多孔铝基陶瓷型芯的制备及其性能

为了解决铝基陶瓷型芯难于烧结和不易脱芯的难题, 在样品中加入了一定量的SiO₂. 利用干压法制备了多孔氧化铝基陶瓷型芯样品, 研究了不同SiO₂的添加量、烧结温度和保温时间对样品性能的影响. 研究结果表明: 经1500℃烧结保温2 h和1600℃烧结降温2 h的样品, 其线收缩率变化不大. 经1700℃烧结保温2 h的样品, 由于SiO₂的挥发导致样品的气孔率升高, 抗弯强度明显降低. 经1500℃烧结保温2 h的样品综合性能最好, 当SiO₂添加量为10wt%时, 样品的线收缩率为1.1%, 抗弯强度为63 MPa, 气孔率为35.5%, 体积密度为2.29 g/cm³; 当保温时间≥4 h时, 其线收缩率、抗弯强度、气孔率和体积密度变化不大, 有望成为高温型芯的候选材料.     

PA66纤维含量对多孔铝基陶瓷型芯气孔率的影响

为了解决氧化铝陶瓷型芯不易脱芯的难题,加入一定量的PA66纤维作为成孔材料,以热压注的方法制备多孔铝基陶瓷型芯。研究PA66纤维含量对铝基陶瓷型芯气孔率,室温抗弯强度和烧结收缩率的影响;分析PA66纤维含量对氧化铝陶瓷型芯气孔率的影响机理。结果表明:PA66纤维的加入显著提高了氧化铝陶瓷型芯的气孔率,有效延缓了型芯的烧结收缩;随着PA66纤维加入量的增多,氧化铝陶瓷型芯气孔率增大,室温抗弯强度和线收缩率均减小。当PA66纤维含量为0.9%(质量分数)时,氧化铝陶瓷型芯的气孔率为41.14%,抗弯强度为15.33 MPa,线收缩率为0.418%。     

热固性硅树脂压注法制备多孔硅基陶瓷型芯研究

以石英玻璃粉为基体, 热固性硅树脂为增塑剂, 利用压注方法制备了多孔硅基陶瓷型芯, 研究了烧结温度和保温时间对样品性能的影响。研究结果表明: 随着烧结温度的升高, 反玻璃化进程加快, 在烧结温度1250℃, 随着保温时间的延长, 玻璃相发生了转变, 逐渐析出方石英, 且含量不断增加; 样品的线收缩率和失重随烧结温度的升高略微增加, 但烧结时间的影响较小。样品的失重主要是由于硅树脂的分解引起的。在1250℃烧结10 h后, 得到样品的收缩率为0.93%, 显气孔率为32.8%, 抗弯强度为9.08 MPa。     

粉煤灰-页岩二元体系显气孔率与制品烧结特性的研究

通过利用工业废弃物粉煤灰制备烧结制品,测试了烧结制品的强度、收缩率、体积密度,重点研究了显气孔率对烧结制品性能的影响,分析了粉煤灰含量和烧结温度对烧结制品性能的影响.结果表明,烧结制品的体积密度随显气孔率的增大而减小.烧结制品的直径与高度收缩随显气孔率的增大先增大后减小.当ω(粉煤灰)∶ω(页岩)=7∶3(质量比)、烧结温度为1000℃时制品性能最佳,烧结制品的显气孔率为39.0%,强度为28.29MPa.     

金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯的性能及组织的影响

本工作以石英玻璃粉作为基体材料, 白刚玉粉作为矿化剂, 金属Al粉作为添加剂, 制备了氧化硅基陶瓷型芯。研究了不同含量金属Al粉对氧化硅基陶瓷型芯收缩率、物理性能、显微组织和相组成的影响。研究结果表明, 在型芯烧结过程中, 金属Al粉受热氧化形成Al₂O₃, 伴随着体积膨胀和重量增加, 可以抑制陶瓷型芯的烧结收缩和铸造收缩。Al粉对烧结过程中的方石英析晶无明显抑制作用, 铸造过程中由于型芯骨架结构的松散程度增加, 型芯的高温抗变形能力降低。当铝粉含量为1wt%时, 陶瓷型芯综合性能良好, 三维方向的烧结收缩率分别为0.01%、0.03%、0.03%, 气孔率为28.58%, 挠度为0.57 mm, 抗弯强度为12.1 MPa。制备的陶瓷型芯能够满足高温合金定向凝固需求, 并有望能提高空心涡轮叶片的内腔尺寸精度。     

