微波介质陶瓷产业体系发展研究

微波介质陶瓷作为微波电路中的电介质,是现代通信技术中的关键基础材料,广泛应用于通信、导航、雷达、卫星等领域。本文在分析国内外微波介质陶瓷及产业发展现状的基础上,剖析了当前我国微波介质陶瓷发展面临的问题,提出了涵盖发展目标、发展思路、重点发展方向以及发展路线图的微波介质陶瓷产业体系自立自强发展战略。为促进微波介质陶瓷的发展,实现我国微波介质陶瓷产品由中低端为主向高端型升级转变,突破高性能微波介质陶瓷制备技术及上游高纯原材料的自主化生产技术,建议加强微波介质陶瓷的基础研究和应用研究、强化重点微波通信领域的创新研发、积极布局第六代移动通信用介质陶瓷和加强产业生态建设。

高导热氮化硅陶瓷基板影响因素研究现状

电子电力技术的高度集成化对承载电子元器件的脆性陶瓷基板提出了更高的散热和强度要求。氮化硅陶瓷兼备优异的本征热导率和力学性能,在大功率半导体器件封装领域有广阔的发展前景。然而,目前商业及实验中可实现的氮化硅热导率远低于其本征热导率,如何在保证氮化硅优异力学性能的基础上提高热导率仍然是一个难题。本文概述了高热导氮化硅的发展近况,着重论述氮化硅实际热导率的影响因素和提高方法。同时对比了几种氮化硅烧结工艺的优劣情况,并简要介绍目前主流商业化的氮化硅陶瓷基板成型工艺,最后对氮化硅陶瓷基板发展方向作出展望。

高温下氮化硅陶瓷摩擦磨损性能的演变及机理研究

Si_(3)N_(4)陶瓷因具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高硬度等特点,在高温耐磨损领域的应用备受关注。本文研究了高温下Si_(3)N_(4)陶瓷与C/SiC陶瓷或GH214合金摩擦时的平面摩擦磨损性能及磨损机理。结果表明:Si_(3)N_(4)陶瓷和C/SiC陶瓷对磨时,随着温度升高,摩擦系数先增大后减小;当温度为1200℃时,Si_(3)N_(4)陶瓷平均摩擦系数低于0.4,且其磨损表面出现磨痕、磨粒和SiO_(2)氧化膜,磨损形式主要为磨粒磨损和氧化磨损。Si_(3)N_(4)陶瓷与GH214合金对磨时,随着温度升高,摩擦系数增大,陶瓷样品表面出现明显的金属氧化物层,其磨损形式主要为粘着磨损和氧化磨损。Si_(3)N_(4)陶瓷与两种对磨材料摩擦时,氧化磨损均产生氧化膜并对Si_(3)N_(4)陶瓷均有保护和润滑作用,可有效减少Si_(3)N_(4)陶瓷基体的磨损,提高Si_(3)N_(4)陶瓷的磨损使用寿命。

金属微弧氧化功能陶瓷涂层设计制备与使役性能研究进展

从微弧氧化技术的基本原理、功能陶瓷涂层设计制备与使役性能角度综述了最新的研究进展:介绍了微弧氧化涂层的生长过程与形成机理;讨论了关键工艺参数(电解液组成、电参数)及金属基体成分对涂层生长及膜基结合强度的影响;基于抗磨减摩、耐腐蚀、热防护、热控、介电绝缘、催化、生物等特殊功能化需求,探讨了涂层成分/结构设计,以及如何控制工艺/组成/结构获取高性能功能化涂层。最后,指出了微弧氧化技术面临的挑战,并从基础理论、涂层工艺和工程应用等方面展望了其未来的发展方向。

堇青石陶瓷烧结工艺及机理研究

本文利用DSC、XRD技术,研究了MgO、AlO_3和SiO_2反应烧结制备堇青石陶瓷的机理。结果表明MgO和Al_2O_3在1155℃反应合成镁铝尖晶石(MgAl_2O_4),进而在1317℃长时间保温与SiO_2反应生成堇青石。

