玻璃渗透氧化锆全瓷牙科修复材料的制备与性能表征

采用泥浆法和干压法成型多孔氧化锆陶瓷坯体,经玻璃渗透制备了玻璃氧化锆复合材料,研究了陶瓷坯体的成型和渗透,并对渗透复合材料的性能进行了表征. 结果表明,使用泥浆法成型,氧化锆浆料的固相含量可以达到75%(w),预烧结温度降低至1200℃,坯体预烧结过程中坯体的线收缩率小于0.5%,达到"净成型"要求,3 mm的渗透距离可以在15 min内完成,材料弯曲强度为285 MPa. 使用干压法成型,预烧温度1450℃,收缩率较大,2 mm渗透距离需2 h以上,材料弯曲强度达到400 MPa. 两种方法分别适用于泥浆直接成型工艺和CAD/CAM切削加工,所制复合材料可用于牙冠的核心瓷.     

固相含量对多孔Si3N4显微结构及性能的影响

以氮化硅为原料,以叔丁醇为溶剂,采用凝胶注模成型工艺,在无压烧结温度1780℃、保温时间1.5h、流动氮气气氛下,成功制备出具有高强度和高气孔率的多孔氮化硅陶瓷透波材料.通过对材料的密度、孔隙率、压缩强度和介电性能测试及显微组织观察,系统分析了固相含量对透波多孔陶瓷性能的影响.研究结果表明:随着固相含量的提高,孔隙率与...     

凝胶注模制备碳化钨多孔陶瓷

以甲基丙烯酰胺为单体、聚乙烯亚胺为分散剂,采用凝胶注模工艺制备WC坯体,经1 500℃保温2 h烧结,获得WC多孔陶瓷。结果表明:PEI含量为0.2%(质量分数)、pH值为9.5时,可以制备固相含量最高为45%(体积分数)的稳定WC浆料;多孔陶瓷孔径呈单峰分布;随着浆料固相含量从25%增加到45%,WC多孔陶瓷的孔隙率从61.8%(体积分数)下降到56.3%,WC多孔陶瓷的抗弯强度在20~40 MPa之间。     

海藻酸钠冷冻干燥制备环保型直通孔多孔氧化铝陶瓷(英文)

将海藻酸钠、氧化铝混合制成的浆料定向冷冻,使水定向结冰成孔,再对坯体进行冷冻干燥,使冰升华留下的孔隙结构得以保存,制备具有直通孔结构氧化铝多孔陶瓷。气孔率为66.7%的多孔氧化铝陶瓷具有比传统氧化铝泡沫陶瓷高10倍的渗透率。利用固相体积含量25%的浆料制备的多孔陶瓷抗压强度达到16.03 MPa。通过在原料中加入天然无毒的海藻酸钠作为黏结剂,不仅使整个工艺过程和原料都环境友好,而且使干燥后的坯体具有一定强度,可以满足搬运和机加工的要求。通过控制浆料的黏度和流动性以及分散剂加入量,获得均匀的孔隙结构。此外,还研究了固相含量、烧结温度对气孔率、压缩强度及渗透率等性能的影响。随着固相含量从30%降低到20%,样品的气孔率从61%提高了到72%,而压缩强度从16.03 MPa下降到3.42 MPa,渗透率从0.19×10–11 m2提高到4.51×10–11 m2。随着烧结温度从1 300℃提高到1 500℃,材料的气孔率从69.72%下降到67.02%,而压缩强度从4.45 MPa提高到18.66 MPa,渗透率从4.51×10–11 m2下降到4.09×10–11 m2。     

浆料直写成形ZrO_2陶瓷制备及烧结

为浆料直写成形工艺制备了一种高固相含量的水基ZrO_2陶瓷浆料,并用该工艺打印陶瓷坯体,1350～1550℃烧结后制备ZrO_2陶瓷样品。研究烧结温度对样品收缩率、密度、气孔率、相结构、力学性能、微观形貌和表面质量的影响,并与其他制造工艺进行性能比较。结果表明:在1550℃烧结2 h,直写成形ZrO_2陶瓷综合性能最佳,其晶粒细小、显微结构均匀、致密性好,相对密度、抗弯强度、硬度和断裂韧性分别为99.2%、676MPa、12.5 GPa和6.2 MPa·m~(1/2)。在挤出增材制造工艺中,烧结样品具有高的致密度和优异的力学性能。     

氧化铝陶瓷原位注凝成形技术的研究

本文以研究氧化铝陶瓷的水基注凝成形工艺为目的,详细研究了单体含量、固相含量、浆料陈腐时间对浆料粘度、生坯弯曲强度的影响,以及聚乙二醇对抑制坯体表面起皮的作用。结果表明：坯体的弯曲强度与单体含量成正比;控制氧化铝质量分数在70%可满足制备高固相分数、低粘度浆料的要求;浆料陈腐15h左右对降低浆料粘度、提高坯体强度有明显的效果;浆料中引入2.5wt%的PEG,坯体表面的起皮现象得到有效抑制,但坯体弯曲强度有所降低。     

烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3、La_2O_3)对β-Si_3N_4自增韧陶瓷的性能研究

利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674MPa,断裂韧性为6.34MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到686MPa和7.42MPa·m~(1/2)。通过无压烧结工艺,在1750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7。笔者着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。在氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性却得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺入量为2wt%时断裂韧性达到最大(7.68MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。     

自增韧氮化硅陶瓷的制备与性能研究

氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛应用于高温、化工、冶金、航空航天等领域。在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料研究的重要课题。笔者通过利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3和Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674 MPa,断裂韧性为6.34 MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性达到686 MPa和7.42 MPa·m~(1/2)。笔者通过无压烧结工艺,在1 750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7,着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺杂量为2wt%时,断裂韧性达到最大(7.68 MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。     

空心球包覆处理制备氧化铝多孔陶瓷

采用浆料浸渍法在氧化铝空心球表面包覆高岭土和滑石粉(质量比为2∶3),利用高岭土和滑石粉引入的MgO-SiO2-Al2O3作为助烧剂,采用干压成型工艺制备氧化铝空心球多孔陶瓷,研究了高岭土和滑石粉包覆量对氧化铝空心球多孔陶瓷性能的影响。结果表明:随高岭土和滑石粉包覆量的增加,氧化铝空心球多孔陶瓷的相对密度、收缩率、抗弯强度和断裂韧性先减小后增大;当滑石粉和高岭土包覆量为11.5%(质量分数)时,氧化铝空心球多孔陶瓷的相对密度、线收缩率、抗弯强度和断裂韧性均分别达到最大值0.77、26%、177MPa和3.08MPa·m1/2。包覆后的氧化铝空心球多孔陶瓷的抗弯强度是未包覆的3倍。包覆适量高岭土和滑石粉明显改善了氧化铝空心球的界面结合强度。     

反应烧结碳化硼/碳化硅坯体和烧结体的性能测试及分析

以聚乙烯吡咯烷酮作碳化硼和炭黑分散剂;四甲基氢氧化铵作碳化硅分散剂,分别以丙烯酰胺、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为单体和交联剂,采用凝胶注模工艺制备碳化硼/碳化硅坯体,再经过高温烧结,制备碳化硼/碳化硅烧结体试样.通过对凝胶注模成型反应烧结碳化硼/碳化硅坯体及烧结试样的性能研究表明:坯体的弯曲强度随着固含量的增加而增大,当固含量为55vol％时强度达到24.3 MPa.烧结体的断裂韧性随碳化硼含量的增加先提高后降低.最佳碳化硼含量为10wt％,此时断裂韧性可达到最大值5.07 MPa·m1/2.烧结体的硬度随着碳化硼含量的增加而增加,当碳化硼含量达20wt％时,硬度达到94.5HRA.     

3D打印氧化硅陶瓷的制备及性能研究

随着陶瓷3D打印技术的发展,3D打印高性能陶瓷越来越受关注,在航空航天领域得到快速应用.通过研究分散剂、浆料pH、氧化硅粉体粒径和固相含量对浆料粘度和流动性的影响,可制备出粘度低、固相含量高、流动性好的陶瓷浆料.测试了不同固相含量对SiO2陶瓷的弯曲强度、烧成收缩率、气孔率和致密度的影响.结果表明:在68vol%的固相含量条件下,烧结后SiO2陶瓷的致密度达到74.32%,烧成收缩率为0.95%.     

固相含量对淀粉原位凝固成型氧化铝陶瓷工艺中浆料流变性能及坯体性能的影响

探讨了固相含量对淀粉-Al2O3悬浮浆料的流变特性、固化行为、成型坯体显微结构和性能的影响。通过酯化淀粉原位凝固成型工艺可成型出结构完好、致密度较高的陶瓷坯体。研究表明浆料表观黏度随固相含量的增加而增加,但即使是固相体积分数为58%的高浓悬浮浆料,表观黏度仍小于1mPa·s,易于注模;随固相含量的增加,坯体的线收缩率和干燥强度下降,而坯体的相对密度不断增加;固相含量对坯体的微观结构和气孔分布也有显著影响。     

叔丁醇基凝胶注模成型制备氧化铝多孔陶瓷

以微米级Al2O3粉料为原料,叔丁醇为溶剂,采用凝胶注模成型工艺制备了氧化铝多孔陶瓷,并研究了Al2O3浆料的固相体积分数(分别为8%、10%、13%和15%)对1 500℃保温2 h烧后氧化铝多孔陶瓷的气孔率、气孔孔径分布、耐压强度、热导率和显微结构的影响.结果表明:当Al2O3浆料的固相体积分数从8%增加到15%时,氧化铝多孔陶瓷烧结体的总气孔率从71.2%逐渐降低至61.2%,气孔平均孔径从1.0 μm逐渐减小至0.78 μm,耐压强度从16.0 MPa逐渐增大至45.6 MPa,而热导率从1.03 W·(m·K)-1逐渐增大至1.83W·(m·K)-1.     

