化物气体敏感效应影响的考察 ,发现随着还原程度的增大 ,纳米薄膜的化学吸附氧减小 ,氧空位增多 。

纳米xBaO·(0.35-x)Nd_2O_3·0.65TiO_2复合金属氧化物陶瓷的制备与介电性能

用柠檬酸盐法合成出组成为xBaO·( 0 35 x)Nd2 O3 ·0 6 5TiO2 复合氧化物 ,采用DTA TG ,IR ,XRD ,TEM进行物性表征。实验结果表明 :该复合氧化物的形成温度为 80 0℃ ,平均粒径为 30nm。在富TiO2 区 ,BaO/Nd2 O3 ≤0 4时 ,成瓷温度较宽 ( 1 2 80～ 1 36 0℃ ) 。

复合稀土氧化物对氧化铝陶瓷耐磨性能的影响研究

讨论了不同类型和不同量的六种稀土氧化物La2O3、CeO2、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3、Dy2O3对氧化铝陶瓷进行掺杂的试验过程,研究表明:某两种或两种以上稀土氧化物一起添加到氧化铝陶瓷中,比单一稀土氧化物添加到氧化铝陶瓷中对提高陶瓷耐磨损性能的效果要好。

复合氧化物掺杂法制备抗还原BCTZ系陶瓷的研究

提出了一种制备抗还原BCTZ系陶瓷材料的新工艺.采用溶胶-凝胶法在500-800℃下合成复合氧化物掺杂剂,此掺杂剂与水热法合成的超细(Ba1-xCax)(Ti1-yZry)O3粉体混合球磨可得抗还原介质瓷料,该瓷料可在还原性气氛中烧成适用于贱金属电极的,具有高介电常数和低介质损耗的多层陶瓷电容器陶瓷材料.本文讨论了复合氧化物掺杂剂的合成温度、陶瓷烧结温度和退火时间等工艺参数对陶瓷介电性能和微结构的影响.研究表明,在低温下合成的纳米颗粒的复合氧化物掺杂剂(纳米掺杂剂)很适合超细瓷料的掺杂改性.在500-800℃内,复合氧化物掺杂剂的合成温度升高将导致BCTZ系陶瓷的居里点、介质损耗和介电常数最大值的降低.对陶瓷烧结工艺的研究表明,采用此新工艺可获得符合Y5V标准的BCTZ系抗还原介质陶瓷,其室温相对介电常数不小于18000,介质损耗低于0.7％,绝缘电阻率达到1012Ω·cm,居里点在5-20℃之间可调,平均晶粒尺寸GAV小于4μm.该新工艺可望用于大容量Y5V镍内电极多层陶瓷电容器的生产.

复合添加剂中稀土氧化物对ZTA陶瓷力学性能的影响

利用复合烧结助剂，降低ＺＴＡ陶瓷烧结温度并保持优良力学性能，就不同稀土氧化物的影响进行研究，含Ｙ２Ｏ３添加剂生成富钇晶界相使材料的强度受到损害，含Ｌａ２Ｏ３或ＣｅＯ２的复合烧结助剂对强度有较大程度改善作用，在１４００～１４５０℃的低温烧结强度可超过５００ＭＰａ；断裂韧性也以添加Ｌａ２Ｏ３和ＣｅＯ２并在１４００℃低温烧结取得最好结果，达６．７ＭＰａ√ｍ。微观结构分析表明，含Ｌａ２Ｏ３和ＣｅＯ２氧化铝复相陶瓷断裂路径曲折，裂纹出现架桥、分叉，使断裂能提高。

PZT/Y_(0.9)Ca_(0.1)Ba_2Cu_4O_8及Ag_2O掺杂的复合氧化物陶瓷的NTC效应

报道了压电材料PZT中掺杂超导粉Y0 .9Ca0 .1Ba2 Cu4O8,而超导粉中又有Ag2 O的掺杂。这种复合氧化物陶瓷的制备方法及电导率的测试结果 ,表明材料具有很强的NTC效应。

氧化物/氧化物自生复合陶瓷的生长机理与微观结构的研究进展

基于国外定向凝固氧化物/氧化物自生复合陶瓷的晶体生长动力学行为研究,阐述了其动力学机制,分析动力学因素对微观结构的影响,探讨了晶体生长动力学行为与微观结构之间的关系;同时结合以重力、超重力下燃烧合成、快速凝固技术所制备的新型高强韧Al_2O_3/YSZ自生复合陶瓷,探讨了自生复合陶瓷在快速凝固条件下的晶体生长动力学行为。结合定向凝固与快速凝固两种晶体生长机制,得出过冷度、凝固界面前沿的温度梯度是影响晶体生长方式的重要因素,且受二者控制的晶体生长速率则决定材料的微观结构与形态。