不同矿化剂对铝基陶瓷型芯性能的影响

研究了在不同烧结温度下不同矿化剂对氧化铝基陶瓷型芯性能的影响,通过收缩率、室温抗弯强度、高温挠度的测试以及XRD和SEM分析表明:烧结温度为1250～1450℃时,同样粒度配比的两种型芯收缩率均随烧结温度的升高而逐渐增大;随着烧结温度的升高只添加氧化硅的型芯的室温抗弯强度呈先升高后降低的趋势,在1400℃时达最大值,只添加氧化钇的型芯的室温抗弯强度则随烧结温度的升高不断增大;随着温度的升高,只添加氧化硅的型芯的高温挠度逐渐减小,而只添加氧化钇的型芯虽有少许钇铝石榴石生成,但其高温挠度仍很大,只出现了少许的波动。因此只添加氧化硅的型芯性能优于只添加氧化钇的型芯的性能。     

基于激光选区烧结的煤系高岭土多孔陶瓷的制备及其性能

以煤系高岭土为原料,采用激光选区烧结(SLS)技术制造复杂结构的多孔陶瓷,研究SLS工艺参数和烧结温度对煤系高岭土多孔陶瓷性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征煤系高岭土多孔陶瓷的物相组成和显微形貌。结果表明:煤系高岭土/环氧树脂E12复合粉末SLS成型效果良好;当激光功率为5W,扫描速率为2000mm/s,扫描间距为0.13mm,单层层厚为0.15mm时,陶瓷素坯可获得最佳的成型质量,其尺寸误差(Z方向),相对密度和抗弯强度分别为10.43%,37.89%和0.984MPa。随着烧结温度的升高,煤系高岭土多孔陶瓷的收缩率和抗弯强度逐渐增大,而显气孔率则逐渐减小;当烧结温度为1450℃时,煤系高岭土多孔陶瓷具有较高的显气孔率和抗弯强度,分别为44.55%和6.1MPa。煤系高岭土多孔陶瓷的主晶相为莫来石,具有典型的三维网络骨架结构。     

不同铝源制备莫来石结合碳化硅多孔陶瓷及性能研究

以碳化硅(SiC)和不同铝源(多孔Al2O3/纳米Al2O3/Al(OH)3)为起始原料,通过原位反应结合工艺制备莫来石结合碳化硅多孔陶瓷。主要研究了不同铝源及温度对多孔陶瓷抗弯强度、气孔率、线性伸缩率等性能的影响,并采用XRD和SEM分析表征了样品的物相组成与断面形貌。结果表明:以多孔Al2O3为铝源,在1450℃下保温3h制备的碳化硅多孔陶瓷的综合性能最优,其强度为58 MPa,气孔率为41.9%;烧结温度对3种铝源所制备的多孔陶瓷具有相同的影响,随着温度的升高,强度逐渐升高,气孔率逐渐降低,线性收缩率逐渐增大。     

硅溶胶添加对氧化铝多孔陶瓷烧结性能的影响

以煅烧α-Al2 O3粉末为原料,硅溶胶为高温结合剂,羧甲基纤维素钠为成型黏结剂,通过混料、困料、模压成型、高温烧结等工序制备氧化铝多孔陶瓷,利用SEM和XRD对多孔陶瓷微观形貌和晶体结构进行测试,并对多孔陶瓷的线收缩率、体积密度、显气孔率和抗弯强度进行表征,系统地研究硅溶胶添加对氧化铝多孔陶瓷高温烧结特性的影响.结果表明:低温下硅溶胶的热解产物石英型SiO2将氧化铝颗粒黏结起来,形成物理黏结,能提高多孔陶瓷的力学性能;烧结温度达1500℃时,SiO2开始与氧化铝反应形成莫来石,莫来石结合相的生成使得氧化铝多孔陶瓷趋于致密,力学性能优异,抗弯强度可达(105.5±8.0)MPa;随烧结温度的升高莫来石生成量增多,导致氧化铝多孔陶瓷的体积膨胀,进而使得孔隙率增大,力学性能降低.烧结温度介于1400～1500℃之间时,可以得到微观结构合理、力学性能优异、孔隙率适中的氧化铝多孔陶瓷.     

微波热效应陶瓷材料性能研究

采用常压烧结法合成了Fe2O3-莫来石微波热效应陶瓷材料,并对材料的抗弯强度、抗热震性能及介电性能进行了研究.结果表明,随烧结温度由1250℃升高至1350℃,烧结样品中残留的刚玉相减少,微波热效应陶瓷材料的体积密度、抗弯强度显著增大,相对介电常数随Fe2O3含量增加而增大,气孔率适中.在最佳烧结温度1350℃,氧化铁含量为30％,莫来石理论含量为70％条件下,制备的微波热效应陶瓷材料的体积密度为2.185g/cm3,抗压强度为77MPa,相对介电常数适中,满足微波热效应陶瓷性能要求.     

