掺铒CaF_(2)、SrF_(2)、PbF_(2)晶体的光谱性能与团簇结构研究

3μm波段中红外激光处于大气传输窗口,又可以作为基础光源,是激光技术研究的前沿。目前,铒离子激活的激光晶体材料是产生3μm中红外激光的重要途径之一。然而,Er3+离子4I11/2激光上能级荧光寿命较短,下能级4I13/2的寿命较长,难以实现粒子数反转,导致自终止现象。为了解决这一难题,往往需要高浓度掺杂,通过能量传递降低4I13/2能级的寿命。然而高浓度掺杂又会造成晶体热性能变差,限制了掺Er3+激光晶体效率和功率。三阶铒离子容易在氟化物晶体中形成团簇,导致稀土离子间距缩短,即使在低掺杂浓度下稀土离子之间的能量传递作用仍较为显著。同时,低浓度掺杂还可以减轻激光运转下晶体的热堆积效应。掺铒氟化物晶体已成为一类重要的高功率、高效率中红外激光材料。然而,掺铒氟化物晶体的光谱性能与铒离子团簇结构之间的相互联系尚不明确,制约了掺铒氟化物晶体光谱和激光性能的进一步发展。本文采用第一性原理计算模拟了铒离子在CaF_(2)、SrF_(2)和PbF_(2)晶体中的团簇结构。结果显示,铒离子团簇结构随基质晶体变化逐渐演变。结合模拟计算和实验表征定性揭示了不同晶体离子团簇与光谱性能的联系,为掺铒氟化物中红外激光晶体材料的调控与设计提供参考。

高性能铌镁酸铅-钛酸铅定向压电陶瓷的研究

用定向凝固技术制备了择优方向为[112]的0.70Pb(Mg1/3Nb2/3)03-0.30PbTiO3高性能定向压电陶瓷.该陶瓷[112]方向的取向度约为35％,准静态压电常数d33约为1500-1600pC/N,耦合系数kt-0.51,k33-0.82,22kV/cm时的场致应变约为0.23％.

烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

研究了不同烧结温度对Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PMS-PZT)系压电陶瓷显微结构和压电性能的影响.实验结果表明:在1240℃、2h条件下烧结,能获得最优的综合性能:εr=1530、d33=374、Kp=0.6、tanδ=0.41%、Qm=1250,可以满足压电变压器和超声马达等大功率场合下的使用要求.与此同时,当烧结温度为1100-1150℃时,材料仍然具有良好的压电性能:εr=1370、daa=348、Kp=0.57、tanδ=0.62%、Qm=1620(1150℃),因此可以作为中低温烧结的多层器件用厚膜材料.高温显微镜、SEM、TEM和EDS等研究表明,PMS-PZT系陶瓷具有很宽的烧结温度区域,特别是中低温烧结时仍能成瓷并具有高的压电性能,主要是因为PbO和Sb2O5在较低烧结温度下(1100℃)能够形成过渡液相促进陶瓷烧结,随着烧结温度的升高,它们能够重新进入晶格形成单一钙钛矿结构.

高性能陶瓷的研究进展

随着材料科学的进步和新材料的开发,器件和系统逐步向小型化、集成化、多功能化和轻量化方向发展,推动了陶瓷材料向结构-功能一体化方向发展。这些发展和先进的制备技术、纳米材料和纳米技术的发展密不可分。介绍了几种重要的结构功能一体化材料的研究进展,包括超高温陶瓷和陶瓷基复合材料,新能源陶瓷,透明陶瓷,生物陶瓷和多孔陶瓷,探讨了材料的先进制备技术,并对材料在基础研究和制备科学上今后应予以关注的关键问题作了初步探讨。

氮化硅陶瓷低温烧结助剂研究进展

氮化硅陶瓷性能优异,然而由于其共价键较强,自扩散系数小,烧结难度较大。目前高性能氮化硅陶瓷主要通过高温气压烧结法制备,烧结温度在1800℃以上,对设备要求较高,制备成本也较高,限制了氮化硅陶瓷的实际应用。低温烧结作为降低氮化硅生产成本的有效途径之一,受到了业界广泛关注。目前国内外关于氮化硅陶瓷低温烧结的研究主要集中在烧结助剂的选择方面,烧结助剂可以分为两类:使用与SiO_(2)共晶温度较低的烧结助剂和使用多组分烧结助剂。综述了这两类低温烧结助剂的研究进展,并提出了低温烧结助剂选择的合理方案。综合来看,要在低温下制得性能良好的氮化硅陶瓷,需选用与SiO_(2)具有低共晶点的烧结助剂,并配合使用多元组分调控氮化硅陶瓷的微观结构和性能。

