立体光刻增材制造中固含量对Al2O3陶瓷性能的影响

对于陶瓷立体光刻增材制造技术, 光敏树脂浆料的固含量发挥着重要的作用。本工作首先制备了不同固含量的Al₂O₃陶瓷浆料, 并采用立体光刻增材制造技术, 制备了Al₂O₃陶瓷, 并研究了Al₂O₃浆料的固含量与陶瓷性能的关联关系。其次, 探索了固含量对Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能, 以及对Al₂O₃陶瓷的微观结构、力学性能的影响规律。结果表明, 随着固含量增加, 浆料的粘度和剪切应力均增大。在光固化增材制造过程中, 高固含量导致浆料的粘度高于其自流平的临界值, 且Al₂O₃浆料的固化性能与固含量高度相关。此外, 固含量明显影响光固化增材制造的Al₂O₃陶瓷的缺陷。这些制造缺陷对于Al₂O₃陶瓷的力学性能有重要影响。最后, 本工作总结了光敏Al₂O₃浆料的流变行为、固化性能与Al₂O₃陶瓷的微观结构和力学性能之间的关联关系。浆料的高粘度造成陶瓷的微观结构不均匀, 最终导致其力学强度较差。本研究结果可为陶瓷的光固化增材制造提供一定的参考。     

Al2O3凝胶固化成型的影响因素

凝胶固化成型工艺是一种新型的陶瓷材料成型技术。使用有机单体溶液配制陶瓷浆料,通过有机单体的聚合反应完成陶瓷浆料的固化成型。该技术适合于各种形状,尺寸的陶瓷块体和片状部件的成型。本文讨论了Al2O3浆料凝胶固化成型的反应机制,研究了聚合反应的影响因素,以获得合理的成型制度参数。实验结果证明, 聚合反应速率随有机单体溶液的浓度升高和引发剂、催化剂的用量增加而加快,随浆料pH值升高而减慢。通过控制上述因素,可以获得理想的成型质量。     

凝胶注模制备环形二氧化铀芯块工艺研究

环形二氧化铀芯块在提高反应堆功率密度上有诸多优势,本实验以N-羟甲基丙烯酰胺为凝胶体系,对环形UO_2燃料芯块进行了凝胶注模成型,研究了该体系下pH值、固相含量对浆料粘度的影响规律,同时研究了单体/交联剂比例、预混液/引发剂比例对料浆凝胶固化的影响。在此基础上,进行了环形UO_2燃料芯块注模成型,并对生坯芯块进行了干燥与烧结。结果表明:pH=9.5、固相含量为58vol%时,能制备出高固相含量、低粘度的UO_2陶瓷浆料;当单体/交联剂质量比为15/1、预混液/引发剂体积比为100/2时,凝胶固化效果最好。本工作还制备了壁厚分别为2.5 mm和1.5 mm的环形芯块生坯,其烧结后的壁厚分别为2.0 mm和1.2 mm左右;烧结密度、晶粒尺寸等指标满足技术要求。     

微米级陶瓷微球的制备技术

本文基于喷雾干燥过程的基本理论,以煅烧高岭土为原料,采用喷雾干燥法制备高岭土生坯微球。探讨了浆料浓度、进口温度、喷雾压力等工艺因素对微球的粒径与形貌的影响。研究了喷雾干燥成型的机理。通过实验优化工艺参数,得到在喷雾压力1．2MPa时,保持进口温度140℃不变,对浓度为25％的高岭土浆料进行喷雾干燥造粒得到的微球球形度最好,粒径分布最均匀。对高岭土微球进行二次烧结可以制得高强度、高硬度、表面光滑的单分散陶瓷微球。本技术为微米级陶瓷微球的制备提供了新的方法。     