烧结温度对3D打印硅基陶瓷型芯表面形貌及粗糙度的影响

单晶高温合金空心叶片是航空发动机的重要部件, 其内腔结构是采用陶瓷型芯制备的。随着航空发动机推重比提高, 型芯结构越来越复杂, 传统制备工艺受限, 光固化3D打印陶瓷型芯技术为复杂结构型芯的制备提供了一种可行方案。为了改善光固化3D打印陶瓷型芯因台阶效应导致的表面粗糙度较大的问题, 本研究利用固含量体积分数63%的硅基型芯浆料进行光固化3D打印型芯, 并在1100~1300 ℃对型芯素坯进行烧结, 对烧成的硅基陶瓷型芯的微观结构、元素分布、相组成、型芯打印面和打印堆积方向的表面形貌和粗糙度进行分析。研究发现型芯打印面平整, 无明显表面缺陷, 1100、1200和1300 ℃烧结型芯的打印面粗糙度分别为1.83、1.24和1.44 μm; 片层堆积方向的表面有片层结构特征, 片层间出现微裂纹, 1200 ℃以上烧结的型芯表面粗糙度达到空心叶片使用要求(R_a≤2.0 μm)。结果表明不同烧结温度会改变型芯烧结过程中的液相含量、莫来石生成量、莫来石生成形态和颗粒间玻璃相的分布, 从而对光固化3D打印硅基陶瓷型芯的表面粗糙度产生明显影响。光固化3D打印陶瓷型芯技术结合烧结工艺能制备出满足先进空心叶片用硅基陶瓷型芯表面要求的粗糙度。     

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。     

无压烧结制备硼化钨陶瓷

采用两步法制备硼化钨陶瓷, 首先将硼粉与钨粉按一定比例混合, 在高温下合成硼化钨粉体, 再以此为原料采用冷压和高温烧结制备硼化钨陶瓷。研究硼钨比例对合成粉体物相组成的影响, 以及烧结温度对硼化钨陶瓷微观结构及力学性能的影响。研究结果表明: 硼钨摩尔比为2.5时, 可以得到纯度较高的WB₂粉体。随着烧结温度的升高, WB₂陶瓷的显气孔率减小, 相对密度增加, 材料的抗弯强度与显微硬度明显增大, 当烧结温度达到1800℃时, WB₂陶瓷的开口孔隙率为5.2%, 相对密度86.0%, 抗弯强度72 MPa, 显微硬度2088.5 MPa。WB₂陶瓷的断裂行为也从沿晶断裂转变为穿晶断裂模式。     

空心玻璃微珠造孔制备多孔莫来石陶瓷及其性能EI北大核心

以煤矸石和铝矾土为原料,空心玻璃微珠为造孔剂,采用压制成型烧结制备多孔莫来石陶瓷。研究空心玻璃微珠添加量和烧结温度对物相组成、显微结构、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性能的影响。结果表明:提高空心玻璃微珠添加量可以增大多孔陶瓷气孔率;空心玻璃微珠的添加可以促进莫来石相的形成,降低烧结温度。在一定温度范围内提高烧结温度可以增大气孔率,但烧结温度超过1350℃后气孔率开始下降。保持Al_(2)O_(3)∶SiO_(2)摩尔比为3∶2,调整空心玻璃微珠添加量至1.68%(质量分数),在1350℃保温2 h烧结条件下可获得气孔率为33.23%、抗弯强度为56.41 MPa的多孔莫来石陶瓷,其耐酸碱腐蚀性能良好。     

模板转化法制备苎麻纤维织物SiC陶瓷

以苎麻纤维织物为生物模板,通过浸渍含有硅粉的酚醛树脂溶液,后经压制成型、碳化和1500℃烧结等工艺,制备了具有生物纤维形态的SiC陶瓷。利用XRD、SEM等测试技术,研究了不同烧结助剂对样品的各项性能和微观形貌的影响。结果表明:烧结助剂对苎麻纤维织物SiC陶瓷的失重率、显气孔率、体积收缩率等性能均产生了影响;添加Al_2O_3-Y_2O_3-SiO_2三元烧结助剂的SiC陶瓷具有最大的显气孔率和最小的体积收缩率;陶瓷中的SiC主要以β-SiC的形式存在;微观形貌分析显示,样品很好地保留了苎麻织物的纤维状微观结构。     

