三维互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料的制备工艺

首先利用选择性激光烧结技术快速制备三维多孔石墨骨架,随后对其进行二次固化、碳化、真空压力浸渍硅溶胶等后处理,再将低粘度高固相水基陶瓷浆料注入其中,经冷冻干燥、高温烧结后获得三维互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料。结果表明,对多孔石墨骨架进行浸渍增强改性处理以及控制陶瓷坯体的干燥收缩率和烧成收缩率有利于保证三维复合材料的结构完整性,最终成功地制备出了抗压强度为28.28 MPa、导热系数为2.06 W·m^(-1)·K^(-1)、密度仅为1.23 g/cm^(3)的互穿网络结构石墨/莫来石陶瓷复合材料,其兼具有石墨相和陶瓷相的各自优点。

莫来石基陶瓷复合材料的力学性能

采用热压工艺制得致密的莫来石陶瓷和莫来石基陶瓷复合材料(ZTM、SiC晶须-莫来石、SiC晶须-ZTM)。通过引入SiC晶须或ZrO_2,使莫来石基陶瓷的力学性能有明显改善,SiC晶须和ZrO_2复合强韧则效果更为显著。组成为20vol.％SiC晶须-15vol.％ZrO_2-莫来石陶瓷材料,其室温及800℃的抗弯强度和断裂韧性分别为559MPa及425MPa,7.5MPa·m^(1/2)及7.4MPa·m^(1/2)。实验结果表明,莫来石基复合材料的相变增韧与晶须增韧机制的作用对韧性的贡献有良好的加和性。

陶瓷／石墨烯块体复合材料的研究进展

石墨烯是2004年首次成功制备的新型二维碳纳米材料。由于其独特的二维结构和优异的性能,近年来已成为国内外材料领域的研究热点。本文结合本课题组的相关工作,综述了石墨烯应用于陶瓷块体复合材料的新近研究成果,包括碳纳米管、SiOC、Al2O3以及Si3N4等为基体的石墨烯块体复合材料,重点介绍了陶瓷/石墨烯块体复合材料的制备方法、增韧机制以及优异的物化性能,并探讨了陶瓷/石墨烯块体复合材料的研究发展方向和应用前景。

机械剥离法制备石墨烯及其在石墨烯/陶瓷复合材料制备中的应用

扼要介绍了石墨烯特殊的二维结构及因这种结构导致石墨烯所具有的极其优异的电学、光学和力学性质。回顾了石墨烯的研究历史以及微机械剥离法在其中所起到的重要作用,并对主要制备方法进行了简要的介绍。然后,阐述了以机械磨为剥离工具的新型机械剥离法的发展和已取得的成果。最后,对利用机械剥离法制备石墨烯/陶瓷复合材料粉体的探索进行了总结和概括。同时,展望了机械剥离法在制备石墨烯及其复合材料中的应用前景。

陶瓷-石墨复合材料的摩擦磨损性能研究

对陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢摩擦副的摩擦磨损性能与ＧＣｒ１５钢／ＧＣｒ１５钢的作了对比试验研究．结果表明：分别在干摩擦和１０＃机械油润滑下，陶瓷－石墨复合材料／ＧＣｒ１５钢的摩擦因数均比ＧＣｒ１５钢自配副时的低，陶瓷－石墨复合材料试块的磨痕宽度也比ＧＣｒ１５钢试块的小．硬质陶瓷颗粒与石墨均匀弥散共存，提高了材料的强度和硬度，从而改善了材料的耐磨性．

石墨、陶瓷颗粒增强的锌铝基复合材料的研究

以锌铝合金ＺＡ－２７为基体，通过对石墨、陶瓷颗粒进行预处理、机械搅拌和合金化等，使石墨、陶瓷颗粒与熔融状态的锌铝合金复合成均匀的浆料，在高比压下挤压成型，得到石墨、陶瓷颗粒增强的锌铝合金复合材料铸件，其金属基体上均匀地分布着石墨、陶瓷颗粒。在有润滑和无润滑的情况下，复合材料的耐磨减摩性能均比ＺＡ－２７合金有较大幅度的提高。

陶瓷/石墨复合材料的制备及高温氧化性能

通过热压法制备了陶瓷/石墨复合材料。采用热分析仪考察了复合材料在1400℃～1600℃温度范围内的抗氧化行为;利用扫描电镜分析样品在1400℃和1600℃恒温氧化后的表面形貌。结果表明;陶瓷/石墨复合材料在1400℃氧化时有优良的自愈合抗氧化性能。在1600℃氧化时,对于粘度较高的样品来说,氧化新形成的玻璃膜可以弥补挥发形成的表面孔道,仍能形成均匀的、连续的玻璃膜覆盖在基体表面,从而有效地抑制氧气的进入。

