针状莫来石材料的应用研究进展

针状莫来石具有广阔的应用前景,可用于陶瓷增韧补强剂、高效能多孔陶瓷等.以其应用为线索,对国内外制备针状莫来石晶体的方法进行了综述,提出今后的研究方向应该是氧化物掺杂对针状晶体生长的影响以及针状莫来石多孔材料的产业化研究.     

高气孔率及低热导率多孔莫来石陶瓷的制备(英文)

采用叔丁醇基凝胶注模工艺制备多孔莫来石陶瓷,研究了固含量和烧结工艺对多孔莫来石陶瓷显微结构、气孔率、气孔尺寸及分布、压缩强度和室温热导率的影响。结果表明,固含量相同时,随着烧结温度的升高,多孔莫来石陶瓷的气孔率不断降低,而抗压强度则不断增加;当固含量为15%、烧结温度为1 350℃时,多孔莫来石陶瓷的气孔率最高为71.7%,平均气孔孔径为3.49μm,而热导率则低至0.103W/(m·K)。通过改变烧结温度和初始固含量可调整多孔莫来石陶瓷的微观结构和性能。     

莫来石陶瓷工艺的最新发展

众所周知,莫来石是传统陶瓷的重要组分,除此以外,在高温和低温下它作为优质结构材料也得到了广泛的应用。莫来石具有许多良好的工程性能,如在高温卞热膨胀低、化学稳定性好、强度高。为了提高莫来石的经济效率以及它的机械、热和电性能,在不同实验室里对莫来石陶瓷进行了大量的研究工作。     

木炭添加量对多孔莫来石陶瓷性能的影响

为了改善以木炭为造孔剂的多孔莫来石陶瓷的性能,以烧结莫来石(0.25~0.3 mm)、SiO2微粉、Al2O3微粉、滑石粉、球黏土、膨润土、甲基纤维素、木炭粉(≤0.044 mm)为原料,研究了不同量的木炭粉(外加质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%、10%、12%)对多孔莫来石坯体的成型外观、烘干后的常温耐压强度及1 400℃保温3 h热处理后的显气孔率和常温耐压强度的影响,并对不同木炭添加量的多孔莫来石试样进行了显微结构分析。结果表明:外加质量分数≤8%的木炭,制成的多孔莫来石坯体可较好成型;外加质量分数2%~8%木炭的莫来石坯体与不添加木炭的相比,烘干后试样的常温耐压强度明显提高;多孔莫来石热处理后的显气孔率随着木炭添加量的增加而增加,常温耐压强度随之降低。综合考虑多孔莫来石陶瓷各项性能,木炭外加质量分数不宜超过8%。     

氟化铝添加量对碳化硅/莫来石复合多孔陶瓷性能的影响

本文以碳化硅(SiC)、气相SiO2、纳米Al2O3和AlF3·H2O为原料,制备出了碳化硅/莫来石复合多孔陶瓷,主要研究了AlFa·H2O添加量、烧结温度对多孔陶瓷抗弯强度、气孔率、孔径分布等性能的影响.用SEM、XRD研究了多孔陶瓷的微观形貌和物相组成.结果表明:AlF3·H2O对莫来石的生成有明显的促进作用,1300℃时,添加AlF3·H2O的样品中检测到莫来石相,多孔陶瓷气孔率随AlF3·H2O加入量增加而升高,而抗弯强度随其增高而先增加后减小,AlF3·H2O添加量为4wt％时,多孔陶瓷气孔率为42.8％,抗弯强度为31.1 MPa.     

莫来石纤维多孔陶瓷粘结用的莫来石纳米晶的研制

粘结剂在纤维多孔陶瓷制备过程中起着关键性作用,对用作莫来石纤维多孔陶瓷粘结用的莫来石微晶制备过程和结构进行了分析研究。分析结果表明：所研制粘结剂胶体颗粒的ζ-电位为35．75mV;粘结剂在烧结过程中经历了如下变化：无定形物质→微量γ—Al2O3（970℃）→铝硅尖晶石（1030℃）→莫来石与铝硅尖晶石（1150℃）→莫来石纳米晶（1250℃）。烧结后的莫来石晶粒平均尺寸为6463nm;对晶胞参数的测定表明其与莫来石纤维具有良好的晶体结构上的匹配性。     

用不同硅质原料来制备莫来石结合碳化硅多孔陶瓷

分别以Al(OH)3为铝质原料,气相白炭黑和硅灰为硅质原料,在1330 ℃下实现了莫来石的低温合成,莫来石转化率达90%以上.以碳化硅为骨料,以20%结合剂制得了莫来石结合碳化硅复相陶瓷多孔材料.当材料的气孔率为31.46%时,抗折强度达85.75 MPa.利用XRD和SEM分别研究了不同硅质原料合成莫来石结合碳化硅材料中莫来石转化率及材料烧成温度对材料性能的影响.作为比较,研究了以红柱石为合成莫来石原料来制备Mullite/SiC复相陶瓷多孔材料.     