页岩-浮石烧结制品的制备与性能

以页岩为粘结剂制备页岩-浮石二元体系烧结制品,利用X射线衍射分析、扫描电镜等测试手段,研究烧结温度以及页岩和浮石含量对烧结制品性能的影响。结果表明,烧结温度为1 050℃的页岩-浮石烧结制品性能较其他温度烧结的更好;随着页岩含量的增加,质量损失率增大,试件尺寸收缩率减小;1 050℃下试件B、C的密度、显气孔率和吸水率相差不大,试件C的强度较试件B的增大了12%。     

钛酸钡陶瓷烧结动力学曲线的研究

以超重力反应沉淀法(HGRP)制备的纳米钛酸钡粉体为原料,以热膨胀仪为测试手段,对钛酸钡陶瓷的烧结动力学曲线特征进行了研究.结果表明,烧结温度和成型坯片密度都会对钛酸钡陶瓷的烧结过程产生影响,所表现出的烧结动力学曲线特征也不相同,而升温速率几乎不对坯片的烧结动力学曲线特征产生影响.随着烧结温度的升高,坯片收缩率增大,当烧结温度由1150℃升到1300℃时,收缩率由6.7%增大到23.2%;坯片的密度增大,收缩率减小,当成型坯片相对密度由61.08%增大到64.42%时,收缩率由17.5%减少到14.4%;升温速率增大,坯片开始收缩的温度及收缩率几乎不变.     

气氛烧结短切碳纤维增强硅基陶瓷型芯的致密化行为

为获得满足高温合金单晶叶片熔模精密铸造用高性能陶瓷型芯，本论文采用超声振动和机械搅拌将短切碳纤维(C_sf)均匀分散在SiO₂基陶瓷浆料中，通过压注法制备型芯生坯并分别在空气和氮气中烧结。观察并分析升温过程中型芯的组织演变及物相转化规律，揭示两种气氛下C_sf增强型芯的烧结致密化行为。结果表明，立体互锁C_sf网络可以增加陶瓷颗粒之间传质距离，在提供碳源生成原位SiC晶体的同时影响方石英析晶，进而抑制高温下固相的扩散和迁移以及液相的黏性流动。在两种烧结气氛下，随C_sf含量的增加，硅基陶瓷型芯的气孔率逐渐上升，收缩率逐渐下降。当C_sf含量为1.5vol%时，空气和氮气气氛烧结试样获得的开气孔率最大值为42.95%、39.50%，而最低的收缩率分别为0.64%、0.48%，证实了C_sf及高熔点晶体对型芯烧结的致密化行为影响显著。     

预加方石英含量对SiO2基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响

将方石英作为第二相、锆英砂作为矿化剂加入到SiO₂基陶瓷型芯基体材料中,采用热压注法制备陶瓷型芯。研究预加方石英含量对SiO₂基陶瓷型芯性能的影响,分析在1550℃下预加方石英含量对SiO₂基陶瓷型芯高温蠕变性能的影响机制。结果表明,随着预加方石英含量的增加,SiO₂基陶瓷型芯抗弯强度和高温挠度逐渐减小,型芯的气孔率逐渐增加。当预加方石英含量为10wt%时,石英玻璃析晶速率最快,方石英开始相连构成耐高温的方石英骨架,陶瓷型芯抵抗高温变形的能力显著提高,陶瓷型芯的综合性能最佳,其抗弯强度、高温挠度和气孔率分别为5.13 MPa、1.18 mm和40.55%。      

面向单晶涡轮叶片的氧化硅基陶瓷型芯快速成形性能EI北大核心CSCD

将光固化成型和凝胶注模技术相结合成形涡轮叶片陶瓷型芯,克服了熔模铸造中陶瓷型芯制备周期长、成本高、响应慢等不足,对新型复杂结构单晶叶片的快速研制具有重要意义。研究氧化硅基陶瓷型芯的高温强度和收缩率演变规律,探究了纳米氧化锆和铝粉的添加量以及烧结时间对其影响。通过场发射扫描电镜对样件的微观形貌进行表征,采用三点抗弯法测试了样件的高温强度。结果表明:当纳米氧化锆质量分数为2.16%、铝粉质量分数为9.8%、烧结时间为3.9 h时,氧化硅基陶瓷型芯的高温强度达到14.3 MPa,满足单晶叶片定向凝固铸造需求。制备的陶瓷型芯表面无明显裂纹,结构完整,成型质量较好。