Manufacture and Cytotoxicity of a Lead-free Piezoelectric Ceramic as a Bone Substitute—Consolidation of Porous Lithium Sodium Potassium Niobate by Cold Isostatic Pressing

Aim The piezoelectric properties and cytotoxicity of a porous lead-free piezoelectric ceramic for use as a direct bone substitute were investigated. Methodology Cold isostatic pressing （CIP） was applied to fabricate porous lithium sodium potassium niobate （Li0.06Na0.5K0.44） NbO3 specimens using a pore-forming method. The morphologies of the CIP-processed specimens were characterized and compared to those of specimens made by from conventional pressing procedures. The effects of the ceramic on the attachment and proliferation of osteoblasts isolated from the cranium of 1-day-old Sprague- Dawley rats were examined by a scanning electron microscopy （SEM） and metbylthiazol tetrazolium （MTT） assay. Results The results showed that CIP enhanced piezoelectricity and biological performance of the niobate specimen, and also promoted an extracellular matrix-like topography of it. In vitro studies showed that the CIP-enhanced material had positive effects on the attachment and proliferation of osteoblasts. Conclusion Niobate ceramic generated by CIP shows a promise for being a piezoelectric composite bone substitute.

激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术

相对于传统技术,3D打印技术在直接成型复杂形状金属和高分子零部件方面显示出了巨大的优越性。然而,3D打印技术在陶瓷零部件的成型方面尚存在诸多难题。为此,华中科技大学史玉升教授团队在3D打印陶瓷材料的制备及其成型技术方面做了较多研究。详细介绍了激光选区烧结(SLS)技术中复合粉体的两种主要制备方法:一种是通过机械混合法将陶瓷粉体与高分子聚合物机械混合制得SLS成型用复合粉体;另一种是通过溶解沉淀法或溶剂蒸发法将高分子聚合物包覆在陶瓷颗粒表面制得复合粉体。研究表明,采用上述两种制粉方法均可制备出具有良好流动性的适于3D打印的复合陶瓷粉体。还系统地讨论了SLS素坯的成型机理以及预热温度、激光功率和单层厚度等SLS工艺参数对陶瓷素坯的力学性能和成型精度的影响。在此基础上,采用最佳SLS工艺参数制备出传统成型工艺难以成型的具有三维孔洞结构的多孔堇青石和高岭土陶瓷零部件。此外,结合SLS工艺与冷等静压(CIP)技术提出了SLS/CIP复合成型技术,提高了SLS成型陶瓷的致密度和力学性能,制备出高性能、复杂结构的Al_2O_3、ZrO_2、Si C等致密陶瓷零部件,为采用3D打印技术制备航空航天、国防等领域用高性能陶瓷零部件打下了良好的基础。

陶瓷粉末冷等静压成形密度缺陷模拟分析

采用大型有限元软件MSC .MARC对陶瓷粉末成形件冷等静压成形过程进行了有限元数值模拟 ,对有关数值模拟技术问题进行了详细讨论。模拟了陶瓷粉末成形件冷等静压成形时的陶瓷粉末流动及密度分布情况 ,分析了陶瓷粉末成形件出现密度不均现象的原因。

成型压力对ZrO_2陶瓷力学性能的影响

对含Y2O3的ZrO2粉末,在不同压力下冷等静压成型、常压烧结,制备出了ZrO2陶瓷材料.分别利用三点弯曲、单边切口梁(SENB)法等力学方法和扫描电镜(SEM)测试方法,研究了冷等静压成型压力对ZrO2陶瓷材料力学性能和显微组织结构的影响.结果表明,随着冷等静压成型压力的增加,ZrO2陶瓷的抗弯强度及断裂韧性均下降,在弯曲载荷下,微裂纹首先在ZrO2颗粒界面形成并沿此界面扩展,最终导致材料断裂.