硼化物陶瓷:烧结致密化、微结构调控与性能提升

TiB2、ZrB2、HfB2、B4C及BN为代表的硼化物陶瓷具有优异的物理化学性能,在超高温、超硬以及超疏水等极限条件下有广阔的应用前景,但材料的烧结致密化困难、断裂韧性低等问题制约了它们更为广泛的应用.本文针对无压烧结在材料制备过程中的优势,探讨了影响硼化物陶瓷无压烧结的主要因素,总结了以"除氧"机制为代表的硼化物陶瓷无压烧结技术;针对硼化物陶瓷韧性低的不足,介绍了以"板晶增韧"、"纳米相增强"为代表的硼化物陶瓷微结构调控手段和强韧化措施.最后,文章还对硼化物陶瓷的织构化设计、制备方法与性能提升进行了简要介绍.

氮化硅陶瓷基板制备及其金属化研究

低成本制备Si_(3)N_(4)陶瓷基板及其金属化是Si_(3)N_(4)陶瓷在电子行业应用中面临的关键问题。对Si_(3)N_(4)陶瓷流延成型配方体系进行了研究,系统分析了分散剂、黏结剂、增塑剂与固含量等因素对流延膜性能的影响,提出了一种优化的固含量为42%的配方体系,其流延膜相对密度达79.3%。经硅粉氮化后烧结得到的Si_(3)N_(4)陶瓷相对密度≥95%,抗弯强度达(852.7±48.8)MPa,热导率达75.5 W/(m·K)。采用丝网印刷工艺印制钨金属化浆料,经热压叠层与共烧结,得到金属层与Si_(3)N_(4)基板均平直完整、无翘曲、无缺陷的Si_(3)N_(4)金属化陶瓷,经测量发现其结合强度为27.84 MPa,金属层方阻为104 mΩ/sq。研究结果表明,采用流延成型和丝网印刷工艺,经烧结工艺可以制备Si_(3)N_(4)高温多层共烧基板(HTCC)。

镁硅氧化物助剂对AlON陶瓷光学和力学性能影响

以实验室碳热还原氮化法自制γ-AlON粉为原料,首次以金属氧化物MgO-SiO_(2)为烧结助剂,采用氮气气氛无压预烧结(1860℃)结合热等静压(hot isostatic pressing,HIP)技术(1800℃),制备了具有优异光学和力学性能的AlON陶瓷。结果表明,MgO掺杂质量分数为0.1%时,随着SiO_(2)掺杂量的增加,AlON陶瓷的透过率有所提升;0.1%MgO+0.5%SiO_(2)共掺杂时制备的AlON陶瓷(5 mm厚)在1000、2500 nm波长处的透过率分别达83.6%、85.7%;采用三点弯曲法测得陶瓷的抗弯强度达306.3 MPa。相比传统MgO-Y_(2)O_(3)助剂,MgO-SiO_(2)助剂在保证AlON陶瓷优异光学性能的同时,晶粒尺寸更加细小,力学性能更加优异。

高熵碳化物超高温陶瓷的研究进展

高速飞行技术的发展对高性能热结构材料提出了迫切需求。高熵碳化物(HECs)陶瓷作为近年来发展迅速的一类新型材料,兼具高熵陶瓷与超高温陶瓷的优良特性,在极端服役环境中具有广阔的应用前景,因此得到国内外学者的广泛关注。相比仅含有一种或两种过渡金属元素的传统超高温碳化物陶瓷,HECs综合性能有所提升,且具有更强的组成和性能可设计性,因此具备较大的发展潜力。经过对HECs的不断探索,研究人员获得了许多有趣的结果,开发了多种HECs的制备方法,对HECs的显微结构和性能的认识也更加深入。本文综述了HECs的基本理论以及从实验过程中获得的规律;对HECs粉体、HECs块体、HECs涂层及薄膜,以及纤维增强HECs基复合材料的制备方法进行了梳理和归纳;并对HECs的力学、热学等性能,尤其是与高温应用相关的抗氧化、抗烧蚀性能的研究进展进行了综述和讨论。最后,针对HECs研究中有待进一步完善的科学问题,对HECs的未来发展提出了展望。

