纳米Si-B-O-N陶瓷粉末的合成与表征

为了制备氧化硅和氮化硼在分子甚至于原子级水平均匀混合的纳米级Si-B-O-N陶瓷粉体,利用溶胶-凝胶法合成了无碳型Si-B-O-N先驱体,通过先驱体热分解制备了Si-B-O-N陶瓷粉末,并利用DSC-TG、XRD、IR和TEM技术详细分析了Si-B-O-N先驱体凝胶的热分解特性和纳米粉体的组织结构与形貌特征.研究表明:先驱体凝胶的热分解主要发生在250～400℃,通过脱氨基原位聚合和无机化转变完成;Si-B-O-N陶瓷粉体呈非晶态,由均匀分布的B-N环、Si-O和Si-N-O等结构组成;粉末的形貌呈单一形态的球形颗粒,颗粒的平均粒径约为20nm.

Si-B-O-N陶瓷粉末的制备与性能表征

本文使用溶胶凝胶法制备了有机聚合物先驱体,通过高温裂解得到了不含氧化硼的Si-B-O-N陶瓷粉末。采用XRD、FT-IR和TEM等技术分析了Si-B-O-N陶瓷粉末结构特性。研究表明Si-B-O-N陶瓷粉体呈非晶态,其中含有B-N,Si-O,Si-N-O等结构单元。粉末由球形粒子组成,其粒径在50nm左右。

生物活性陶瓷iRoot BP Plus^(■)在儿童年轻恒前牙复杂冠折牙髓切断术中的应用

目的:观察生物活性陶瓷材料iRoot BP Plus^(■)(Innovative BioCeramix Inc,Vancouver,BC,Canada)在儿童年轻恒前牙复杂冠折牙髓切断术中的应用,并对其预后进行分析,为该术式的更广泛应用提供临床参考。方法:收集2017年3月至2022年9月因恒前牙复杂冠折就诊于北京大学口腔医院急诊科,行以生物活性陶瓷iRoot BP Plus^(■)为盖髓剂的牙髓切断术患者。根据患者术前根尖片和初诊病历显示为年轻恒牙者,纳入97颗年轻恒牙进行研究。收集患者初诊及复查时的临床及影像学检查资料,临床检查包括根尖孔形成情况、松动度、牙冠颜色、牙髓活力测试(冷测)、有无脓肿和瘘管,影像学检查包括根周膜连续性、根尖周低密度影像、复诊时盖髓剂下方牙本质桥形成情况、髓腔及根管钙化情况,并对上述结果进行分析。结果:最终纳入有复诊记录的64例患者共75颗患牙,其中男性37例(57.8%),女性27例(42.2%),就诊时平均年龄为9.1岁,平均随访时长19.3个月。采用iRoot BP Plus^(■)盖髓的牙髓切断术后6个月成功率为96.0%,术后1年成功率为94.7%。术后复查2年以上者共23例,累计失败6例。成功率在患牙就诊时距外伤的时间是否超过24 h组中(P=0.61)以及是否松动组中(P=0.28)的差异无统计学意义。结论:对无移位性损伤的年轻恒牙复杂冠折患牙,采用iRoot BP Plus^(■)盖髓的牙髓切断术1年成功率很高,该术式具备广泛推广价值。

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.

SLA打印制备融合TPMS氧化铝陶瓷支架结构优化设计研究

三周期最小表面(TPMS)结构具有优异的力学性能与生物医学性能,设计制造合适的TPMS骨支架结构能为骨修复、骨替代、骨愈合的临床治疗提供可能。本文基于人体骨组织结构参数分别设计了以P、G、D三种类型为主的TPMS支架及其不同融合系数K值影响下的融合TPMS支架,采用紫外立体光刻技术(SLA)打印制备了陶瓷生坯,通过脱脂与烧结后处理获得了成型氧化铝陶瓷支架,并对支架模型与成型陶瓷试样分别进行了有限元仿真与实验测试。结果表明:1)陶瓷支架具有相对光滑的表面与较高的成型精度,其整体形态与设计模型基本一致,侧面比顶面稍显粗糙。2)与单类型结构相比,融合TPMS结构支架表现出较好的抗压强度与应力分布。其中,当融合系数K=4时,P与G结构融合支架支架的力学性能最优,抗压强度为71.72 MPa,最大应力与平均应力分别为141.90和13.214 MPa;3)融合结构的渗透性均弱于单类型结构,且不同融合系数K值的结构支架渗透性也不同,结合数值模拟与实验数据,当融合系数K=1、2时,P与G结构、P与D结构融合支架渗透性表现较好。综上,当融合系数K=1时,P与G结构融合支架同时具备较优的力学性能和渗透性,适合作为人体骨支架结构类型。