高温透波陶瓷材料研究进展

透波陶瓷材料已成为高超声速飞行器天线罩、天线窗等部件的关键候选材料。因此,如何有效提升透波陶瓷材料的耐温、透波、承载等特性是发展高超声速飞行器的关键技术之一。本文针对高超声速飞行器对透波陶瓷材料的技术要求,阐述了透波陶瓷材料的发展历史,着重对现有透波陶瓷材料体系及其透波特性测试方法和原理的研究历史和现状进行了全面回顾,并提出今后的发展方向。本文旨在为未来新一代高超声速飞行器的设计提供参考。

高温吸波陶瓷材料研究进展

高温陶瓷吸波材料具有低密度、耐高温、强吸收等优点,已成为解决电磁污染以及军事隐身技术的关键候选材料。如何优化最小反射系数、拓宽有效吸波频宽和提高高温稳定性是发展高温陶瓷吸波材料的关键。本文针对高温吸波和电磁屏蔽对陶瓷吸波材料的需求,阐述了陶瓷吸波材料的基本原理,重点以电磁损耗机理为出发点,对现有陶瓷吸波材料体系、新型吸波材料及其吸波特性测试方法进行了全面的分析,并结合国内外研究进展对陶瓷吸波材料提出了今后的发展方向。

基于浆料形态的陶瓷3D打印技术的浆料体系研究进展

3D打印技术因其操作简单便捷、成型快速灵活、可制备复杂结构的器件等优点,在精密陶瓷零件制造方面具有广泛应用。本文根据3D打印陶瓷的材料形态综述不同3D打印技术在陶瓷制备方面的特点,重点介绍了陶瓷3D打印成型技术中直写式3D打印、光固化3D打印、喷墨3D打印等技术所涉及的粘结剂、分散剂等组分的应用及作用机理,并对水基和非水基两种类型的添加剂组分进行总结和探讨,以期为3D打印技术制备高性能陶瓷样件提供参考。

TA15合金微弧氧化陶瓷涂层制备与电偶腐蚀性能

目的改善TA15合金(Ti6Al2Zr1Mo1V)与异种金属间接触时产生的电偶腐蚀性能。方法采用微弧氧化(Microarc oxidation,MAO)方法在硅酸盐电解液中,于钛合金表面制备TiO2基陶瓷涂层。采用XRD、SEM和EDS等方法,表征涂层的物相成分、组织结构及元素分布,用极化曲线、电化学阻抗谱和电偶腐蚀等测试涂层的耐腐蚀性能。结果微弧氧化涂层由内外两层组成,内层致密,外层疏松多微孔,且内层与基体的结合呈现凹凸界面,出现“局部过生长”现象。涂层以金红石和锐钛矿TiO2相为主。与基体合金相比,陶瓷涂层的自腐蚀电位提高了0.672V;随氧化时间的延长,涂层厚度增加,内层变得更加致密,涂层的自腐蚀电位提高。涂层内层的阻抗模值,随氧化时间的增加而增大,分别为1.16×10^6Ω·cm^2(10min)、1.2×10^6Ω·cm^2(30min)和3.8×10^6Ω·cm^2(50min)。在3.5%NaCl溶液中进行电偶腐蚀试验15天后,30CrMnSiA钢/TA15合金微弧氧化涂层对偶件的平均电偶腐蚀速度,明显低于30CrMnSiA钢与TA15合金、巴氏合金、铝青铜偶接时的腐蚀速度。结论微弧氧化致密阻挡层具有良好的阻隔特性,降低了电偶腐蚀敏感度,有效缓解了电偶腐蚀的发生。