水溶性共聚物为交联剂的凝胶注成型AlN陶瓷的研究

本研究采用一种快速凝胶的氮化铝凝胶通过在氮气气氛下烧结制备AlN陶瓷。将AlN粉体、少量的Y₂O₃粉体(烧结助剂)和去离子水以一定比例混合制得AlN浆料, 在浆料中加入一种新型的水溶性共聚物Isobam(由异丁烯和马来酸酐形成的共聚物)作为交联剂, 所得浆料在室温空气中自发凝胶成型。研究了Isobam和AlN、Y₂O₃粉体表面的有机包裹剂聚亚氨酯对浆料流变性能和凝胶性能的影响。结果表明, 加入0.3wt% Isobam可制备出固含量达52vol%的低粘度(0.2 Pa·s)AlN浆料。将凝胶干燥并脱粘, 获得的AlN素坯在氮气气氛下1800 ℃烧结4 h, 可制备出鳍状AlN陶瓷, 所得陶瓷的密度为3.33 g/cm³, 热导率为204 W/(m·K)。     

O/W/O多重乳液法制备毫米级氧化铝空心球

采用O/W/O多重乳液法, 以液体石蜡为内核, 氧化铝溶胶为外壳层组成的复合液滴作为前驱体, 制备毫米级氧化铝空心球, 研究了装置几何结构对前驱体的形成和固化过程对空心球结构的影响。结果表明, 内部油相通过直流通道直接注射到水相液滴内部时, 形成的复合液滴具有均一核壳结构, 壁厚和直径在30~80 μm和800~2200 μm可控。液滴置于水平方向旋转固化, 保持转速在20~60 r/min, 所得凝胶球可以保持完整的球形度和核壳结构。1200℃高温煅烧制备出的氧化铝空心微球维持高的球形度和空心结构, 表面粗糙度大约22 nm, 壁厚达到几十微米, 直径达到毫米级, 主要晶型为稳定的α-Al₂O₃。     

Al_2O_3凝胶固化成型的影响因素

凝胶固化成型工艺是一种新型的陶瓷材料成型技术,使用有机单体溶液配制陶瓷浆料,通过有机单体的聚合反应完成陶瓷浆料的固化成型．该技术适合于各种形状、尺寸的陶瓷块体和片状部件的成型．本文讨论了Ａl２Ｏ３浆料凝胶固化成型的反应机制,研究了聚合反应的影响因素,以获得合理的成型制度参数．实验结果证明,聚合反应速率随有机单体溶液的浓度升高和引发剂、催化剂的用量增加而加快,随浆料ＰＨ值升高而减慢．通过控制上述因素,可以获得理想的成型质量．     

SiO2/聚苯乙烯疏水复合微球的一步法合成和性能

提出了以苯乙烯、二乙烯基苯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)为单体，通过伴随着溶胶-凝胶反应的悬浮聚合法一步制备表面构筑有SiO₂粗糙结构的交联聚苯乙烯微球(SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球)。研究了油相组成、KH570用量和溶胶-凝胶反应条件对SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球强度和疏水性能的影响。结果表明，当弃除油相中的溶剂甲苯，在50℃的恒温反应阶段采用氨水调控体系pH值为10~11时可以获得兼具持久疏水性能、高强度和超低密度的SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球。SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球的表观密度约0.9917 g?cm?3，69 MPa的闭合压力下破碎率低至2.53%，表面静态水接触角高达140.7°，耐热性能优异(玻璃化转变和分解温度分别高达160℃和390℃)。尤其是，在涠州X油田A5井的螯合酸HD和FA中持续回流30天的过程中，SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球表面的接触角变化仍分别保持在±10%和±7%以内。SiO₂/聚苯乙烯疏水复合微球具备作为深部储层开采用支撑剂的极大潜力，也可用作封隔体控水工艺中的充填材料。      