硅溶胶强化辅助制备C纤维增韧氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料

通过氧化铝先驱体溶液循环浸渍热解结合硅溶胶浸渗强化的方法制备了三维C纤维预制体增韧的氧化铝结合莫来石陶瓷基复合材料 ,研究了氧化铝浸渗工艺对试样增重率、气孔率以及热处理温度对试样内气孔尺寸和分布的影响 ,分析了复合材料物相、微结构以及复合材料的力学性能。结果表明 ,硝酸铝饱和溶液浸渗纤维预制体并热解后试样的增重率和开气孔率呈类似抛物线曲线 ;由于硝酸铝分解生成氧化铝的煅烧温度不同 ,氧化铝晶态及物理特性不同 ,试样内气孔尺寸和分布差别较大 ;选择经过 115 0℃预处理的试样进行硅溶胶浸渗 ,然后 14 0 0℃处理 2h ,氧化硅与氧化铝完全反应生成莫来石 ,获得了较为致密的复合材料 ,室温三点弯曲强度和断裂应变分别为 180MPa和 2 .2 %。

莫来石基透气性陶瓷—金属复合材料的制备工艺

本文研究在以硅酸乙脂水解液为粘结剂情况下，莫来石和铁粉的粉浆浇注成型工艺对坯体质量及其烧结体性能的影响。结果表明，采用真空混浆、振动成型，能获得高质量的坯体；莫来石、铁粉在整个坯体中均匀分布，坯体表面及心部消除了空气中混浆产生的气孔。同时，提高了烧结体的强度，而透气系数和空气中混浆试样的几乎一致。

透气性莫来石基陶瓷-金属复合材料

本文报道了一种透气性Ｍｕｌｌｉｔｅ－Ｆｅ透气性陶瓷－金属复合材料，考察了原材料配比及工艺因素对透气性能及力学性能的影响。由于反应烧结过程中表面及内部生成的相组成物不同，使得材料的性能崐具有梯度性：整体具有较高的透气性，表面具有较高崐的强度。该材料不仅可用于流体的过滤，而且可制成崐模具，应用于塑料、橡胶的热成型以及Ｚｎ，Ａｌ，Ｍｇ，Ａｌ。

基于石墨烯的结构功能一体化氧化物陶瓷复合材料:从制备到性能

现代社会对于氧化物陶瓷材料的性能不断提出更高的要求,因此对于氧化物陶瓷复合材料的研究显得尤为重要。石墨烯作为一种具有卓越性能的二维碳材料,非常适合作为增强相用于提高氧化物陶瓷复合材料的力学和电性能。本文系统总结了过去十年来基于石墨烯的氧化物陶瓷复合材料的相关研究和报道,从石墨烯/氧化物陶瓷复合材料的制备、烧结、微观结构到性能进行了比较全面的介绍,从中可以看出:(1)石墨烯的引入使得氧化物陶瓷的力学性能在强度、断裂韧性、应变容忍度等方面获得全面的提升;(2)在电性能方面,石墨烯/氧化物陶瓷复合材料不仅具有低渗流阈值和良好的电导,而且其载流子类型还可以通过调节氧化物基体中的氧空位浓度来调控。因此,基于石墨烯的氧化物陶瓷复合材料有望作为一种高性能结构功能一体化陶瓷获得应用。

3D打印三维石墨烯及其高性能陶瓷基复合材料

石墨烯具有高强度、高导电、高导热等优异性能,可以显著提高陶瓷基复合材料的力学、电学和热学等性能。但受到分散均匀性、体积分数、界面调控等因素的影响,石墨烯优异的性能在陶瓷基复合材料中还无法发挥。3D打印是一种简单快速的增材制造技术,可以获得结构可控、形状多样化、大尺寸的三维石墨烯。三维石墨烯具有高的比表面积、大的孔隙率、优异的可压缩性和相互连接的导电网络,可以有效避免石墨烯堆积团聚。通过组分系统设计,可以获得具有剪切稀化特性的石墨烯浆料,流变性能结果显示浆料粘度随剪切速率增加而减小。利用化学气相渗透工艺将SiC基体引入3D打印三维石墨烯,获得三维石墨烯/SiC复合材料。SiC基体可均匀分布在石墨烯片层间,对提升石墨烯在复合材料中的增韧效果具有重要作用。3D打印三维石墨烯结合化学气相渗透工艺有望实现高性能石墨烯/陶瓷基复合材料的结构/功能一体化。

Al_2O_3陶瓷—石墨/超高分子量聚乙烯杂交纤维复合材料装甲抗弹性能研究

对以Al2 O3 陶瓷作面板、以石墨与超高分子量聚乙烯杂交纤维增强环氧树脂基复合材料为背板的复合装甲的抗弹性能进行了理论分析和实验研究 ,探讨了面板与背板的材料参数、几何参数等对复合装甲的抗弹性能的影响 ,得到了具有工程指导意义的结论。

镀铜导电陶瓷颗粒Ti_3SiC_2对铜-石墨复合材料性能的影响

采用超声波化学镀覆技术在导电陶瓷颗粒表面,可获得均匀、连续的镀铜层。用粉末冶金法将镀铜Ti3SiC2与铜、石墨制备成镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料,用金相显微镜和扫描电子显微镜观察和分析了复合材料的显微组织和断口形貌,并测试了它们的电阻率、硬度和抗弯强度。结果表明:随镀铜Ti3SiC2含量的增加镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料的导电性、硬度和抗弯强度显著提高,并且各项性能明显优于不镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料。