光固化3D打印制备莫来石纤维基多孔陶瓷

传统的成型技术已经无法满足各行业对高精度、复杂结构莫来石纤维基多孔陶瓷的需求，光固化3D打印技术可以直接制得近净尺寸的陶瓷材料，是制备复杂结构陶瓷的理想技术。以莫来石纤维(基体)和纳米SiO₂粉(高温黏结剂)为主要原料，采用光固化3D打印技术成功制备了莫来石纤维基多孔陶瓷。研究了纳米SiO₂粉加入量(加入质量分数分别为0、20%、27%、33%和38%)对纤维浆料的分散稳定性、流变特性和光敏性能的影响，以及对莫来石纤维基多孔陶瓷的显微结构和物理性能的影响。结果表明：SiO₂粉使纤维浆料的黏度显著提升，这有助于缓解纤维的沉降、团聚，获得均匀的打印浆料；但过量的SiO₂粉将导致浆料黏度过大，不利于3D打印过程顺利进行。当SiO₂粉加入量为33%(w)时，纤维浆料的性能最适合3D打印，其在1 h内的沉降率小于9.7%,黏度为3.95 Pa·s(剪切速率为30 s^-1);采用上述浆料打印的莫来石纤维基多孔陶瓷表现出最佳的物理性能(体积密度为0.56 g·cm     

用锆英石—铝矾土制备ZrO_2增韧莫来石陶瓷

对用锆英石－铝矾土制备的ＺｒＯ２增韧莫来石陶瓷的配方、工艺过程以及性能进行了对比分析，制得的ＺｒＯ２增韧莫来石陶瓷优于以前的莫来石陶瓷。     

用锆英石—铝矾土制备ZrO2增韧莫来石陶瓷

对用锆英石－铝钒土制备的ＺｒＯ２增韧莫来石陶瓷的配方，工艺过程以及性能进行了对比分析，制得的ＺｒＯ２增韧莫来石陶瓷优于以前的莫来石陶瓷。     

SiC_w/莫来石和SiC_w/Y-TZP/莫来石复合材料的力学性能与显微结构

以莫来石为基体,SiC晶须(SiC_w)和Y-TZP(Y_2O_3稳定的四方ZrO_2多晶)为两种补强剂,采用热压烧结工艺,制备SIC_w/莫来石和SIC_w/Y-TZP/英来石复合材料。研究了复合材料的力学性能与显微结构,并对强化增韧机制进行了分析。结果表明,SiC晶须补强莫来石,可以改善其强度和断裂韧性。若SiC晶须和Y-TZP共同补强英来石,则可以进一步提高其强度和断裂韧性。晶须引起裂纹偏转,晶须拔出以及由ZrO_2相变引起的微裂纹增韧是该复合材料的主要增韧机制。SiC晶须和Y-TZP两种补强剂的共同作用,对莫来石强度和断裂韧性的提高具有叠加或协同效应。     

莫来石对Y-TZP陶瓷摩擦磨损性能的影响

用环-块摩擦磨损试验机在室温下研究了莫来石弥散钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷(mullite dispersed yttria stabillized tetragonal zirconia polycrystal,MDZ)与高铬铸铁(high chromium cast iron,HCCI)摩擦副在2％(质量分数)SiO2磨粒的5％NaOH溶液中的摩擦磨损性能。结果表明：载荷在100-500N范围内,含15％(质量分数,下同)莫来石的15 MDZ复合陶瓷的耐磨性明显优于20 MDZ(含有20％莫来石)。载荷500N下,虽然3Y-TZP(yttria stabillized tetragonal zirconia polycrystal,含3％摩尔分数氧化钇)中弥散15％莫来石后力学性能下降,但耐磨性提高。柱状莫来石对耐磨性的主要贡献是：具有承载作用;阻碍裂纹扩展;折断的柱状莫来石的“滚针轴承”作用减轻磨擦副之间的摩擦磨损。MDZ复合陶瓷的主要磨损机制为微观犁削和柱状莫来石晶粒脱落。     

莫来石陶瓷中的位错与断裂

有透射电镜和扫描电镜研究了莫来石陶瓷的亚结构特征和断裂过程。发现裂纹尖端成分布着位错列。认为这种特写位错的交互作用引起了莫来石陶瓷的解理和早期断裂，并使莫来石陶瓷在常温显示低的强度。实验证实，掺加第二相显微颗粒，能有效地钉扎位错，也提高了莫来石陶瓷的常温强度。     

莫来石及其复相材料的工艺、显微结构与力学性能的关系

对莫来石及其复相材料的显微结构对其常温强度、高温强度、高温抗蠕变性、抗热震稳定性的影响进行了评述和总结,并从原料、烧成温度、添加剂及其他等方面讨论了制备工艺对优化材料显微结构及改进材料力学性能的影响.     

