陶瓷凝胶再流动结合压滤制备高密度氧化铝素坯

高密度素坯是制备高性能陶瓷的基础,采用再流动结合压滤的方法制备高密度氧化铝素坯,研究了再流动结合压滤对素坯性能的影响。结果表明：脱水收缩1 d的再流动浆料具有更好的可压缩性,随着脱水收缩时间的延长,浆料的可压缩性降低;再流动结合压滤对高固含量浆料的物理力学性能提升效果更明显,与56.0%(体积分数)固含量的浆料直接压滤制备的素坯相比,通过再流动结合压滤制备的素坯相对密度从64.5%提高至65.7%,累积气孔率从0.149 mL/g降低至0.140 mL/g,素坯在1 550℃下烧结2 h的烧结收缩率从13.2%降低至12.6%,在1 500℃下烧结6 h制备的陶瓷抗弯强度从483 MPa提高至545 MPa。以上结果对大尺寸陶瓷部件制备具有重要意义。     

二元凝胶法制备Al2O3多孔陶瓷及其表面强化层

采用发泡注凝法制备Al_2O_3多孔陶瓷,研究了丙烯酰胺与明胶所组成的二元凝胶体系对陶瓷浆料黏度、发泡效果、坯体强度及陶瓷显微结构的影响,并对烧结陶瓷体的显气孔率、强度等进行了表征。结果表明:丙烯酰胺具有辅助分散作用,可降低明胶对浆料黏度的影响并改善浆料发泡效果;采用二元凝胶体系可制备具有均匀孔径分布的可适当机械加工陶瓷坯体;经1 600℃烧结2 h,可获得显气孔率为70%～90%的Al_2O_3多孔陶瓷,其中显气孔率最高为90.8%的多孔陶瓷其抗压强度高达3.3 MPa。在此基础上,对其进行了表面强化的研究。通过在其表面流延一层高强度多孔薄层,不仅使材料整体抗弯强度从6.4 MPa提高到10.8 MPa,而且可以有效降低高温气流对材料表面的烧蚀程度。     

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。     

硅溶胶分散氧化铝浆料的免脱气注凝成型工艺

基于气泡的稳定性理论,发展了一种免脱气注凝成型技术制备莫来石陶瓷素坯。利用pH约为9.5的硅溶胶对氧化铝颗粒的分散作用,制备了固相体积分数为50%,浆料粘度为953 mPa.s的符合莫来石计量组成的硅溶胶分散氧化铝浆料。采用NH4Cl作为电解质,直接利用硅溶胶凝胶化实现浆料的原位凝固成型。研究发现:由于在浆料中不引入任何表面活性物质,浆料脱气处理时间对成型素坯气孔率影响不大,浆料无须经过脱气处理,即可成型得到抗折强度达4.83 MPa、显微结构致密均匀的莫来石素坯。     

无压烧结SiC凝胶注模成型工艺研究

研究了固相烧结碳化硅的素坯凝胶注模成型工艺。对浆料的分散条件进行了探讨,并对单体的加入量和成型后的素坯的显微结构进行实验。结果表明:用1%氢氧化四甲基铵作为分散剂,分散效果好。单体的加入能降低浆料的粘度,当单体加入量为3%时,素坯密度和脱模时间最佳。成型后的素坯显微结构均匀,结合紧密。     

天然矿物低成本制备多孔陶瓷支撑体

陶瓷支撑体是多孔陶瓷膜应用的基础。对于传统陶瓷支撑体(如氧化铝),昂贵的原料价格及较高的烧结成本限制了其进一步应用。因此,选用合适的天然矿物原料来实现陶瓷支撑体的低成本制备成为当前研究重点。本工作以高岭土、滑石、碳酸钙为原料,制备出系列多孔陶瓷支撑体。采用热膨胀仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、压汞仪、万能试验机对坯体的烧结特性以及多孔陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、孔径尺寸分布、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性进行了研究。结果表明：坯体具有优良的低温烧结特性,通过化学反应烧结机制实现了多孔陶瓷支撑体的制备。烧结温度在1 000～1 200℃间较为适宜,所得支撑体的显微结构均匀,孔径呈单峰分布,开口气孔率、平均孔径尺寸、抗弯强度、0.1 MPa气体压力差下氮气通量分别为49.8%～49.4%、1.09～1.83μm、40.57～28.85 MPa、119～340 m3·m–2·h–1,同时具有良好的耐碱腐蚀性能。     

无压烧结SiC凝胶注模成型工艺研究

研究了固相烧结碳化硅的素坯凝胶注模成型工艺.对浆料的分散条件进行了探讨,并对单体的加入量和成型后的素坯的显微结构进行观察分析.结果表明:用1%氢氧化四甲基铵作为分散剂,分散效果好.单体的加入能降低浆料的粘度,当单体加入量为3%时,素坯密度和脱模时间最佳.成型后的素坯显微结构均匀,结合紧密.     

