Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷的制备与表征

本研究分别用微量Zn^(2+)与Sn^(4+)取代Mg_(2)+与Ti^(4+),通过固相反应法制备了Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷,并采用阿基米德法、XRD、SEM、EDS及网络分析仪等手段,分析了材料的基本物性和介电特性。基本物性分析结果表明,烧结温度、Zn掺杂量x、Sn掺杂量y等因素对Mg_(2)TiO_(4)的晶体结构无明显影响,烧结致密性随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4),烧结致密性最佳,达到98%。微波介电特性分析结果表明,Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)的介电常数εr与品质因数Q×f值,均随烧结温度的升高而呈先增大后减小的趋势,且其谐振频率温度系数τf具有较好的稳定性,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O4,εr≈15.55,Q×f≈319690GHz,此时τf≈-52.06×10^(-6)·℃^(-1)。与前人的研究结果比较后可知,本研究制备的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4)不仅将烧结温度大幅下降至1300℃,还能将品质因子提升至319690GHz,使其微波介电性能得到有效改善。

Nd_(2)O_(3)对(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷结构和性能影响

以(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)为基,通过研究Nd_(2)O_(3)(0~0.20 mol%)掺杂(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷对物相结构、形貌和介电性能的影响,发现随着Nd_(2)O_(3)掺杂量的增加,(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶格参数、晶粒尺寸变化微弱,Nd^(3+)几乎不影响(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)陶瓷阳离子有序生长,而是在(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶界形成钉扎,通过降低介质外在损耗,有效提高陶瓷材料的Q×f值至45000(@15 GHz),并提高容量温度稳定性。

添加TiO_(2)对Si_(3)N_(4)陶瓷刀具切削性能的影响

通过气压烧结制备添加质量分数5%TiO_(2)的Si_(3)N_(4)陶瓷并制成刀具,研究了TiO_(2)对其显微组织、力学性能和切削性能的影响,并与未添加TiO_(2)烧结Si_(3)N_(4)陶瓷作对比。结果表明:添加TiO_(2)烧结Si_(3)N_(4)陶瓷主要由长棒状与等轴状的β-Si_(3)N_(4)晶粒组成,并伴有均匀分布的TiN相,与未添加TiO_(2)烧结Si_(3)N_(4)陶瓷相比,晶粒得到细化,硬度上升而断裂韧度略有下降;在连续切削灰铸铁过程中,添加TiO_(2)的Si_(3)N_(4)陶瓷刀具具有更长的切削寿命(有效切削长度为2410 m),并且保持了刃口的完整性,切削后黏着磨损碎片较小。

表面活性剂对Mg_(2)TiO_(4)微波陶瓷注射成形喂料流变性能的影响

分别添加硬脂酸(SA)、油酸(OA)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH570)等4种表面活性剂对Mg_(2)TiO_(4)粉末进行改性,通过红外分析和粒度测试,研究表面活性剂对Mg_(2)TiO_(4)粉末粒径分布的影响和作用机理。并用改性前后的Mg_(2)TiO_(4)粉末制备装载量(体积分数)为44%的注射成形喂料,通过表征粉末喂料的黏度、最大装载量φ;、流变激活能和屈服应力来研究不同改性剂对喂料流变性能的影响。结果表明:表面活性剂通过化学吸附与Mg_(2)TiO_(4)粉末相接,可有效减少粉末团聚。用OA对Mg_(2)TiO_(4)粉末进行改性可使喂料黏度从39.55 Pa·s显著下降到5.43 Pa·s(剪切速率为100 s^(-1)),激活能从62 kJ/mol下降到38k J/mol,并且在170℃得到最低的屈服应力12 Pa (改性前为1 832 kPa)。用KH560改性的喂料φ;最大,为135%。

干压成型-固相反应法制备MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷

为了解决固相烧结法制备MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷过程中体积膨胀导致性能下降的问题,以d_(50)=1.1μm的Al_(2)O_(3)和d_(50)=1.5μm的MgO为主要原料,d_(50)=1.5μm的TiO_(2)为外加剂,用干压成型-固相反应法制备MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷。研究了热处理温度(1300、1350、1400、1450、1500℃)和TiO_(2)外加量(质量分数分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对多孔陶瓷烧后线变化率、显气孔率、体积密度、物相组成和显微结构的影响。结果表明:1)随着热处理温度的升高,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的致密化程度提高,体积密度增大,显气孔率降低;2)随着TiO_(2)外加量的增加,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的烧后线收缩率增大,显气孔率显著降低,平均晶粒尺寸增大。

TiO_(2)掺杂SmTaO_(4)陶瓷热物理性能研究

热障涂层是燃气轮机高温部件保护的重要材料之一,SmTaO_(4)陶瓷具有优异的高温相稳定性和力学性能,有望成为新型热障涂层材料。本研究采用固相法制备TiO_(2)掺杂SmTaO_(4)陶瓷,结果表明:掺杂TiO_(2)未改变SmTaO_(4)陶瓷晶体结构,样品均为单斜相,掺杂2mol%TiO_(2)的SmTaO_(4)陶瓷烧结过程中出现的第二相为Sm0.33TaO3;随着TiO_(2)含量增加,SmTaO_(4)陶瓷的热导率先下降后上升,当TiO_(2)掺杂含量为2mol%时,热导率最低为1.42 W·m^(-1)·K^(-1),低于SmTaO_(4)(1.59 W·m^(-1)·K^(-1),900℃),与7-8YSZ相比(2.1~2.7 W·m^(-1)·K^(-1),100~900℃)下降了近30%。掺杂2mol%TiO_(2)的SmTaO_(4)陶瓷热膨胀性系数最大值为10.8×10^(-6)K^(-1),大于YSZ(~10.0×10^(-6)K^(-1))和SmTaO_(4)(9.62×10^(-6)K^(-1),1200℃),与纯SmTaO_(4)相比,TiO_(2)掺杂提高了SmTaO_(4)陶瓷的热膨胀系数。因此,TiO_(2)掺杂SmTaO_(4)陶瓷有望作为新型热障涂层材料使用。