AlN-多型体陶瓷的研究 Ⅱ.AlN-多型体的力学性能和微观结构

在研究了 ＡｌＮ－型体 １５Ｒ， １２Ｈ和 ２１Ｒ的形成特性的基础上［１］；本工作测定了它们的力学性能，并利用ＳＥＭ观察了显微结构．结果表明，尽管ＡＩＮ－多型体的力学性能较差，但是具有适当烧结添加剂的ＡＩＮ－多型体的抗折强度在室温至１２５０℃的范围内能保持不变，甚至提高５０％；尤其是１５Ｒ和１２Ｈ．ＡＩＮ－多型体的硬度随其组份向ＡｌＮ方向靠近而增加，即２１Ｒ的硬度最高（１２．７～１４．４ＧＰａ），１５Ｒ的硬度为最低（１．５～１２．８ＧＰａ）．ＡＩＮ－多型体的强度和断裂韧性与ＡｌＮ－多型体的类型之间没有这种明显的联系，它们的变化范围分别在３１３～３６６ＭＰａ和３．８～４．８ ＭＰａ·ｍ^（１／２）之间．本文依据 ＡＩＮ－多型体的结构特征及断裂形貌对它们的力学性能进行了讨论．

SiC-ZrO_2(3Y)-Al_2O_3纳米复相陶瓷的力学性能和显微结构

本文介绍用非均相沉淀方法制备的纳米ＳｉＣ－ＺｒＯ２（３Ｙ）－Ａｌ２Ｏ３复合粉体经放电等离子超快速烧结得到晶肉型的纳米复相陶瓷；超快速烧结的升温速率为６００／ｍｉｎ；在烧结温度不保温，迅即在３ｍｉｎ内冷却至６００以下．力学性能研究结果表明，在１４５０超快速烧结得到的纳米复相陶瓷的抗弯强度高达１２００ＭＰａ，断裂韧性Ｋ１ｃ为５ＭＰａ·ｍ１／２ＴＥＭ像显示纳米ＳｉＣ颗粒大多分布在Ａｌ２Ｏ３母体晶粒内，也有一些纳米ＳｉＣ颗粒分布在ＺｒＯ２晶粒内．断裂表面的ＳＥＭ像表明，穿晶断裂是其主要的断裂模式，这是所制备的纳米复相陶瓷力学性能大幅提高的主要原因．

新型纳米层状硅酸盐Magadiite主体材料的制备、表征、结构和生成机理研究

利用简单的插层反应方法成功地制备了四丁基氢氧化铵 ( TBAOH)插层的层状硅酸盐 Magadiite纳米复合材料 ,在室温下该材料溶胶放置 3 0 d可以保持稳定 ,粉体长期保存结构稳定 ,而且反应时间短 ,只需3 0 min.利用 XRD,FTIR,SEM和 HRTEM等方法对样品进行了结构表征 .结果表明 ,TBA+ 离子在层间以双分子层排列 ,并与层状硅酸盐结合在一起 ,TBAOH插层后的纳米粒子在玻璃片上进行了重组 ,粒径分布在 1 0～ 1 0 0 nm之间 ;HRTEM电镜照片进一步证实了剥离的层状硅酸盐纳米粒子在玻璃片上的自组装过程 .根据实验结果阐述了 TBAOH插层反应形成纳米溶胶的机理 .

Sialon基陶瓷材料制备工艺及显微结构变化对力学性能的影响

系统研究了通过外部添加增韧相和热处理诱发原位自增韧机制等工艺因素控制所引起的三种Sialon基陶瓷材料的显微结构变化及其对力学性能的影响．研究内容包括：1．TiN（p）、MoSi2（p）、SiC（p）和SiC（w）第二相物质复合Sialon陶瓷的界面结合状态及其增韧效果；2．利用Nd2O3、Dy2O3和Yb2O3典型稀土氧化物作为烧结添加剂，制备α／β两相复合Sialon材料，诱发β相长颗粒生长，导致类晶须长颗粒原位自增韧机制发生作用；3．α－Sialon长颗粒的成核及生长机制．研究结果表明：对于TiN（p）、MoSi2（p）、SiC（p）和SiC（w）第二相复合Sialon陶瓷，基质相与第二相的界面结合状态及第二相颗粒临界粒径是制约复相材料韧性的主要因素．对于Nd2O3、Dy2O3和Yb2O3典型稀土氧化物Sialon材料，轻稀土Nd2O3是良好的烧结助剂，且Nd－Sialon相变程度极高，热处理诱发大量长颗粒β－Sialon相生成是其具有高韧性的主要原因（最高断裂韧性值达7．0MPa·m1／2）．重稀土Yb2O3不仅是良好的烧结助剂，同时也是有效的α－Sialon稳定剂，体系内存在大量等轴状α－Sialon颗粒，使此种材料硬度高达18．00GPa．中稀土Dy2O3的作用介于轻稀土Nd2O3和重稀土Yb2O3之间．