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。

增材制造钛酸钡压电陶瓷的高温烧结与极化工艺研究

为提高增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的综合性能,本文研究了BaTiO_(3)压电陶瓷的浆料剪切变稀特性及数字光处理(DLP)成型特性,揭示了DLP成型BaTiO_(3)压电陶瓷坯体在不同烧结温度条件下的致密化机制,探索了极化方向对DLP成型BaTiO_(3)陶瓷压电性能的影响规律。结果表明,调节高温烧结与极化工艺,可以在一定程度上改善DLP增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的电学性能。当烧结温度为1420℃、保温时间为2 h时,压电系数d_(33)最大,为163.4 pC/N,样品层间结合紧密,晶粒尺寸均匀。当Z轴与极化方向夹角由0°变为90°时,相对介电常数εr和d_(33)分别提高了29.37%和27.01%。当固含量为80%(质量分数)、烧结温度为1420℃、Z轴与极化方向夹角为90°时,样品d_(33)最大,达到182.4 pC/N。

氧化锆和氧化镧共掺杂对堇青石多孔陶瓷性能的影响

为实现堇青石相的低温合成,采用粒度为≤0.044 mm的煅烧高岭土、粒度为≤0.074 mm的烧结镁砂和d_(50)=2.6μm的二氧化硅微粉为主要原料,以分析纯的氧化锆和氧化镧为烧结助剂,以聚乙烯醇PVA溶液为结合剂,按照堇青石理论配比,在60 MPa压力下成型为φ30 mm×30 mm的试样,干燥、煅烧后制备了堇青石多孔陶瓷。研究了烧结助剂氧化锆添加量(外加质量分数为0、8%)、氧化镧添加量(外加质量分数分别为0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%)和煅烧温度(分别为1200、1250及1300℃)对堇青石多孔陶瓷常温物理性能、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)在1300℃下,当试样中引入8%(w)氧化锆和0.6%(w)氧化镧时,试样的物理性能较优;2)氧化锆和氧化镧共掺杂可在显气孔率变化较小的情况下,提高试样的力学性能,且促进堇青石相的生成;3)氧化锆和氧化镧共掺杂可一定程度上降低堇青石相的合成温度,提高试样的综合性能。

金属间化合物MoSi_(2)协同SiC晶须增韧Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的制备及切削性能

为进一步提高Si_(3)N_(4)陶瓷刀具的强度和韧性,克服单一增韧方式以及金属粘结剂增韧的局限性,本工作利用金属间化合物协同晶须对其增韧补强,将MoSi_(2)颗粒和SiC晶须添加到Si_(3)N_(4)陶瓷基体中,制备出Si_(3)N_(4)/MoSi_(2)/SiC_(w)(SMC)复合陶瓷刀具材料。结果表明:SiC晶须的加入可以有效提高Si_(3)N_(4)陶瓷的断裂韧性,MoSi_(2)的加入可以显著提升Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度。连续干切削45#淬火钢时,相较于商用刀具YBC251,SMC复合陶瓷刀具的寿命及切削稳定性提升显著。其中,添加了SiC晶须的SMC3(MoSi_(2)10%(未作特别说明时均为质量分数),SiC_(w)10%)及SMC2(MoSi_(2)0%,SiC_(w)10%)刀具的寿命均比未添加SiC_(w)的SMC1(MoSi_(2)10%,SiC_(w)0%)更长。随着切削深度的增加,未添加MoSi_(2)的SMC2易出现崩刃现象,切削稳定性不如协同增韧的SMC3。