直接干压成型与真空烧结技术制备Nd:YAG透明陶瓷

以高纯氧化物粉体为原料,采用直接干压成型与固相反应烧结技术制备Nd:YAG透明陶瓷,并对其光学透过率和烧结致密化行为进行了研究。结果表明,经1 760℃烧结10 h后,250 MPa成型压力下的样品透过率最高,在1 064 nm处达到83.8%。其素坯的气孔率为40.5%,气孔平均孔径74.5 nm。烧结后陶瓷的显微结构致密,晶界干净清晰,断裂方式为沿晶断裂。将250 MPa成型压力下获得的陶瓷素坯在不同温度和时间下烧结,得到致密化轨迹、晶粒生长曲线以及显微结构演变等信息。通过理论拟合,得出低温下陶瓷致密化和晶粒生长的控制机制为晶界扩散。     

烧结温度对气压烧结氮化硅铁显微结构及性能的影响

以微米级氮化硅铁为原料、Al_2O_3–Y_2O_3为烧结助剂,采用气压烧结制备氮化硅铁复相陶瓷。通过X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行了表征,研究了烧结温度对氮化硅铁复相陶瓷成分、显微结构和力学性能的影响。结果表明:烧结温度对于氮化硅铁陶瓷的显微结构和力学性能具有显著影响。随着烧结温度的升高,样品致密度、抗弯强度、断裂韧性先增大后降低,在1 770℃时均达到最大值,密度、抗弯强度和断裂韧性分别达到3.31 g/cm~3、435 MPa和6.97 MPa?m~(1/2)。在1 770℃以下时,陶瓷样品中主晶相为长柱状的β-Si3N4,晶粒彼此间结合紧密,陶瓷气孔率较低。温度继续升高,含铁相和氮化硅发生反应,气孔率增大,抗弯强度和断裂韧性开始下降。如果进一步提高硅铁的氮化率,采用游离硅低、铁含量低及纯度较高的氮化硅铁粉末制备氮化硅铁陶瓷,材料的性能有望得到进一步的提高。     

通过凝胶注模成型和无压烧结制备碳化硅陶瓷

以四甲基氢氧化铵为分散剂,糊精为碳源,通过静电稳定作用,制备了高固相含量、分散良好的碳化硅陶瓷浆料。以水溶性N,N–二甲基丙烯酰胺为单体,N,N’–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用实验室开发的偶氮[2–(2–咪唑啉–2–基)]丙烷HCl引发体系,在45～50℃引发单体聚合,制备出水基凝胶注模碳化硅素坯,素坯的相对密度达58%,抗弯强度大于40MPa。进一步通过无压烧结制备相对密度高于98%,硬度达28GPa,强度达530 MPa的SiC陶瓷。对素坯和SiC陶瓷的微结构和力学性能进行了测试和表征。结果表明:采用糊精作为碳源可以提高凝胶注模浆料的分散性,避免凝胶过程中的碳阻聚问题,有利于制备出高性能的碳化硅陶瓷材料。     

凝胶注模制备碳化硼多孔陶瓷EI北大核心CSCD

以琼脂糖大分子为凝胶体系、聚丙烯酸为分散剂,采用凝胶注模工艺制备B4C坯体,经过1 800~2 000℃烧结,制备得到B4C多孔陶瓷。结果表明:pH值为7.5、分散剂含量为0.15%(体积分数)时,陶瓷浆料的稳定性和流动性最佳,制备得到固相含量为45%(体积分数)的低黏度陶瓷浆料。随着烧结温度升高,多孔陶瓷的通孔率下降,1 800℃烧结得到的块体通孔率为100%,气孔呈明显的单峰分布,孔径大小为1μm。多孔陶瓷的抗弯强度在60 MPa左右。Zr金属浸渗B4C多孔陶瓷后得到Zr C/Zr B2复合材料,其微观组织随渗层深度变化出现分层现象。     