共沉淀法制备Al_2O_3-YAG复相陶瓷及其显微结构研究

用共沉淀法制备了Ａｌ２Ｏ３－ＹＡＧ复合粉体，ＹＡＧ的结晶温度在１０００℃左右．共沉淀法 制备的Ａｌ２Ｏ３－ＹＡＧ复合粉体经１５５０℃热压烧结，获得致密烧结体，ＹＡＧ的加入量对烧结温度 的影响不大． Ａｌ２Ｏ３－５ｖｏｌ％ＹＡＧ复合材料的抗弯强度为６０４ＭＰａ，断裂韧性为５．０ＭＰａｍ１／２； Ａｌ２Ｏ３－２５ｖｏｌ％ＹＡＧ复合材料的抗弯强度为６１１ＭＰａ，断裂韧性为４５ＭＰａｍ１／２．所有这些数据 都高于单相Ａｌ２Ｏ３陶瓷的力学性能，说明ＹＡＧ的加入有利于Ａ１２Ｏ３陶瓷力学性能的提高． 通过显微结构观察发现：大的ＹＡＧ颗粒位于Ａｌ２Ｏ３晶界上，小的ＹＡＧ颗粒位于Ａｌ２Ｏ３晶粒 内．在 Ａｌ２Ｏ３－５ｖｏｌ％ＹＡＧ复合材料中，许多小的白色区域存在于 Ａｌ２Ｏ３晶粒内，这可能和较低 的Ｙ２Ｏ３含量有关．

放电等离子超快速烧结氧化铝力学性能和显微结构研究

本文介绍用放电等离子超快速烧结方法制备的氧化铝陶瓷的力学性能和显微结构特征．超快速烧结的升温速率为600℃／min，在烧结温度不保温，迅即在3min内冷却至600℃以下．与保温时间为2h的无压烧结相比，可降低烧结温度和提高样品密度．力学性能研究结果表明，用放电等离子超快速烧结方法制备的纯氧化铝陶瓷的抗弯强度高达800MPa以上，比通常氧化铝陶瓷的抗弯强度高出一倍．用SEM研究了在不同温度下超快速烧结的纯氧化铝陶瓷的显微结构特征．

氯盐共沉淀法制备钇铝石榴石(YAG)纳米粉体和透明陶瓷的研究

以商业氯化铝和氯化钇为原料,采用共沉淀法合成了YAG纳米粉体。通过高温真空烧结制备了YAG透明陶瓷。采用热重—差热(TG-DTA)、傅立叶红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等手段研究了氯盐浓度、分散剂PEG-6000浓度对粉体物相、粒径、晶粒尺寸的影响和变化规律。结果表明:以0.25 mol·L^(-1)的AlCl_(3)·6H_(2)O、0.15 mol·L^(-1)的YCl_(3)·6H_(2)O的混合溶液为反应初始溶液,以1.0 mol·L^(-1)的NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,以20 g·L^(-1)的PEG-6000为分散剂,采用反滴法制备的前驱体经过1100℃保温6 h煅烧得到的YAG粉体的性能最优,粉体平均粒径为66.0 nm,且粉体呈现出较好的分散状态;以该YAG纳米粉体制备的陶瓷(厚1 mm)双面抛光后的直线透过率最高为45.0%@400 nm及52.8%@1100 nm,与理论透过率有一定的差距;显微结构观察发现晶界气孔较多,影响了光线的直线传输导致了透过率不高,在今后的工作中还需要对制备工艺进行优化。

