先进陶瓷成形技术现状及发展趋势

先进陶瓷材料因其优异的热、电、力、光学性能,而有着广泛应用。近年来,对先进陶瓷材料性能的要求越来越高,而成形技术则是阻碍陶瓷材料进一步发展的关键问题之一。对先进陶瓷的成形方法进行了一个汇总,包含传统方法以及近年新发展起来的工艺。传统成形方法总体来说有干法成形和湿法成形两大类,干法成形主要是压制成形法;而湿法成形大致可分为塑性成形和浆料成形两类。干法成形起步较早,目前应用最广;湿法成形自动化程度高,可用于更精细的陶瓷成形。近些年,陶瓷成形技术有了较大的发展,特别是陶瓷3D打印成形技术。可以预见,3D打印成形技术将是未来发展的趋势。     

陶瓷成型技术及应用

由于对陶瓷材料的性能要求的提高,传统的成型方法制备的陶瓷已经不能完全满足现代工业的需求,随着学科间交流的广泛,各种新的陶瓷成型工艺不断涌现。本文以制品形状为分类标准,综述了国内外目前研究活跃的多种干法成型、湿法成型方法,并讨论了今后陶瓷成型工艺的发展趋势。     

精细陶瓷成型工艺现状及趋势

由于陶瓷的传统成型技术已经不能满足现代各工业领域的要求，新的成型工艺不断涌现。综述了国内外近十年来研究比较活跃的、适于成型复杂形状的注射成型及各种湿法成型技术，并且讨论了今后精细陶瓷成型工艺的发展趋势。     

陶瓷注射成型的关键技术及其研究现状

陶瓷注射成型是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法,是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术.详细阐述了陶瓷注射成型技术的关键因素,重点介绍了粘结剂、注射成型及脱脂等关键工艺及其研究现状,并在此基础上评价和展望了该技术的发展前景.     

塑料金属化的新工艺

塑料常规金属化方法,一般分为干法和湿法两大类.干法类主要是金属喷镀和真空镀膜.真空镀膜具有工艺简单,操作方便,易于控制,生产效率高,返工容易,可镀的塑料品种多等特点.缺点是:膜层薄(0.1～0.3μm),结合强度不如湿法高.湿法的镀层结合强度好,镀层厚,可直接利用金属层的物性.不足之处是:工序复杂,成本高,可镀的塑料品种有限等. 如何利用干法的特点来简化塑料金属化的工序,开发可镀的塑料品种,降低生产成本,提高干法的结合强度等,笔者设想在塑料采用真空镀铜代替常规的化学镀之后,再用常规电镀加厚是可行的.为此,选用非电极的硬聚氯乙烯板进行试验,初步获得成功,现介绍如下:     

陶瓷注射成型制备技术的研究与进展

陶瓷注射成型(CIM)是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺.目前,陶瓷注射成型己广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型.用该工艺制备的各种精密陶瓷零部件,已用于航空、汽车、机械、能源、光通讯、生命医学等领域.主要从陶瓷注射成型过程、粉体表面改性、脱脂新工艺、微注射成型、国内外研究和应用等方面就陶瓷注射成型的发展过程作了系统的阐述.最后对陶瓷注射成型技术进行了展望.     

熔融石英陶瓷的研究及应用进展

主要介绍了石英陶瓷的成型技术、烧结方法、添加剂对熔融石英陶瓷烧结性能的影响及其应用现状.振动压力注浆成型是在传统的注浆工艺基础上改进而成的,能显著提高陶瓷坯体的强度,而凝胶注模成型技术则非常适用于成型复杂形状的陶瓷制品,二者均为石英陶瓷比较成熟的成型技术;在烧结过程中升温速率和冷却速率是影响石英陶瓷性能的关键因素,通过添加B4C和Si3N4能显著提高石英陶瓷制品的致密度;目前石英陶瓷已广泛应用于冶金、玻璃、钢铁、航空等诸多领域.     

快速制备纳米SiO_2粉末基隔热复合材料的研究进展及展望

纳米气凝胶隔热复合材料是一种隔热性能优异的纳米复合材料,广泛应用于航空宇航、石油化工、建筑保温隔热领域,但是较高的成本和复杂的超临界或常压干燥技术限制了其在隔热领域的应用。纳米SiO_2粉末基复合材料采用纳米SiO_2粉末为基体,陶瓷纤维作增强材料,加入粘接剂、表面活性剂等添加剂,通过干法或者湿法成型实现快速制备,制备过程不需要复杂的干燥技术,相比纳米气凝胶隔热材料具有更低的成本,是一种极具发展潜力的纳米隔热复合材料。然而,由于纳米SiO_2粉末基复合材料采用纳米SiO_2粉末为基体,导致材料力学性能明显低于纳米气凝胶隔热复合材料;添加增强纤维和粘接剂可以提高材料的力学性能,但是其隔热性能明显下降。因此,近年来研究者们主要从优化制备工艺方面不断尝试,在充分发挥纳米SiO_2粉末基复合材料低热导率优势的同时提高其力学性能。目前,纳米SiO_2粉末基隔热复合材料的快速制备方法主要包括干法成型工艺和湿法成型工艺两类。其中,干法模压成型工艺应用较早,工艺成熟,制备的SiO_2粉末基隔热复合材料具有较低的热导率,但成型压力较大,生产复杂形状产品的难度较大。湿法成型工艺主要有模压成型和浇筑成型两种方法,湿法模压成型相比干法模压成型具有更好的分散效果,但增加了工艺的复杂性;浇筑成型工艺简单,可成型复杂异性产品,为纳米SiO_2粉末基隔热复合材料的快速制备提供了更多选择。本文综述了纳米SiO_2粉末基隔热复合材料的快速制备方法及其研究进展,分别对干法成型工艺和湿法成型工艺进行介绍,分析了纳米SiO_2粉末基复合材料面临的问题,对其未来发展趋势进行了展望,以期为快速制备高性能、低成本的新型纳米SiO_2粉末基隔热复合材料提供参考。     