α-sialon陶瓷材料的微结构控制及其力学性能优化

从影响α-sialon材料自韧化的关键因素出发,研究了Y,Yb,Nd等不同稀土类添加物、烧结工艺和后续热处理对α-sialon显微组织与力学性能的影响。结果表明:控制其反应动力学是获得自韧化α-sialon的关键。烧结工艺及后续热处理对α-sialon棒晶生长的促进作用依赖于其成分及掺杂的稀土氧化物类型。Y-α-sialon在1300～1700℃长时间低温退火,未发生α相向β-sialon相转变,但1500℃长时间退火将导致α-sialon的晶粒形貌由棒状向等轴状转变,引起材料的脆化。

表面纳米化-微弧氧化复合涂层对铝合金拉伸性能影响机制研究

通过表面机械研磨处理(SMAT)在LY12CZ铝合金表面制备表面纳米化(SNC)过渡层,再采用微弧氧化(MAO)技术对纳米晶过渡层进行微结构重构,设计制备出纳米化-微弧氧化(SNC-MAO)复合涂层,并对比研究了表面纳米化、微弧氧化及纳米化-微弧氧化复合处理对基体铝合金拉伸性能的影响。结果表明,微弧氧化处理使基体铝合金的屈服强度和抗拉强度减小,而纳米化-微弧氧化复合处理则增加了基体铝合金的屈服强度和抗拉强度。在拉伸伸长率8%的条件下,相同厚度的纳米化-微弧氧化复合涂层比微弧氧化涂层具有更好的抗拉伸破坏能力,表现出更好的膜基结合性能。

矿聚物及其复合材料研究进展

系统介绍了周内外关于矿聚物的组织结构、性能及影响因素、制备工艺及特点、矿聚物的反应过程与聚合机理。评述了矿聚物的陶瓷化、先进矿聚物基复合材料、矿聚物及其复合材料的应用等方面的研究进展,指出了今后矿聚物及其复合材料的研究方向。

碳化锆陶瓷复合材料的制备、显微组织与性能

碳化锆(ZrC)陶瓷复合材料具有熔点高、密度低、耐烧蚀的优点,在超硬、航天防热、新能源等领域应用前景广阔。本文概述了ZrC金属陶瓷和复相陶瓷、纤维增强ZrC复合材料的制备方法。着重介绍了粉末烧结、先驱体转化、反应浸渗等工艺的应用,并讨论了不同制备工艺下复合材料显微组织的特点。在总结两类材料力学性能和烧蚀性能的基础上,分析了各自的影响因素,并指出ZrC金属陶瓷和复相陶瓷韧性低,纤维增强ZrC复合材料烧蚀层易剥落的问题。最后总结展望了ZrC陶瓷复合材料相关研究的发展趋势。

自增韧RE-α-sialon陶瓷的微观结构与力学性能

选用不同离子尺寸的稀土氧化物单一或复合掺杂α-sialon陶瓷,系统研究了陶瓷的相组成、晶粒形貌、微观结构以及力学性能与稀土元素的类型的关系。结果表明:小尺寸Yb3+稳定的α-sialon陶瓷完全由等轴α-sialon相构成;当尺寸略大的Y3+部分替代或全部替代Yb3+时,出现长棒状晶粒,在三角晶界处出现少量晶间相,并在晶粒间存在连续的薄非晶膜。在大尺寸稀土离子(Sm3+,Nd3+)稳定的陶瓷中存在块状晶间相M'(RE2Si3–xAlxO3+xN4–x,RE代表稀土元素),在Nd-α-sialon中,还含有少量β-sialon相,使Nd-α-sialon材料的硬度略有下降,晶粒尺寸存在双峰分布使断裂韧性较高。Yb-和Dy-α-sialon晶粒尺寸为正态分布使韧性较低,Yb和Y复合掺杂可改善Yb-α-sialon的韧性。