浆料固相含量对数字光处理成形Si3N4陶瓷性能的影响

随着科技的不断发展, Si₃N₄陶瓷在航空、机械、生物医疗等高新领域发挥着越来越重要的作用。本工作采用包覆助烧剂Al₂O₃-Y₂O₃后的Si₃N₄粉体为原材料, 利用数字光处理(Digital light processing, DLP)技术成功制备出Si₃N₄陶瓷, 并系统研究了浆料固相含量对Si₃N₄陶瓷浆料、DLP成形Si₃N₄陶瓷素坯和陶瓷性能的影响。研究表明, 浆料固相含量低于40.0% (体积分数)时, 浆料在30 s^-1剪切速率下的粘度均小于2 Pa·s, 可用于DLP成形。在这种情况下, 浆料的单层固化深度随浆料固相含量的增加而减小。随着浆料固相含量的增大, DLP成形Si₃N₄陶瓷的相对密度和抗弯强度先升高后降低。固相含量为37.5% (体积分数)的样品获得最大的相对密度和抗弯强度, 分别为89.8%和162.5 MPa, 较固相含量为32.5% (体积分数)的样品分别提升了10%和16%。本研究通过对陶瓷浆料性能的优化, 提升了DLP成形Si₃N₄陶瓷的性能, 为Si₃N₄等非氧化物陶瓷光固化成形奠定了实验基础。     

环氧树脂改性自发凝固成型制备YAG透明陶瓷

YAG透明陶瓷具有良好的光学和力学性能, 广泛应用于激光增益介质与光学窗口等领域, 制备大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷是目前研究的热点与难点。作为一种新型胶态成型技术, 自发凝固成型在制备大尺寸陶瓷方面已显示出一定优势, 然而该体系存在浆料固化速率慢、素坯强度低等问题。本工作以水溶性环氧树脂乙二醇二缩水甘油醚(EGDGE)对自发凝固成型体系进行改性, 采用高温固相合成法制备了不同EGDGE含量的YAG透明陶瓷, 研究EGDGE对浆料流变性、凝胶强度、素坯孔隙率和烧结后陶瓷微结构与光学性能的影响。结果表明: 添加EGDGE有效增强了浆料的凝胶固化能力, 解决了YAG素坯干燥变形和开裂等问题。当EGDGE添加量为质量分数0.8%时, 在1700 ℃下真空烧结6 h并在1650 ℃下180 MPa热等静压烧结3 h, 成功制备了90 mm×30 mm×4.5 mm的YAG透明陶瓷, 它在1064 nm处直线透过率为80.8%。这为大尺寸/复杂形状YAG透明陶瓷的制备提供了新途径。     

悬浮分散固化法制备地质聚合物微球的研究

采用悬浮分散固化法,将矿渣、硅酸钠溶液和水制成的地质聚合物浆料滴入温度恒定的二甲基硅油中,分散固化制备地质聚合物微球。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、超高速智能粒度分析仪对地质聚合物微球进行分析表征,研究了二甲基硅油温度、分散机转速及二甲基硅油黏度对地质聚合物微球粒径和球形度的影响。结果表明,当保持硅油温度为50℃,直径小于150μm的微球含量最高。当分散机的转速为5000r/min时,1.0~10.0μm微球含量达到19.40%,10.0~30.8μm微球含量达到36.17%。当二甲基硅油黏度为1000mm²/s时,1.0~30.8μm微球含量达到48.19%。由XRD分析可知,制备的地质聚合物微球并没有改变矿渣的晶体结构,说明煅烧去除了微球表面和孔道中残留的二甲基硅油。从BET分析可知,微球具有较高的比表面积和介孔结构,为催化剂载体、吸附剂、水污染处理等方面的应用提供了活性位点,更有利于离子的扩散,具有很广泛的应用前景。     

模板剂F127对介孔SnO2的孔结构及电化学性能的影响

以SnCl₄·5H₂O和尿素为原料, 嵌段聚醚F127(EO₁₀₆-PO₇₀-EO₁₀₆)为模板剂, 通过水热法制备了介孔SnO₂材料。XRD、TEM和BET等分析结果表明, 模板剂F127添加量对介孔SnO₂的孔结构有重要影响。F127添加量增加, SnO₂比表面积增大, 孔容增大, 孔径分布变宽。电化学测试结果表明, 介孔的存在不仅能为锂离子脱嵌提供通道, 而且可以缓冲SnO₂的体积膨胀, 从而提高介孔SnO₂负极材料的电化学性能; 当F127添加量为6.0 g时, 所制备SnO₂具有124 m²/g的比表面积, 平均孔径为4.94 nm, 表现出最佳的循环性能和倍率性能, 在60 mA/g的电流密度下经30次循环后, 其可逆容量仍保持在434 mAh/g; 循环伏安测试表明部分高活性Li₂O的可逆还原提供了附加的可逆容量。     

