陶瓷材料闪烧技术研究进展

总结了闪烧研究中所涉及的实验内容(包括平台、制度和材料体系等)和烧结机理(包括焦耳热效应、快速升温致密化、接触点局部热效应和缺陷作用理论等),比较了闪烧和传统烧结制得材料的微观形貌和力学性能,展望了闪烧技术的发展趋势和方向。结果表明:闪烧技术可广泛应用于离子导体、绝缘体、半导体和类金属导电陶瓷等多种陶瓷材料的制备中,闪烧制备的陶瓷材料较传统烧结具有更精细的微观形貌和更优异的力学性能。     

陶瓷材料闪烧制备技术研究进展

陶瓷材料制备过程中,常规烧结需要很高的烧结温度以及较长的保温时间,实现材料致密化不仅能量消耗较大,效率低下,且长时间高温烧结也会带来晶粒长大问题,影响材料性能。近年来,一种名为"闪烧"的新型烧结技术被广泛报道,该技术不仅烧结温度低,保温时间短,且制备的陶瓷材料具有更加优异的微观形貌,引起了学术界的普遍关注。本文归纳了闪烧技术的研究进展,分别对闪烧技术的实验装置、技术参数、制备材料种类以及闪烧技术目前提出的机理进行介绍,分析了闪烧技术当前存在的问题并展望其前景,以期为继续发掘闪烧技术优势、扩展闪烧技术应用领域提供参考。     

陶瓷材料微波烧结工艺与机理研究现状

微波烧结作为一种新型材料烧结技术,在陶瓷材料制备领域受到越来越多的关注.与传统烧结技术相比,微波烧结具有快速高效、节能环保以及改善材料微观结构,提高材料性能的优点.本文介绍了传统烧结和微波烧结的特点,对比了传统烧结和微波烧结陶瓷材料的烧结工艺和力学性能;列举了运用微波烧结法制备的典型结构陶瓷的烧结工艺及其力学性能;全面综述了陶瓷材料微波烧结机理;最后提出了微波烧结在未来发展中亟待解决的问题.     

四方相氧化锆分步加压辅助闪烧烧结制备及性能

开发了一种四方相氧化锆陶瓷材料的二次分步加压辅助闪烧烧结工艺,该工艺对加压辅助闪烧工艺进行了优化,消除了临界闪烧温度下高功率闪烧导致的微观组织结构劣化现象。结果表明:多次分步加压辅助闪烧工艺保留了闪烧方法低温、瞬时烧结的优点,规避了复杂生坯压制工序和贵金属电极高昂成本,钇稳氧化锆可通过多次闪烧获得致密化,该工艺烧结温度低于1 050℃,烧结时间小于200 s,制备的四方氧化锆陶瓷材料的密度达到90%以上。     

四方相氧化锆分步加压辅助闪烧烧结制备及性能EI北大核心CSCD

开发了一种四方相氧化锆陶瓷材料的二次分步加压辅助闪烧烧结工艺,该工艺对加压辅助闪烧工艺进行了优化,消除了临界闪烧温度下高功率闪烧导致的微观组织结构劣化现象.结果表明:多次分步加压辅助闪烧工艺保留了闪烧方法低温、瞬时烧结的优点,规避了复杂生坯压制工序和贵金属电极高昂成本,钇稳氧化锆可通过多次闪烧获得致密化,该工艺烧结温度低于1050℃,烧结时间小于200 s,制备的四方氧化锆陶瓷材料的密度达到90%以上.     

氧化铝陶瓷闪烧工艺的研究进展

氧化铝陶瓷具有硬度高、耐磨性能好、耐高温和优良的化学稳定性等特质特性。烧结是实现氧化铝陶瓷上述应用和特质特性的关键技术,常压烧结是氧化铝陶瓷的传统烧结工艺,但其缺点也越来越明显,如烧结温度高、烧结时间长、致密度低、晶粒异向生长或异常长大、显微组织粗化和力学性能降低等,严重阻碍了其进一步的发展。因此,从材料性能、环境及经济等方面考虑,降低氧化铝陶瓷烧结温度、缩短烧结时间、提高致密性、保持或提高性能成为亟须解决的课题。近年来,相继提出了热压烧结、热等静压烧结、微波烧结、微波等离子烧结、放电等离子烧结和闪烧等烧结工艺来解决上述问题。其中闪烧工艺具有烧结温度低、烧结时间短、晶粒细小甚至纳米化的微观组织等优势,是一种使氧化铝陶瓷致密化的非常有前途的烧结工艺。因此,闪烧工艺有望解决氧化铝陶瓷材料传统烧结工艺中存在的问题。本文综述了氧化铝陶瓷闪烧工艺自2010年报道以来的相关实验和理论研究进展,包括闪烧工艺的原理、实验平台的搭建、工艺参数对氧化铝陶瓷显微结构和性能的影响。阐述了闪烧工艺的烧结机理,当前存在的主要难点和挑战,并对闪烧工艺前景进行了展望。     