无机粉体表面改性技术现状与发展趋势

1 表面改性工艺 表面改性工艺依表面改性的方法、设备和粉体制备方法而异。目前工业上应用的表面改性工艺主要有干法工艺、湿法工艺、复合工艺3大类。干法工艺根据作业方式的不同又可以分为间歇式表面改性工艺和连续＋表面改性工艺；湿法工艺又可分有机包覆改性工艺和无机沉淀包膜改性工艺；复合工艺又可分为机械化学与表面化学包覆改性复合工艺及沉淀反应与表面化学包覆改性复合工艺两种。     

制备陶瓷件的快速成型技术

对制备复杂陶瓷件的快速成型技术,如分层实体制造、熔化沉积造型、形状沉积成型、立体光刻、选区激光烧结、喷墨打印等的原理,工艺和特点进行了评述。结果表明,快速成型技术有潜力制造复杂的结构陶瓷件、功能陶瓷件、生物陶瓷件和压电陶瓷件。这些技术制备的陶瓷件的性能可与传统方法制备的陶瓷件相媲美。展望了这些技术和前景。     

特种陶瓷材料胶态无模成形技术研究进展

综述了特种陶瓷胶态无模成形技术的研究进展.按照陶瓷浆料固结方式的不同对其进行了分类,分别为通过液体排除、物理或化学胶凝及颗粒流动进行陶瓷浆料固结的无模成形技术.对基于不同固结方式的各种成形方法的原理、工艺过程及应用进行了详细的分析.最后对陶瓷胶态无模成形技术的发展前景进行了展望.     

陶瓷材料超塑性的研究进展与应用前景

综述了陶瓷材料超塑性的研究进展和应用前景，介绍了超塑性成型，超塑性扩散连接和烧结锻造等陶瓷材料的超塑性加工方法，讨论了在陶瓷材料超塑性加工的实际应用中存在的问题，和一些改善陶瓷材料超塑加工性能的方法。     

基于疏水作用的陶瓷浆料自发凝固成型研究进展

自发凝固成型是一种新型的陶瓷浆料原位固化成型方法, 通过吸附在陶瓷颗粒表面的分子链间弱作用(氢键, 疏水作用)实现浆料的固化, 具有普适性和适于常温大气环境操作的特点, 已成为先进陶瓷制备领域的研究热点。本文简述发现兼具分散和凝固功能的阴离子型高分子分散剂的历程, 以及自发凝固成型与其它原位固化成型的异同。在此基础上, 基于疏水作用设计合成了系列自发凝固成型剂, 进而满足以不同尺寸颗粒为原料的致密陶瓷和泡沫陶瓷的自发凝固成型。综述了面向实际应用所开发的陶瓷无界面连接、晶粒定向构造、干燥脱水等关键技术, 以及致密陶瓷和泡沫陶瓷制备等研发进展, 展望了未来自发凝固成型的发展方向。     

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。     

Microstructure of the oxide ceramics/Inconel 713C interface

Nickel-based refractory alloys are used in the aerospace industry as materials for the production of engine turbine blades obtained by the casting method. Both casting process and surface quality of the ceramic mould have a significant influence on product properties. Current research involved the investigation of interactions between oxide ceramics, forming the basic material of casting moulds and crystallisers, and Inconel 713C nickel superalloy. The wettability of ceramics by Inconel 713C was tested for the three types of materials at temperatures commonly used in the directional casting of this alloy. The oxide ceramics/Inconel 713C interfaces were examined by SEM to reveal the microstructure of phase boundary and assess the degree of degradation of the casting mould ceramic coating.     

陶瓷增材制造的研究现状与发展趋势

陶瓷材料具有优异的热学性能和力学性能,在众多领域显示出重要的应用前景。其固有的高强度、高硬度等性能却给陶瓷零件的成型带来了很多困难。将增材制造技术引入到陶瓷成型中将能有效克服上述困难,并为陶瓷材料复杂成型工艺提供了全新的可能性。本论文从陶瓷增材制造原料状态角度,综述了几种常见陶瓷增材制造技术的研究现状与进展,系统比较了各项技术在陶瓷领域应用的优缺点,并对今后陶瓷增材制造技术的发展进行了展望。     

Ceramic piezocomposites: modeling, technology, and characterization

A comprehensive review of microstructure peculiarities, mathematical models, methods of fabrication and measurements, as well as systematic experimental data for different types of ceramic piezocomposites is presented. New families of polymer-free ceramic piezocomposites (composites ceramics/ceramics and ceramics/crystals) with properties combining better parameters of PZT, PN type ceramics, and 1-3 composites are introduced. New damped-by-scattering ceramic piezocomposites, characterized by previously unachievable parameter combinations, are proposed. New material design concepts and fabrication methods for ceramic piezocomposites are considered. Piezoelectric resonance analysis methods for automatic iterative evaluation of complex material parameters, together with the sets of complex constants for different ceramic piezocomposites, are presented. Microstructural and physical mechanisms of losses and dispersion in ceramic piezocomposites, as well as technological aspects for their large-scale manufacture and application in ultrasonic devices are considered.     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。