氧化物陶瓷基复合材料中晶须／基体界面的特性及作用

本文研究了ＳｉＣ晶须增韧氧化物陶瓷基复合材料中的晶须／基体界面结构性质及其在补强增初作用中的作用机制．ＴＥＭ观察结果表明：复合材料中的ＳｉＣｗ／Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（２Ｙ）和ＳｉＣｗ／ＺｒＯ２（６Ｙ）界面结合致密，在分析电镜下未发现明显的界面过渡层或界面相．由于膨胀失配而受拉应力作用的界面基体一侧往往成为微裂纹形核的有利部位，ＺｒＯ２中ｔ－ｍ相变的体积膨胀效应可以部分抵消这种热应力，调整基体的受力状态，从而使ＳｉＣｗ／基体的界面结合强度提高，微裂纹数量减少．ＳｉＣｗ对氧化物陶瓷的强韧化效果决定于ＳｉＣｗ／基体界面的结构性质．

铈镧复合氧化物对ZnVCrO陶瓷显微结构及压敏性能的影响

采用混合氧化物工艺经850℃、4h烧结制备了铈镧复合氧化物掺杂的ZnVCrO基压敏陶瓷,综合应用XRD、SEM、EDS和伏安电学特性测试等方法研究了铈镧复合氧化物掺杂在0%~0.6%(质量分数)范围内对显微结构和压敏性能的影响。结果显示,所有样品以ZnO为主晶相,以Zn_3(VO_4)_2、ZnCr_2O_4为第二相,含掺杂样品中还形成Ce(La)VO_4固溶体,其含量随掺杂量增加而升高。铈镧复合氧化物对烧结影响不大,但其含量大于等于0.4%(质量分数)时可大幅提高ZnVO基压敏陶瓷显微组织的均匀性。0.4%(质量分数)铈镧复合氧化物掺杂样品压敏性能最优:非线性系数为24.7,压敏电压为1 029V/mm,漏电流为92μA/cm^2。

复合氧化物陶瓷材料在较低温度下的催化性能

含有稀土的陶瓷材料钙钛矿型复合氧化物,在一定条件下,对特定的化学反应,具有催化活性。含烯土镧的四元复合氧化物 R_xB_(1-x)M)yT_(1-y)O_3,在80～90℃的较低温度和1大气压下,对 NO_x 和 CO 的氧化还原有催化作用。在微反应器中,通入模拟的大功率 CO_2激光器的工作气体,测定不同温度和不同空速下的氮氧化物转化率,结果表明这类氧化物可以作为实现 CO_2激光器工作气体在器腔内循环转化的催化剂,从而为延长激光器的连续工作时间创造了条件。

激光增材制造超高温氧化物共晶陶瓷研究进展

超高温氧化物共晶陶瓷具有优异的高温强度、高温蠕变性能、高温结构稳定性以及良好的高温抗氧化和抗腐蚀性能,成为1400℃以上高温氧化环境下长期服役的新型候选超高温结构材料之一,在新一代航空航天高端装备热结构部件中具有重要的应用前景。基于熔体生长技术,以选择性激光熔化和激光定性能量沉积为代表的激光增材制造技术具有一步快速近净成形大尺寸、复杂形状构件的独特优势,近年来已发展成为制备高性能氧化物共晶陶瓷最具潜力的前沿技术。本文从工作原理、成形特点、技术分类等方面概述了基于熔体生长的两种典型激光增材制造技术,综述了激光增材制造技术在超高温氧化物共晶陶瓷制备领域的研究现状和特点优势,重点介绍了选择性激光熔化和激光定向能量沉积超高温氧化物共晶陶瓷在激光成形工艺、凝固缺陷控制、凝固组织演化、力学性能等方面的研究进展。最后,指出了实现氧化物共晶陶瓷激光增材制造工程化应用亟需突破的关键瓶颈,并对该领域未来的重点发展方向进行了展望。

锰、铁、钴、铜氧化物陶瓷及其复合体的红外与热应力性质

对内行研制的Mn、Fe、Co、Cu氧化物陶瓷及其复合材料进行了红外光谱分析,结果表明:Mn、Fe、Co、Cu氧化物陶瓷材料具有优越的宽波段红外比辐射率,在波数为4800cm^(-1)到400cm^(-1)的区间内ε_(tatel)>0.93。光谱显示,涂以辐射层的复合材料的表面光学性质发生了很大变化,由于长石的加入和界面全内反射引起的辐射率降低得到改善。FT-IR反射光谱研究表明:此种材料在几乎整个红外区间都有较低的反射率,并且反射光谱与辐射光谱间存在一致的对应关系,该材料的加热实验证明其效果优于目前市售的几种红外辐射材料。同时对材料的耐热冲击性也作了研究。

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备技术及其研究现状与趋势

可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料具有较高的力学性能、抗高温氧化性能,良好的耐磨损性能、耐腐蚀性能,同时还具有优良的可加工性能。可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料主要有Al_(2)O_(3)/LaPO_(4)、Al_(2)O_(3)/CePO_(4)、ZrO_(2)/LaPO_(4)、ZrO_(2)/CePO_(4)等复合材料。本文主要阐述可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备技术和研究发展现状,以及可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的制备工艺、物相组成、显微结构、力学性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能,以及可加工性能等。并对可加工磷酸盐/氧化物陶瓷复合材料的未来发展方向和发展趋势进行分析和预测。