利用废岩棉制备高性能泡沫玻璃陶瓷的实验研究

以工业垃圾废岩棉和废玻璃为原料,以CaCO_(3)为发泡剂制备出高强度泡沫玻璃陶瓷。研究了废岩棉和废玻璃的添加量及烧结温度对泡沫玻璃陶瓷材料性能的影响。结果表明:随着废岩棉添加量的增加和烧结温度的提高,熔体黏度会降低,不利于气泡结构的稳定;在废岩棉添加量为40%、750℃烧结温度下得到的样品容重为0.54 g/cm^(3)、孔隙率为62.5%、抗压强度为4.76 MPa;样品主晶相为亚硅酸钙和石英晶相,加入TiO_(2)作为晶核剂后主晶相改变为榍石;TiO_(2)掺量为10%时,在750℃烧结20 min更经济,所得样品容重为0.82 g/cm^(3)、孔隙率为50%、抗压强度为7.76 MPa。

陶瓷增强铝合金互渗相复合材料的半固态设计和成形

目的开发一种针对金属-陶瓷互渗相复合材料生产的高效方法,以提升该类材料在高温高负荷环境中的使用寿命和工作可靠性。方法采用数值扫描技术研究了半固态成形过程,以铝合金为金属成分、氧化铝开孔体为陶瓷成分,制备了复合材料。通过模拟2种腔体(开放式和封闭式)的金属陶瓷压铸成形过程模拟不同的模腔设计,详细分析了腔体内的压力水平及其分布情况,探讨了压铸温度、金属液相体积分数等参数对材料成形质量的影响。结果封闭模腔能够在成形过程中产生更加均匀的压力分布,有助于减少如气孔、未渗透区域等材料缺陷,并提高金属与陶瓷之间的互渗质量。与封闭模腔相比,开放模腔在控制材料均匀流动和确保渗透效果方面效果较差。结论采用封闭模腔的半固态成形工艺能显著提升金属-陶瓷互渗相复合材料的整体质量和性能,有效减少成形缺陷,为高性能金属-陶瓷复合材料的制备提供了一种有效路径。

压电陶瓷驱动的MEMS微结构底座激励方法研究

介绍了基于压电陶瓷底座激励方法的发展现状,总结了激励方法在具体实现方式上存在的问题。压电陶瓷在工作过程中会受到横向剪切力作用,导致压电陶瓷的损坏;弹性底座反复变形会导致微结构脱落。设计了一种由带有球冠状凹槽的上联接块和带有球冠状凸起的下联接块组成的点接触式可动底座结构,并设计了一种由圆柱安装体和三个安装臂组成的弹性底座,制作了基于压电陶瓷的底座激励装置,搭建了微结构动态特性测试系统,并对两种微结构的动态特性进行了测试实验,结果表明改进后的压电陶瓷底座激励装置可以有效的实现对微结构的激励。

陶瓷器物与书法的和谐之美——记礼品瓷《仲景园》的教学创作实践

陶瓷和书法都是古老而又独特的中国传统艺术,陶瓷是一门土与火的中国传统艺术,而书法是中国文字学文明的见证,也是最受欢迎的雅俗共赏的中国传统艺术之一。本文透过礼品瓷《仲景园》的教学创作实践,站在新的独特视角关注陶瓷与书法的和谐之美,阐述书法打破安身立命之所在的“独属标签”,将其饰于陶瓷器物之上,而陶瓷器物寻找建立自身体系的根基之外,重拾志趣,借行、草、隶、篆等书法形式的风骚作装饰,以塑造器物本身内外兼修的精神,有利探究中国书法艺术与陶瓷器物装饰新的表现形式。

陶瓷结合剂金刚石团聚磨料探索

细粒度金刚石微粉大量积压是目前金刚石微粉制造行业面临的问题之一,为促进其应用,以铝硼硅结合剂为黏接剂、Si粉和Ti粉为添加剂制造团聚磨料试样,并将制成的团聚磨料加入铝硼硅结合剂中制成陶瓷结合剂试样,对所制试样的抗弯强度、物相构成和微观形貌进行分析。结果表明:添加Si或Ti的铝硼硅黏结剂均能起到团聚金刚石的作用;当团聚磨料中Si或Ti的质量分数为10.0%时,所制得的陶瓷结合剂试样抗弯强度最大,且添加Si的团聚磨料试样抗弯强度为43.74 MPa;当Si或Ti的质量分数超过10.0%时,团聚磨料试样中出现大量Si或者TiO2峰,其抗弯强度急剧下降;添加Si的团聚磨料试样与添加Ti的团聚磨料试样相比,其具有更大的粒度和更均匀的粒度分布,添加Si的铝硼硅黏结剂可将1~2μm的磨料团聚为5~10μm的磨料。