高性能陶瓷材料的俄歇能谱分析

降低陶瓷材料表面电荷的积累一直是俄歇分析技术能否成功应用于该类材料必须解决的首要问题，通过实验认为：陶瓷材料试样减薄法可以用来降低表面电荷．采用这种方法，样品可分析区域大小仅依赖于电子束斑尺寸．因而，用 Ｍｉｃｒｏｌａｂ ３１０－Ｆ热场发射扫描俄歇微探针分析仪能在几十纳米的微区内，获取结构信息和除氢氦外的化学成分信息，突破了陶瓷材料在低电压、低电流下约几十微米的分析范围．在此基础上，挑选了掺Ｄｙ的α－Ｓｉａｌｏｎ，掺Ｙ、Ｌａ的α－Ｓｉ３Ｎ４与以Ａｌ２Ｏ３为基体加入ＳｉＣ晶须，并通氮气氛处理的三种高性能陶瓷作为实验对象，分析和研究它们的晶粒、界面的成份、化学态和结构．发现α－Ｓｉ３Ｎ４和α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷中的 Ｓｉ（ＬＶＶ， ＫＬＬ）峰位都会向低能端漂移，峰位分别为：８４ｅＶ和 １６１３ｅＶ． Ｓｉ－Ｎ－Ｏ的结合态又使 Ｓｉ（ＬＶＶ）峰继续漂移到 ８０ｅＶ左右．掺Ｙ、 Ｌａ的α－Ｓｉ３Ｎ４的玻璃相区， Ｓｉ至少以两种或者两种以上的化学态存在．掺Ｄｙ的α－Ｓｉａｌｏｎ陶瓷的局部区域内有四种组分不同的固溶相及三种组分不同的晶间相．另外，在ＳｉＣ与ＳｉＣ－ＢＮ－Ｃ纤维补强复合陶瓷材料的断裂面，观察到从ＳｉＣ基体拔出的纤维表?

低温反应熔渗工艺制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能研究

AlN-SiC复相陶瓷力学性能好、导热性与抗高温氧化性能优异,作为纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料具有良好的应用前景。本研究以Si-Al合金为熔渗介质,多孔C-Si_(3)N_(4)为熔渗预制体,对低温反应熔渗制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能展开研究。研究发现Si-Al合金形态对反应熔渗过程存在着重要的影响:以Si-Al合金粉末作为熔渗介质时,反应熔渗过程中在Si-Al/C-Si_(3)N_(4)界面处将原位形成一层致密的Al–O阻挡层,从而严重阻碍Si-Al熔体向C-Si_(3)N_(4)预制体内部的渗透,使反应熔渗过程难以进行;以Si-Al合金锭作为熔渗介质时,Si-Al熔体可以深入渗透到多孔C-Si_(3)N_(4)预制体内部,并通过进一步反应,原位形成致密的AlN-SiC复相陶瓷。材料性能测试表明,所得材料的力学和热学性能与其内部残余硅含量关系密切。随着残余硅含量降低,材料强度明显提升,而热导率有所下降。含质量分数4%残余硅的AlN-SiC复相陶瓷,抗弯强度达到320.1 MPa,热导率达26.3 W·m^(–1)·K^(–1),材料的强度几乎与传统反应烧结SiC陶瓷相当,并深入探讨了出现上述现象的本质原因。本研究对低温熔渗工艺制备SiCf/AlN-SiC复合材料具有重要的指导意义。

粉色氮化硅陶瓷的制备和性能研究

低成本、高性能的彩色Si_(3)N_(4)陶瓷是应用于手机背板和智能穿戴设备的重要候选材料。对制备Si_(3)N_(4)陶瓷的流延成型工艺进行了研究和优化,系统研究了分散剂含量、黏结剂含量、塑性剂与黏结剂比值和固含量等因素对流延膜性能的影响,并提出了流延浆料的最佳配方。干燥后的流延膜显微结构均匀致密,经过反应烧结重烧结后得到相对密度为96.08%、抗弯强度和断裂韧性分别为(867±18)MPa和(8.03±0.50)MPa·m^(1/2)的粉色Si_(3)N_(4)陶瓷。在可见光下,样品晶界相中Er^(3+)离子的核外电子发生了f-f跃迁是样品显色的原因。结果表明,流延成型和反应烧结重烧结技术可用于制备低成本、高性能的彩色Si_(3)N_(4)陶瓷。

籽晶添加对氮化硅陶瓷显微结构与力学性能的影响

以不同配比的Y2O3-Al2O3为烧结助剂,通过添加3wt%的单分散β-Si3N4籽晶,采用气压烧结制备了氮化硅陶瓷,并对所得材料的相组成、密度、室温和高温力学性能及显微结构进行了研究.结果表明:不同烧结助剂配比的α-Si3N4粉体在1800℃保温2 h即全部转化为β-Si3N4,且各烧结体的相对密度都达到了97%以上.在6wt%Y2O3和4.5wt%Al2O3为烧结助剂时,添加3wt%籽晶的样品其室温强度和1200℃高温强度分别提高了20%和16%,断裂韧性提高了8%.