等静压成型熔融石英陶瓷的研究

介绍了等静压成型熔融石英陶瓷的技术,研究了水分含量、粒径分布、粘合剂的加入量及烧成温度对制品的成型性能、体积密度、弯曲强度和显气孔率等性能的影响。结果表明:当水分含量在0.3%～1.0%(质量分数)之间,粒径分布为双峰分布,PVA加入量为1.5%,最高烧成温度为1250℃时,能成功制备出性能优异的熔融石英陶瓷天线罩。

熔融石英陶瓷制备工艺的比较研究

分别介绍了注凝成型和等静压成型熔融石英陶瓷的技术,对两种成型工艺制品的生产周期、烧成制度、制品性能和灯检效果等作了比较。结果表明:等静压成型制品生产周期比注凝成型大大缩短,制品结构均匀,无阴影,性能优异。

等静压成型碳化硅多孔陶瓷

介绍了等静压成型碳化硅多孔陶瓷的制备技术,研究了高温结合剂加入量及成型粘合剂的加入量对制品的成型性能、气孔率、孔结构、强度等性能的影响。

Si_3N_4浸渍处理提高硬度的研究

用硅粉冷等静压成型和反应烧结氮化工艺制造的氮化硅样品不规则气孔多且大 ,硬度偏低。浸渍处理可以填充气孔 。

冷等静压成形技术及其在精细陶瓷生产中的应用

简要概述了冷等静压成形技术的发展及现状，着重介绍了这种成形方法的特点及工艺技术要求，以及在精细陶瓷成形方面的应用结果。

掺镱钇钪铝石榴石透明陶瓷制备及性能研究

采用共沉淀法,以聚乙二醇为分散剂,制备Yb:Y_3Sc_2Al_3O_(12)陶瓷粉体。通过X射线衍射和SEM测试分析,研究不同pH、沉淀干燥时间对粉体制备的影响,得到粉体的最佳制备工艺为:煅烧温度1000℃,pH值为7,煅烧时间2h,干燥时间21h,陶瓷粉体平均粒径约为100nm。采用冷等静压-真空烧结技术,在1750℃烧结20h和在1450℃退火20h得到Yb:Y3Sc2Al3O12透明陶瓷。制备的陶瓷样品尺寸为?10mm×lmm,晶粒的平均粒径为10μm,平均透过率为43%,入射光波长为1100nm时,陶瓷样品的透过率为50%。

基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能

以喷雾干燥的SiC-Al_2O_3-Y_2O_3造粒粉为原料,使用机械混合法得到复合粉体,通过激光选区烧结/冷等静压技术并结合液相烧结工艺制备出SiC陶瓷,对SiC陶瓷的物相组成、显微结构、抗弯强度及密度进行表征。结果表明:喷雾造粒粉平均粒径为39.43μm,球形度较高,流动性良好,适用于SLS成型;SLS成型最优参数为激光功率7W、扫描间距0.15mm、扫描速率2200mm/s、单层层厚0.15mm且CIP压力为80MPa时, SiC陶瓷素坯的性能最佳,抗弯强度为(2.23±0.10)MPa,密度为(1.31±0.05)g/cm^3;在1950℃下烧结2h后,样品发生了致密化,SiC陶瓷密度为(1.95±0.17)g/cm^3,相对密度为(60.81±5.31)%,抗弯强度为(55.43±4.04)MPa。

粉料和冷等静压对凝胶注模成型Al2O3陶瓷致密化的影响

对平均粒径分别为0.31,0.77μm的2种Al2O3粉体(分别记为1^#和2^#)进行低固相含量(体积分数45%)凝胶注模成型,再经冷等静压(CIP)和常压烧结制备得到2种Al2O3陶瓷,研究了粉料和CIP压力(100~500 MPa)对Al2O3坯体和陶瓷致密化的影响。结果表明:粒径较小Al2O3粉体的分散难度较大,所需聚丙烯酸铵分散剂的添加量较高,所得坯体和烧结陶瓷的相对密度较小;随着CIP压力增加,2种Al2O3坯体的相对密度增大,孔洞减少,而2种烧结陶瓷的相对密度呈现先增大后减小再趋于稳定的变化趋势,当CIP压力为350~400 MPa时陶瓷的相对密度最大,晶间气孔较少。

陶瓷真空开关管的研究现状及应用

介绍了陶瓷真空开关管的国内外情况、原料、成形工艺、与金属封接及成品分析,并对其未来的发展进行了展望。

数值模拟在陶瓷粉末压制成型中的应用

本文介绍了陶瓷粉末成型过程有限元数值模拟所需用的Drucker-Prager-Cap模型以及材料屈服准则,分别概述了数值模拟方法在陶瓷粉末干压法成型、冷等静压法成型中的应用进展及存在的问题,并介绍了有限元分析在成型件开裂方面的研究进展。