皮秒激光不同图案化处理氧化锆陶瓷对其粘接性能的影响

目的:研究皮秒激光在牙科氧化锆表面不同图案化扫描处理的结果,以及对氧化锆表面粘接性能的影响。方法:选取160例烧结氧化锆陶瓷试件,随机分为8个研究组,分别为空白对照组(A组)、喷砂对照组(B组)、皮秒激光处理组(C-H组,分别为:皮秒激光蜂窝状扫描、喷砂后皮秒激光蜂窝状扫描、皮秒激光横线状扫描、喷砂后皮秒激光横线状扫描、皮秒激光井字格状扫描、喷砂后皮秒激光井字格状扫描)。扫描电镜观察表面微观组织形貌;激光共聚焦显微镜观察3D形貌,原子力显微镜测量表面粗糙度Ra;X射线衍射仪观测表面晶相组成的转变;电子万能试验机测量抗弯强度,测定氧化锆陶瓷与自粘型树脂水门汀的剪切强度;光学体式显微镜下观察断裂模式;采用SPSS26.0对所得结果进行单因素方差分析及多重检验。结果:皮秒激光在氧化锆表面扫描后,可分别得到蜂窝状、平行的等间距横线状及等间距井字格状图案;不同图案化处理后氧化锆表面粗糙度不同,横线状B组最大,为14.92μm;激光表面处理不会导致表面晶相转变;经过皮秒激光处理后,剪切粘接强度明显增加(P<0.05),C组的粘接强度最大,为(26.86±1.53)MPa,约为A组的7.4倍;断裂模式由A组与B组的完全粘结破坏转变为内聚破坏和混合破坏;激光处理后的氧化锆陶瓷抗弯强度满足临床应用要求。结论:皮秒激光对氧化锆表面进行图案化处理能够提高氧化锆与树脂水门汀的粘接强度,是一种有前景的氧化锆表面改性方法。

网状孔壁碳化硅基多孔陶瓷的制备及其颗粒物过滤研究

为了提高碳化硅基多孔陶瓷的过滤性能,以碳化硅粉体、氧化铝粉体、聚醚多元醇、多亚甲基多苯基异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡、三乙烯二胺、稳泡剂硅油(阿拉丁)为原料,通过聚氨酯发泡技术,研制了三维(3D)网状孔壁结构的碳化硅基多孔陶瓷试样,并探索了料浆固含量(固相质量分数分别为45%、50%、55%和60%)对试样显微结构、物理性能和颗粒物过滤性能的影响。结果表明:1)随着固含量的升高,试样体积密度和常温耐压强度提高,显气孔率降低;2)聚氨酯发泡过程中产生的微孔会分布在陶瓷孔壁上形成网状孔壁结构,增大颗粒物与孔壁碰撞概率,提高试样的过滤效率;同时,网状孔壁结构还可以提高试样气孔贯通性,降低其压降;3)当固含量为55%(w)时,试样体积密度约为0.57 g·cm^(-3),显气孔率为79.2%,常温耐压强度为3.7 MPa;且对颗粒物的去除率高达91.2%,具有良好的再生性能。

粉煤灰基陶瓷膜支撑体的制备与尺寸放大试验

选取固体废物粉煤灰作为支撑体骨料,TiO_(2)为烧结助剂,羧甲基纤维素(CMC)为黏结剂,木炭粉为造孔剂,采用固态粒子烧结法制得初始陶瓷膜支撑体样品,并对其进行等比尺寸(直径)放大制备。探究支撑体尺寸放大制备中烧结温度、造孔剂添加量、尺寸(直径)放大倍数等因素对支撑体性能的影响,对物质组成、微观形貌、抗折强度、纯水通量、酸碱腐蚀率及孔径分布等性能进行表征。结果表明:最高烧结温度为1 050℃,造孔剂木炭粉添加量为15%(质量分数),放大到原尺寸(直径)的2倍时,所制得支撑体性能最佳,其内部孔隙均匀,颈型结构明显,纯水通量为4 728.26 L/(m^(2)·h·MPa),抗折强度为25.15 MPa,中值孔径为3.06μm,孔隙率为38.56%,酸、碱质量损失率分别为0.33%、0.25%。