等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

SnO2修饰石墨毡电极的制备及其性能表征

采用H₂O₂对石墨毡（GF）进行预处理,然后在其表面电沉积Sn,最后在120℃烘箱氧化24 h制备出SnO₂修饰的石墨毡电极。通过扫描电镜（SEM）对SnO₂修饰前后的石墨毡表面形貌进行表征,采用循环伏安法研究了SnO₂修饰后石墨毡电极的电化学性能。结果表明：SnO₂能够均匀地包覆在石墨毡表面;SnO₂修饰石墨毡后V⁴⁺/V⁵⁺电对的氧化峰的峰电流由0.0538 A增加到0.0708 A,与未处理石墨毡相比增加了31.5%,反应峰出峰持续时间提高,说明SnO₂对V⁴⁺/V⁵⁺电对电极过程具有一定的催化作用。析氧电位由1.382 V增加到了1.517 V,使电极在VOSO₄溶液中的电化学窗口变宽。     

热处理工艺对二氧化锡雾化粉粒度及均匀性的影响

以Sn为原料采用电弧等离子雾化工艺制备出四方相未完全氧化的纳米二氧化锡粉末,在空气气氛条件下,研究采用不同热处理工艺,氧化锡粉末生长速率与温度的关系。采用不同热处理温度和保温时间的热处理工艺对原始氧化锡粉末进行了热处理。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等方法对样品进行了成分和形貌分析。试验结果表明,采用等离子雾化法制备的氧化锡粉末,其晶粒尺寸随温度呈两段式增长,合适的热处理工艺可以改善粉末的粒度均匀性。      

多壳层化中空微球两相陶瓷生物材料制备研究

利用硅灰石(CaSiO₃)和β-磷酸三钙(β-TCP)在骨损伤环境中降解速率存在显著性差异的基本特性, 以海藻多糖凝胶球为模板, 运用层-层包裹方法构建CaSiO₃、β-TCP交替包裹的多壳层化中空微球。首先, 将海藻酸钠与硅酸钠的混合水溶胶逐滴加入到温和搅拌的硝酸钙水溶液中, 形成由水合硅酸钙盐为壳层的海藻多糖基复合微球, 然后将该复合微球依次浸入到含β-TCP的海藻酸钠溶液和含CaSiO₃的海藻酸钠溶液中, 温和搅拌后将微球悬浮液分离, 再经真空冷冻干燥和850℃煅烧处理, 从而获得以CaSiO₃为最内壳层并具有双壳层或三壳层的中空微球。按类似步骤也可以制备以β-TCP为最内壳层的多壳层中空微球。运用SEM、EDX、XRD和FTIR对该类微球的微结构和组成进行了分析。运用弱酸性Tris缓冲液(pH=5.2)对双壳层中空微球的降解。实验证明, 缓冲液中硅、磷浓度变化特征与其外壳层、内壳层化学组成(即β-TCP或CaSiO₃)密切相关。本研究结果对构建降解速率阶段可调的复合陶瓷多孔生物材料以及研究原位骨再生效率与孔道网络演化规律之间关系等具有重要学术价值。     

铕掺杂的TiO2空心微球的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶法制备未掺杂和铕掺杂的TiO₂空心微球, 采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET和XPS等技术对样品进行表征, 以亚甲基蓝的光催化降解为目标反应, 评价其光催化活性。结果表明, 钛酸四丁酯(TBOT)的加入量对微球的形貌影响较大, 当滴加1.5 mL的TBOT时, 可得结构清晰、分散性良好的TiO₂空心微球。XRD分析表明, 400℃煅烧的纳米TiO₂空心微球为锐钛矿, 掺铕可抑制TiO₂的晶相转变。光催化实验表明, 铕掺杂能显著提高TiO₂空心微球的活性。当铕掺量为0.7%时, 所得样品粒径和孔径最小, 比表面积最大, 光催化活性最高。