高温高压柔性介质成形GH4169异形超细曲面的致密化行为

采用陶瓷模具控形,在高温高压柔性介质加载下制备GH4169异形超细曲面,曲面厚度为0.6 mm。利用扫描电镜观察和分析异形曲面横截面的致密化程度,结果表明,截面两端处最致密,中部中心处次之,中部边缘处致密度化程度最低。同时采用经过单拉实验修正后的Shima-Oyane本构方程进行数值模拟,得到异形曲面中性面的致密度、等效柯西应力与位移矢量三者的分布云图,并从节点位移角度阐述GH4169粉末在刚性模具中的致密化行为。结果表明,热等静压过程中,异形曲面沿厚度方向向内收缩,两端的位移最大,致密度最高,中部的中心位置次之,中部边缘处致密度最低。模拟结果与实验结果一致。

成型工艺对氮氧化铝微观结构和性能的影响

氮氧化铝(AlON)透明陶瓷具有优异的光学、热学和机械性能,可广泛应用于光电窗口、整流罩、透明装甲等领域。成型高致密度、结构均匀的素坯是制备氮氧化铝透明陶瓷的关键技术环节。但是纳米粉体比表面积大,易产生非均匀团聚,导致成型坯体致密度差。为了提高素坯密度和均匀性,本文首先通过优化喷雾造粒工艺实现纳米粉体微球化,获得直径大于10μm、具有良好流动性的致密球形颗粒。然后分析成型压力对素坯的密度、微观结构、平均孔径及陶瓷性能的影响,得到相对密度58.8%的素坯,烧结陶瓷片在200 nm处直线透过率达到83%(厚度2 mm)。最后采用冷等静压成型/常压烧结技术制备出Φ170 mm平板和Φ110 mm球罩样件。

氮化硅陶瓷球冷等静压过程有限元模拟及试验验证

利用Abaqus软件对氮化硅陶瓷球的冷等静压(CIP)成形过程进行了数值模拟,分析了氮化硅陶瓷球在CIP成形过程中致密度的变化和粉末颗粒的流动规律,研究了其应力分布,并进行了试验验证,结果表明:在CIP成形过程中,致密化曲线可分为4个阶段,相对密度的分布存在环形密度差现象,试验证明该工艺可以改善氮化硅陶瓷球压坯密度和组织结构分布的均匀性。

Y-PZT超细粉制备气流磨用喷嘴的工艺探讨

应用Y－PZT超细粉成功研制出气流磨用喷嘴，简要介绍了制粉、冷等静压成型等工艺过程。通过耐磨性试验，再次证实了相变增韧ZrO2陶瓷是制造耐磨件的理想材料之一。

冷等静压压强对激光选区烧结制备多孔SiC（w）/Si3N4陶瓷性能的影响

利用激光选区烧结(SLS)技术制备多孔SiC(w)/Si3N4陶瓷素坯,对素坯进行冷等静压(CIP)处理以改善其性能,探索CIP压强对SLS制备的多孔SiC(w)/Si3N4陶瓷性能的影响。以Si3N4为原料,加入10%(质量分数)的SiC晶须,制备出适用于SLS的复合粉末,利用最佳SLS成型参数打印4组素坯,分别进行压强为100、150、200和250 MPa的CIP处理,经排胶及高温气氛烧结后得到多孔SiC(w)/Si3N4陶瓷。结果表明:随着CIP压强增大,素坯孔隙率减小,抗弯强度增大,而陶瓷的收缩率增大,孔隙率减小,抗弯强度增大。SiC(w)/Si3N4多孔陶瓷在250 MPa下性能最优,其Z方向收缩率、孔隙率和抗弯强度分别达到35.32%、41.19%和18.6 MPa。

真空烧结技术制备Er:(Yb_(1–x)La_x)_2O_3透明陶瓷

采用冷等静压-真空烧结技术制备尺寸为?10 mm×l mm的Er:(Yb1–xLax)2O3陶瓷。通过分析粉体的X射线衍射谱和陶瓷的扫描电子显微镜照片,确定陶瓷制备条件为:在1 750℃烧结20 h和在1 450℃退火20 h。陶瓷样品在可见光波段透过率为50%左右,在近红外波段透过率最高达到82%。测试了陶瓷的吸收光谱、发射光谱和上转换发射光谱,并探讨了上转换发光机制。结果表明:陶瓷在977 nm处有强吸收,发射最强峰在1 545 nm处,上转换发出较强的绿光(542 nm)和蓝光(484 nm)。