环巢湖旅游手工陶瓷类文创产品开发与利用研究——基于数字化背景下巢湖文创产品的人文解读

巢湖位于中国安徽省合肥市巢湖市境内,是中国最大的淡水湖之一。而近年来兴起的环巢湖旅游,则是一种对于环巢湖区域的“一湖、两城、十二镇”展开的以欣赏湖光山色、探索湖区文化和体验湖区生态为主要内容的旅游活动。本文通过对巢湖旅游手工陶瓷类产品的实地调研为切入点,结合现代数字化技术对于工业产品创意的影响,将具有巢湖印记的手工陶瓷类文创产品的开发与利用研究作为讨论重点。探讨在现代时代背景下消费者对于文创产品的需求观念,以及追寻创意-创业-消费三者之间的关系,进而对于环巢湖这一特定地域进行人文、历史、环境的分析,将环巢湖旅游手工陶瓷类文创产品作为现代技术和手工创意结合的产品,构想出技术与艺术融合的现代化路径。笔者以期以环巢湖旅游手工陶瓷产品为输出口,将文化、技术、艺术、环境、进行整体性的设计,提出具体的对于环巢湖旅游文创产品的创新理念,并且融入多元的文化价值,使得现代化的创意产品可以在一定程度上对于大众审美做出有效引导。

膜层厚度对6061铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层结构与性能的影响

为了明确膜层厚度对铝合金黑色微弧氧化陶瓷膜层的黑度、耐蚀性和硬度的影响规律,促进其实际应用,在硅酸盐-钒酸盐复合溶液体系中对6061铝合金进行微弧氧化处理,通过控制微弧氧化时间获得具有不同膜层厚度的铝合金黑色陶瓷膜层。利用测厚仪、粗糙度测量仪、SEM和EDS对黑色陶瓷膜层的表面结构、膜层成分和粗糙度等进行表征,并借助色差仪、维氏硬度计和电化学工作站等研究了膜层厚度对陶瓷膜层的黑度、显微硬度和耐蚀性的影响。结果表明:膜层厚度对黑色陶瓷膜层的表面形貌、粗糙度、显色特性、硬度和耐蚀性有较大影响。随着微弧氧化时间延长,膜层厚度增加,膜层表面更为粗糙,表层放电微孔数量减少,放电微孔孔径增大;当膜厚达到30.786μm时,陶瓷膜层的放电微孔显著增大,孔径达到10μm。随着膜层厚度增加,陶瓷膜层的黑度增加,显微硬度提高,但耐蚀性先增强后降低。当膜层厚度为20.781μm时,陶瓷膜层的黑度和硬度较高,耐蚀性最好,其在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为1.093×10^(-6) A/cm^(2)。

SiC陶瓷的磨削去除机理及参数对磨削力影响

为探究SiC陶瓷的磨削去除机理及磨削参数对磨削力影响规律,基于SPH(smoothed particle hydrodynamics)法建立了单磨粒冲击SiC陶瓷仿真模型,分析了SiC磨削裂纹产生和扩展机制;通过单因素试验分析了v_(s),v_(w)和a_(p)对SiC磨削去除机理、法向磨削力和切向磨削力的影响规律.结果表明,磨粒冲击导致中位裂纹和横向裂纹产生,随着磨粒压入深度的增加,横向裂纹向材料近表面区域扩展,当横向裂纹扩展至材料表面形成脆性断裂;随着v_(s)的增大,v_(w)和a_(p)的减小,磨削表面产生的凹坑区域和凹坑深度减小,塑性去除区域变大,法向磨削力和切向磨削力均呈减小趋势.研究成果为SiC构件的高效低损伤加工提供重要依据.