凝胶注模制备碳化硼多孔陶瓷

以琼脂糖大分子为凝胶体系、聚丙烯酸为分散剂,采用凝胶注模工艺制备B4C坯体,经过1 800~2 000℃烧结,制备得到B4C多孔陶瓷。结果表明:pH值为7.5、分散剂含量为0.15%(体积分数)时,陶瓷浆料的稳定性和流动性最佳,制备得到固相含量为45%(体积分数)的低黏度陶瓷浆料。随着烧结温度升高,多孔陶瓷的通孔率下降,1 800℃烧结得到的块体通孔率为100%,气孔呈明显的单峰分布,孔径大小为1μm。多孔陶瓷的抗弯强度在60 MPa左右。Zr金属浸渗B4C多孔陶瓷后得到Zr C/Zr B2复合材料,其微观组织随渗层深度变化出现分层现象。     

基于离子凝胶技术制备微米级氮化硅蜂窝陶瓷

利用海藻酸钠与Ca~(2+)之间的离子凝胶反应制备直通孔硅坯体,进而通过硅粉氮化烧结技术制备微米级氮化硅蜂窝陶瓷。分析了海藻酸钠浓度、原料硅粉含量对坯体成孔及孔径的影响,以及不同凝胶悬浮体的稳定性,并利用扫描电子显微镜和X射线衍射技术分析坯体及烧结体的显微结构和相组成。经过对海藻酸钠浓度和固相含量等进行优化,制备出平均孔径在20~60μm、孔径可调控的直通孔结构氮化硅蜂窝陶瓷,气孔率达到72.5%。     

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。     

喷雾造粒对固相烧结SiC陶瓷的影响

采用离心式喷雾造粒技术对SiC浆料进行造粒,研究了喷雾造粒对SiC粉体的流动特性、成型行为、烧结性能、力学性能及显微结构的影响机制。研究结果表明:喷雾造粒后,碳化硅粉体流动性得到较大改善,素坯密度增加,微观结构致密;固相烧结后,碳化硅陶瓷的烧结性能提高,陶瓷显微结构得到改善。     

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.     

浆料直写成形Zr02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Zr02陶瓷浆料,并用该工艺打印陶瓷坯体,1350～1550℃烧结后制备Zr02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2h,直写成形Zr02陶瓷综合性能最佳,其晶粒...     

添加氟化物对硅灰石玻璃陶瓷性能的影响

以钙铝黄长石、废玻璃粉为主要原料,分别添加MgF2、BaF2及复合氟化物,用反应析晶烧结法制备硅灰石玻璃陶瓷.使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征.对添加不同氟化物制备的硅灰石玻璃陶瓷进行了密度、收缩率、气孔率、吸水率、抗弯强度、抗压强度等性能测试.结果表明,添加MgF2、BaF2或复合氟化物制备的玻璃陶瓷主晶相均为硅灰石.添加MgF2可促使硅灰石玻璃陶瓷大量析晶,密度较低,吸水率和气孔率均较高,抗压强度大大降低.添加BaF2或复合氟化物具有较低的吸水率和气孔率,较高的密度,以及较高的抗弯强度和抗压强度.添加复合氟化物后可通过玻璃陶瓷的自收缩作用实现其烧结致密化,当添加5％MgF2与5％BaF2后,制得的硅灰石玻璃陶瓷体积密度2.4322 g/cm3,相对密度90.93％,气孔率0.27％,吸水率0.06％,抗弯强度54 MPa,抗压强度239 MPa.     

高温气体净化用陶瓷纤维过滤材料的制备及性能

本文采用真空旋转抽滤成型工艺,以莫来石纤维为主要原料制备了高温气体净化 用陶瓷纤维过滤材料,研究了纤维浆料搅拌时间和烧结温度对纤维膜材料性能的影响,评价其 过滤及热震性能。实验结果表明：当纤维膜浆料搅拌 2 h 时,在 1000?C 下烧结可以制备出过抗 压强度为 4.75 MPa、透气阻力 95 Pa、气孔率为 85%、平均孔径为 70 ?m、显微结构均匀的纤维 膜材料,其除尘效率可达 99.99%,且具有良好的热震性能。     

聚碳硅烷低温制备碳化硅泡沫陶瓷

采用具有连通气孔的聚氨酯海绵浸渍聚碳硅烷（polycarbosilane,PCS）、碳化硅微粉与四氢呋喃配制的浆料,挂浆素坯经热氧化不熔化处理后,在惰性气氛中于1 000℃热解制备碳化硅泡沫陶瓷。研究了固相含量和PCS含量对碳化硅泡沫陶瓷微观结构、体积密度、线收缩率和抗弯强度的影响,结果表明：固相含量为43.1%～69...