Cyclic Infiltration of Porous Zirconia Preforms with a Liquid Solution of Mullite Precursor

Composites of mullite and zirconia were fabricated via the cyclic infiltration of porous zirconia-based preforms with a liquid mullite precursor. The maximal amount of mullite precursor that could be infiltrated was dependent primarily on the initial open porosity of the preforms. When a zirconia preform with an initial open porosity of ∼58% was cyclically infiltrated to saturation, the open porosity was reduced to ∼43%, with a median pore diameter of 15 nm. After sintering at a temperature of 1500°C for 2 h, the saturation-infiltrated zirconia preforms could be densified to ∼98% of the theoretical density. In zirconia samples, infiltrated mullite had a tendency to coalesce into large, elongated grains as the sintering temperature was increased. The presence of infiltrated mullite did not have a significant effect on the zirconia grain structure. The distribution of mullite in the samples was nonuniform, and the distribution profiles varied as the number of infiltration cycles varied. Although the sintered density and hardness showed small improvements after saturation infiltration, the fracture toughness did not increase.     

连续莫来石纤维应用与制备

综述了莫采石纤维的特性、应用、制备方法和研究现状,得出溶胶-凝胶法将成为制备连续莫来石纤维的趋势,并对该方法的发展方向进行了展望.     

Al2O3在莫来石中固溶对ZTM/Al2O3陶瓷结构与性能的影响

研究了加入氧化铝对ZTM陶瓷结构和性能的影响.发现在烧结过程,氧化铝可固溶于莫来石颗粒形成富铝型柱状莫来石,并因其产生的体积膨胀增强了基质对氧化锆颗粒的约束,使材料中的四方氧化锆相对含量增加,其强韧化效果进一步发挥,明显改善了材料的力学性能.     

矾土基合成莫来石质多孔陶瓷的研制

采用发泡法与添加造孔剂相结合,以高铝矾土和高岭土为骨料,长石作熔剂,并添加适量的煤、MgSO4和CaSO4作发泡剂,煤为造孔剂,PVA为粘结剂,干压成型后于1500℃左右烧成制备了莫来石质多孔陶瓷。制得的多孔陶瓷莫来石生成量高达90%以上,其气孔分布均匀,孔径分布范围为100～300μm;气孔率高达52.3%（闭孔气孔率为38.7%,开孔气孔率为13.6%）;体积密度为0.9731g/cm3;抗压强度为25.1317MPa;导热系数为0.143W/（m.K）的多孔陶瓷。     

原位合成莫来石晶须及其微观结构的研究

本文通过以高岭土、工业氢氧化铝为原料,添加适量AlF3和V2O5,在高温下原位合成了莫来石晶须,采用扫描电镜（SEM）研究了合成的莫来石晶须的微观形貌,探讨了莫来石晶须的生长机理,并讨论了影响莫来石晶须生长的相关因素.在综合考虑影响莫来石晶须生长的相关因素后,制备出晶须多、长径比大、分布均匀的莫来石晶须样品.     

Microstructure and mechanical properties of in-situ grown mullite toughened 3Y-TZP zirconia ceramics fabricated by gelcasting

In-situ grown mullite toughened zirconia ceramics (mullite-zirconia ceramics) with excellent mechanical properties for potential applications in dental materials were fabricated by gelcasting combined with pressureless sintering. The effect of sintering temperature on the microstructure and mechanical properties of mullite-zirconia ceramics was investigated. The results indicated that the columnar mullite produced by reaction was evenly distributed in the zirconia matrix and the content and size of that increased with the increase of sintering temperature. Mullite-zirconia ceramics sintered at 1500 °C had the optimum content and size of the columnar mullite phase, generating the excellent mechanical properties (the bend strength of 890.4 MPa, the fracture toughness of 10.2 MPa.m^1/2, the Vickers hardness of 13.2 GPa and the highest densification). On the other hand, zirconia particles were evenly distributed inside the columnar mullite, which improved the mechanical properties of columnar mullite because of pinning effect. All of this clearly confirmed that zirconia grains strengthened columnar mullite, and thus the columnar mullite was more effective in enhancing the zirconia-based ceramics. Simultaneously, the residual alumina after reaction was distributed evenly in the form of particle, which improved the mechanical properties of the sample because of pinning effect. Overall, the synergistic effect of zirconia phase transformation toughening with mullite and alumina secondary toughening improved the mechanical properties of zirconia ceramics.