水基氮化硅陶瓷光固化成型工艺研究

水基光固化陶瓷浆料的低粘度、高分散是制备致密材料的关键因素。重点讨论了水基光固化中分散剂的种类、pH值、固相含量对光固化Si3N4陶瓷浆料流变性能的影响。实验表明:当用0.8 wt%的甲基丙烯酸铵做分散剂,浆料pH=10时,制备出了固相含量40 vol%,粘度为0.8 Pa·s-1的Si3N4浆料。通过3D光固化成型技术,运用优化后的浆料制备了形状复杂的涡轮坯体,并在气压烧结1750℃时,获得91%的相对密度,13.76±0.42 GPa的显微硬度和5.32±0.52 MPa·m~(1/2)的断裂韧性。     

水基冷冻干燥工艺制备层状结构多孔SiC陶瓷

以微米级SiC粉体为原料,利用冷冻干燥和原位反应烧结制备了具有层状孔道结构的SiC多孔陶瓷.XRD分析表明多孔陶瓷的主相是α-SiC,结合相是方石英;SEM观察到多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构;多孔SiC陶瓷的总孔隙率和开孔隙率随固相含量和烧结温度的增加而下降.多孔陶瓷的孔径分布呈现双峰分布特点,大孔孔径峰值介于20～80 μm,小孔孔径峰值为0.5～0.9 μm.在原位反应烧结过程中,在1100℃以上SiC开始发生氧化形成SiO2结合的多孔SiC陶瓷,显著提高了陶瓷的压缩强度.随着烧结温度从1000℃提高到1500℃,固相含量为30vol%的多孔SiC陶瓷开孔率从68.9%下降到61.8%,压缩强度由5.5 MPa升至25.5 MPa.     

21世纪陶瓷成型技术发展趋势

20世纪 80年代以来,陶瓷成型工艺受到人们的高度重视,相继产生了一系列新颖的成型技术。不同的成型技术有各自不同的优点,但同时也都有一定的局限性。总的来说,以下几方面将成为 21世纪陶瓷成型工艺发展的主流： 制备低粘度高固含量浆料,保证素坯强度 如果不考虑对粉体的要求,那么成型工艺的首要问题将是低粘度高固体含量浆料的制备,因为这是保证素坯密度和强度的前提。低粘度将使浆料顺利进行,而且低粘度还是成形复杂形状陶瓷部件的要求;高固含量是提高素坯密度和强度的基础,高密度的坯体可降低烧结温度,减小收缩率,避免坯体…     

碳化硅木质陶瓷的显微结构及力学性能

以汉麻秆芯碳化后的碳粉为原料,分别采用注浆和干压成型工艺制备素坯,通过反应烧结制备出碳化硅木质陶瓷.研究了注浆成型工艺中悬浮稳定剂的种类和添加量对浆料性能的影响.采用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等分析了碳化硅木质陶瓷的显微结构、物相组成及力学性能.结果表明:采用注浆成型制备的碳化硅木质陶瓷力学性能优异,实测的游离硅含量同理论计算结果一致,说明渗硅过程中硅碳反应充分,烧结体显微硬度、弯曲强度、弹性模量和断裂韧性分别为22.3 GPa、397 MPa、290 GPa和3.0 MPa·m1/2.     

凝胶-注模成型技术制备碳纤维/HA复合材料的研究

本文研究了pH值、分散剂、有机单体和碳纤维含量对碳纤维/HA陶瓷浆料粘度的影响,观察了复相陶瓷浆料的凝胶固化过程,研究了烧结温度和碳纤维含量对复合材料烧结密度、抗弯强度和断裂韧性的影响.研究结果表明:当pH =9、有机单体含量为10wt％、分散剂含量为5wt％、固相含量为50wt％的碳纤维/HA陶瓷浆料具有良好的分散性.随引发剂、催化剂含量的增加,复相陶瓷浆料的凝胶固化时间缩短.复合材料的烧结密度、抗弯强度和断裂韧性均随烧结温度的升高而升高.复合材料的抗弯强度和断裂韧性均随着碳纤维含量的增加呈现先增加而后降低趋势.当碳纤维含量为2wt％和2.5wt％时,凝胶注模成型所制备的复合材料的抗弯强度和断裂韧性分别为80.6 MPa和1.87 MPa·m1/2,较干压成型样品提高了24.9％和19.8％.     

高气孔率及高强度多孔氧化铝陶瓷的制备

在叔丁醇、丙烯酰胺、氧化铝组成的超低固相含量的浆料体系中,研究了分散剂、pH值等参数对浆料流变学性能的影响规律.采用柠檬酸作为分散剂、pH值约为6时,体积分数为10%的Al2O3浆料具有最低的黏度.利用叔丁醇极易挥发的特点,采用凝胶注模的工艺,制备了高气孔率及高强度的多孔氧化铝陶瓷,研究了固相含量和烧结温度对气孔率和压缩强度的影响规律,当气孔率为74%时,多孔氧化铝陶瓷的压缩强度在8MPa以上.     

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))/Si_3N_4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))/Si_3N_4陶瓷性能的影响。以Si_3N_4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))/Si_3N_4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))/Si_3N_4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。