Al_2O_3含量对Al_2O_3/LiTaO_3复合陶瓷介电性能的影响

采用热压烧结法制备了Al2O3/LiTaO3(ALT)陶瓷复合材料,研究了Al2O3不同体积含量(5vol%、10vol%、15vol%和20vol%)对LiTaO3压电陶瓷介电性能的影响.结果表明:随着频率的增加,不同Al2O3含量的ALT陶瓷复合材料的介电常数和介电损耗均降低,但降低的幅度不同.少量Al2O3(5vol%)的添加既能增大材料的介电常数同时又降低了材料的介电损耗,但是随着Al2O3含量的继续增加,ALT陶瓷复合材料的介电常数和介电损耗都增大,其居里温度先升高后降低.Al2O3作为第二相不但能促进LiTaO3陶瓷烧结致密,而且对ALT陶瓷复合材料的介电性能也有提高.

2Si-B-3C-N陶瓷的热压烧结工艺

采用热压烧结工艺对机械合金化的2Si-B-3C-N陶瓷进行烧结成型。采用XRD、SEM、TEM等方法研究了工艺参数改变对陶瓷组织性能的影响规律。结果表明,温度和压力对陶瓷组织性能的影响较大,而保温时间与气氛压力的影响较小。当温度和压力分别为1900℃和80MPa时,陶瓷具有较高的力学性能,其致密度、抗弯强度、弹性模量、断裂韧度、维氏硬度分别为88.7%、331.1MPa、139.4GPa、2.8MPa·m^1/2和5.7GPa。当温度降至1800℃或压力减为50MPa时,陶瓷的致密度和力学性能都明显降低。这说明高温高压有利于原子扩散与颗粒滑动重排,从而促进陶瓷的烧结致密化与力学性能的提高。

LiTaO_3压电陶瓷烧结工艺的优化

采用氮气保护热压烧结工艺制备LiTaO3压电陶瓷材料,研究了不同烧结方法和热压烧结压力对LiTaO3压电陶瓷致密度和力学性能的影响。无压烧结不能得到烧结致密的LiTaO3基压电陶瓷。1300℃/25MPa热压烧结制备的纯LiTaO3陶瓷的烧结致密度很低,只有91.5%,其各项力学性能很差。1300℃/35MPa热压烧结制备的纯LiTaO3陶瓷材料的致密度较高,已经达到了97%,材料烧结较致密,气孔较少,但由于LiTaO3本身性质所限其各项力学性能变化不大。

氮化硼纳米管的研究现状

详细介绍了氮化硼纳米管自发现以来的研究情况,阐述了氮化硼纳米管的结构与性质,对目前已有的合成方法进行了归类与总结,同时分析了各自的优缺点,概述了其应用研究的进展情况,并提出了今后研究和应用的发展方向.

CoFe_2O_4纳米线的制备及磁性研究

采用模板-电泳沉积技术制备CoFe2O4纳米线,利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和振动样品磁强计(VSM)对样品的物相、微观组织结构和磁性能进行研究。结果表明:样品具有立方尖晶石型钙钛矿结构,纳米线的直径约为200 nm,与PAA模板的孔洞直径一致,随热处理温度的升高,样品的比饱和磁化强度、剩余磁化强度以及矫顽力变大。

可控构建环形的壳聚糖/Fe_3O_4复合凝胶研究

基于液滴冲击液面所形成环形涡流构建环形的壳聚糖/Fe3O4复合凝胶,研究环形凝胶的可控制备规律,并表征了壳聚糖/Fe3O4复合凝胶的物相组成、形貌及含水率。通过控制Na NO2的用量及降解时间,实现不同分子量壳聚糖制备。XRD结果表明实现了壳聚糖/Fe3O4复合凝胶的制备。环形的壳聚糖/Fe3O4复合凝胶的最佳制备参数为液滴下落高度为9-15 cm,壳聚糖分子量范围为3.4×105-7.1×104。环形涡流的存在及冷冻过程引起壳聚糖/Fe3O4复合凝胶外部孔径大于复合凝胶内部孔径,孔大小约为1050μm。壳聚糖/Fe3O4复合凝胶的含水率约为94%。