加压辅助闪烧工艺制备四方相氧化锆

研究了加压辅助闪烧烧结工艺参数(温度、电压、电流、压力)对钇稳氧化锆致密度、微观组织结构和成分组成的影响,该工艺在热压烧结基础上叠加闪烧效应,利用高电场强度使高温导电氧化锆瞬间发生密实化烧结。结果表明:钇稳氧化锆的闪烧临界温度为880℃,在相同的电场强度条件下,闪烧临界温度处烧结可获得最大的闪烧收缩量。氧化锆在临界烧结温度下瞬时放电快速烧结符合焦耳热效应和接触点局部热效应,临界闪烧温度的高峰值功率闪烧易导致样品的组织结构和成分变化,峰值功率应进行控制,即电流强度应低于3 A。     

氮化硅陶瓷材料微波烧结研究现状

氮化硅是一种具有优良性能的陶瓷材料,是一种理想的高温结构材料和高速切削刀具材料,近年来随着微波技术的发展,氮化硅的微波烧结越来越受关注。本文简述了氮化硅陶瓷材料传统烧结与微波烧结的研究现状;比较分析了各种烧结技术制备的氮化硅陶瓷的微观结构和力学性能,得出了微波烧结氮化硅陶瓷的优越性;最后提出氮化硅陶瓷微波烧结在未来研究中还需解决的问题。     

微波烧结工艺制备纳米羟基磷灰石陶瓷

采用微波烧结法对分别以沉淀法和溶胶凝胶法制备技术的羟基磷灰石(HAP)进行烧结,获得了高强度且晶粒可控的HAP陶瓷。利用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、电子万能材料试验机对样品的相组成、微观形貌和力学性能进行了表征。结果表明:以溶胶凝胶法所制备的HAP粉末为原料的陶瓷材料更容易烧结致密;相比无压烧结,微波烧结能够在保证力学性能的基础上降低烧结温度,控制晶粒生长。当以溶胶凝胶法制备的HAP粉末为原料,压制成型,在微波烧结工艺下烧结制度为1 100℃恒温30 min时,可获得弯曲强度为93 MPa、晶粒大小约为300 nm的高强度HAP陶瓷材料。     

超低温烧结微波介质陶瓷制备工艺的研究进展

传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000℃以上高温，不仅工艺周期长、能量消耗高，而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今，无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求，低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高，且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺，已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近，又出现了一种新的超低温烧结工艺—冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般≤300℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化，且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势，为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。     

先进陶瓷材料快速烧结技术发展现状及趋势

快速烧结技术在节省时间和能源方面的巨大优势使其成为一直以来的研究热点。近几十年来,快速烧结技术(如火花等离子烧结、闪电烧结、选区激光烧结、感应烧结、微波烧结和传统烧结装置中的快速烧结等)的发展,使陶瓷材料的快速烧结成为可能。本文综述了近20年来先进陶瓷领域中的快速烧结技术和烧结机理,并对火花等离子烧结中直流脉冲电流和机械压力对微观结构、材料性能和烧结机理的影响进行了深入分析和总结。同时指出,快速烧结技术今后的发展一方面是对烧结机理的进一步研究并应用到先进陶瓷材料的制备中,另一方面是解决快速烧结技术工业化生产中大尺寸、大批量生产的难题。     

热压烧结Al2O3/Si3N4复相陶瓷的研究

采用热压烧结工艺制备了Al2O3/Si3N4复相陶瓷材料,对不同温度下、不同氮化硅用量时所制备的材料进行了硬度、断裂韧性等力学性能的测试,运用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对材料的微相组成与显微形貌进行表征.结果表明1600 ℃,30 MPa,保温1 h,Si3N4用量为3wt%时所制备的材料的各项力学性能达到了最佳值.     

国内外碳化硅陶瓷材料研究与应用进展

碳化硅陶瓷材料具有良好的耐磨性、导热性、抗氧化性及优异的高温力学性能,被广泛应用于能源环保、化工机械、半导体、国防军工等领域.然而,由于碳化硅为强共价键化合物,且具有低的扩散系数,导致其在制备过程中的主要问题之一是烧结致密化困难.因此,大量研究工作通过烧结技术的研究与烧结助剂的选择和优化等手段促进碳化硅致密化过程,降低烧结温度,细化晶粒,改善碳化硅陶瓷材料的各项性能.本文基于对碳化硅材料烧结行为、显微结构以及力学性能的认识,综述了碳化硅烧结工艺的发展及烧结助剂的选择标准,同时分析和介绍了碳化硅陶瓷材料在传统工业与现代科技领域的应用现状.     