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3/Cu/石墨复合材料;采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3/Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响;采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:Al2O3/Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低,当石墨含量大于1.0%后,摩擦系数降低明显;当石墨含量低于3%时,Al2O3/Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低;当石墨含量低于2.0%时,石墨对Al2O3/Cu基复合材料的硬度无明显影响;当石墨含量超过3.0%后,Al2O3/Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低;此外,石墨使得Al2O3/Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短;当石墨含量达到2.5%时,复合材料磨损表面微裂纹消失.这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜,从而降低摩擦力并减少裂纹源所致.

多层石墨膜-陶瓷复合材料的制备及其导热性能

采用热压成型工艺成功制备了多层石墨膜-陶瓷复合材料,研究了成型工艺参数,如压力、温度对试样Z轴方向导热性能的影响,以及石墨膜层数对复合材料导热性能的影响。结果表明:当成型压力>1 MPa时,陶瓷粘接剂内部会产生裂纹甚至破碎,当成型压力<1 MPa时,陶瓷粘接剂不致密,内部有许多微小的孔洞,当成型压力为1 MPa时,试样内部孔隙相对较少,表面较平整;石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向的导热系数随成型温度升高而增大,随石墨膜层数增加而增大,但其抗弯强度随石墨膜层数增加而降低。当石墨膜层数为5层时,多层石墨膜-陶瓷复合材料Z轴方向导热系数能达到6.5 W·m^(-1)·K^(-1),抗弯强度达到15 MPa,可作为热界面材料,替代导热硅胶片。

基于极小曲面的互穿网络结构石墨/Al_(2)O_(3)陶瓷复合材料的制备

利用选择性激光烧结技术制备了隐式函数调控的三周期极小曲面连续网络结构多孔石墨骨架.采用凝胶注模成型技术制备的含有氧化铝固相体积分数为56%的陶瓷浆料与连续网络结构多孔石墨骨架复合,经冻干干燥和高温烧结后得到石墨/Al_(2)O_(3)陶瓷导电复合材料.研究表明:当石墨含量一定时,制备的互穿网络结构石墨/Al_(2)O_(3)陶瓷复合材料的电导率和抗压强度由连续网络结构石墨骨架的周期控制,周期越大复合材料的导电性和抗压强度越强.经二次固化、浸渍、碳化、烧结处理的石墨骨架的密度由0.59g/cm^(3)上升至1.24g/cm^(3),导电率由0.0125S/cm上升到183.80 S/cm,抗弯强度为20.34MPa;石墨质量分数为6.85%时,互穿网络结构石墨/Al_(2)O_(3)陶瓷导电复合材料的导电性可达146S/cm,其抗压强度可达23.55MPa.

石墨烯/陶瓷复合材料的研究进展

在陶瓷中引入第二相材料是改善陶瓷材料结构和性能的有效途径。纤维、晶须、颗粒等用于改善陶瓷,但难以满足陶瓷材料的应用要求。石墨烯具有大的比表面积和优异的机械、导电、导热等性能,是制备性能优异的陶瓷复合材料的理想填料。系统总结了石墨烯/陶瓷复合材料的研究成果,综述了石墨烯/陶瓷复合粉体的制备方法、成型工艺和致密烧结工艺技术,评价了制备方法对石墨烯和复合材料的影响。总结了石墨烯/陶瓷复合材料的机械、导热、导电和摩擦磨损性能,并揭示了复合材料性能改善的机理。最后,指出了石墨烯/陶瓷复合材料面临的挑战和发展方向。

石墨烯/陶瓷基复合材料研究进展

2004年以来,石墨烯以其优异的力学、电学、热学和光学性能以及独特的二维结构成为材料领域的研究热点。本文结合作者所在课题组的相关工作,综述了石墨烯应用于陶瓷基复合材料的国内外研究进展,重点介绍了石墨烯/陶瓷复合粉体的制备、石墨烯/陶瓷基复合材料的烧结工艺以及性能,探讨了石墨烯/陶瓷基复合材料的研究发展方向及应用前景。

天然石墨/陶瓷复合材料的制备及其性能

为了拓展天然石墨的应用领域,通过热压工艺,在天然石墨中掺杂B、Si和Zr陶瓷组元,制备了天然石墨/陶瓷复合材料,利用SEM、XRD等分析手段研究了材料微观结构,并探讨了掺杂组元以及天然石墨颗粒大小对材料性能的影响.结果表明:掺杂Zr可有效地提高石墨材料的热导率,B的加入可有效地提高石墨材料的力学性能,而Si的加入可加速Zr对石墨材料的催化石墨化;随着天然石墨粒径的增加,制得石墨材料的热导率也随之增加,其中,以粒径为13μm的天然石墨制得的材料强度和密度为最优.