常压烧结制备多孔氮化硅陶瓷研究

选用Al2O3、Y2O3、Lu2O3三种氧化物作为烧结助剂,采用凝胶注模成型和气氛保护常压烧结工艺,成功制备了具有高强度和高气孔率的多孔氮化硅陶瓷材料.本文研究了三种烧结助剂对多孔氮化硅的力学性能、介电性能和微观结构的影响,以及对氮化硅陶瓷的烧结促进作用,结果表明Y2O3具有最佳的烧结活性促进作用,其微观结构表明β-Si3N4棒状晶粒搭接结构是使多孔氮化硅陶瓷材料具有较好力学性能的重要原因.     

放电等离子烧结技术在陶瓷材料制备中的应用

放电等离子烧结(SPS)作为一种先进的材料制备技术,与传统烧结方法相比,在材料制备效率及所制备的材料的性能方面都有明显的提高,因而引起了世界范围的关注与深入研究。基于相关文献报道,本文针对SPS技术在陶瓷材料中应用中的若干基础问题进行了评述,分别就陶瓷SPS过程中的等离子放电现象、温度与温度场分布、电流电场的促进作用、升温制度选择与设置、压力的作用与使用、模具的设计与开发等控制参数对材料烧结行为、微观结构与宏观性能的影响进行了讨论,并简要介绍了纳米陶瓷SPS过程中微观结构自发均匀化现象。     

微波烧结制备陶瓷材料的研究进展

微波烧结是一种新型的利用微波加热来对材料进行烧结的方法,它是一种快速制备高质量新型材料和使传统材料具有新的性能的技术手段。简要介绍了微波烧结的发展史、基本原理、制备陶瓷材料的研究进展、微波烧结技术存在的一些问题,并对微波烧结技术的前景进行了展望。     

基于凝胶注模的高透性ZrO2陶瓷研究

以5Y-PSZ纳米粉体为原料通过水基凝胶注模成型制备了ZrO₂陶瓷材料，探究烧结温度对ZrO₂陶瓷晶相组成、力学性能、微观结构和透光性等的影响。结果表明：当终烧温度从1425℃升高到1550℃时，烧结体的晶粒尺寸逐渐增大，晶粒生长得不均匀性和不对称性愈发严重，烧结体的抗弯强度和透光度均先增大后减小。在终烧温度为1475℃时，强度达到最大，为476 MPa，此时透性T%(1 mm)为35.9%；在终烧温度达到1500℃时，烧结体的透性T%(1 mm)达到最大，为40.75%，抗弯强度为430 MPa。     

反应烧结制备SiC陶瓷的研究进展

介绍了传统烧结、Hucke工艺和反应烧结碳化硅陶瓷材料的制备工艺,总结了3种烧结机理,讨论了成形工艺、氧化、素坯密度、真空热处理温度等几种因素对反应烧结碳化硅陶瓷组织和力学性能的影响,最后对反应烧结碳化硅存在的问题和今后的发展方向进行了总结和展望.     

超低温烧结微波介质陶瓷研究进展EI北大核心CSCD

超低温烧结微波介质陶瓷作为无源集成技术的主要介质材料,可广泛应用于无线通讯、可穿戴电子、物联网和全球定位系统等领域,其相关研究具有重要的应用价值和理论指导意义,是目前功能材料领域的研究热点之一。本文综合介绍了超低温烧结微波介质陶瓷材料的应用背景和主要的材料体系,以及主要材料体系的介电性能和优缺点,探讨了材料组分、介电常数、Qf值、频率温度系数之间的关系,阐述了超低温烧结陶瓷材料的性能调控手段,并指出了今后超低温烧结微波介质陶瓷材料的主要发展前景和研究方向。钼酸盐基超低温烧结陶瓷兼具超低烧结温度、系列化介电常数和低损耗等优点,有望实现在超低温共烧技术中的应用。离子取代和多相复合是有效调控材料微波介电性能的方法,使材料更利于应用。     

闪烧技术在固体氧化物燃料电池关键材料制备中的应用

闪烧技术是一种新兴的陶瓷烧结技术,因具有烧结温度低、功耗低、时间短等显著特点而受到世界范围内的广泛关注。自2010年闪烧现象被报道以来,研究人员在闪烧实验装置的搭建、不同陶瓷材料的闪烧现象、过程参数的控制及优化等方面开展了大量工作,闪烧技术得到了飞速的发展。对闪烧技术的过程参数及影响规律进行归纳和总结,重点对近年来闪烧技术在固体氧化物燃料电池领域的应用进展进行了详细介绍。