AlN陶瓷的烧结致密化与导热性能

氮化铝陶瓷具有高热导率、低介电常数、与硅相匹配的热膨胀系数等优良特性,应用领域非常广泛。对A l N粉体的合成、烧结工艺、助烧结剂及其应用等方面进行了介绍,并对A l N未来的发展趋势进行了展望。     

Fe-Si机械合金化过程的研究

采用高能行星球磨的方法研究了原子配比3：1的Fe、Si混合粉末的机械合金化过程。用XRD、TEM、SEM及EPMA对球磨不同时间粉末的结构、组织、形貌、截面进行了分析。结果表明：Fe75Si25混合粉末在球磨的过程中出现两种形态变化，一种是Fe与Si形成层状形态，另一种为Si及Fe—Si合金包覆Fe形成包覆形态；球磨至30h，合金化基本完成；球磨产物为α—Fe（Si）固溶体，颗粒粒径约为1～20μm。利用一个简单的模型来对Fe75Si25混合粉末合金化过程进行了描述。     

TiB_2/ZrB_2/SiC复合功能材料的微观结构与力学性能

采用放电等离子烧结工艺,制备TiB2/ZrB2/SiC复合功能材料。用X射线衍射仪和场发射扫描电镜分析观察复合材料的物相组成及微观形貌。并测试复合材料的抗弯强度、断裂韧性及硬度。结果表明:两次球磨后的TiB2/ZrB2/SiC粉体粒度较小(2~4μm),且分布较均匀,几乎没有团聚现象。烧结后的复合功能材料中有(TixZry)B2固溶体相生成。当加入ZrB2的体积分数为30%时,生成的(TixZry)B2固溶体在复合材料中起到了很好的晶粒细化与界面融合作用,所以TZS30复合陶瓷材料比TZS0复合陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性分别提高了119.8%和98.9%。利用TiB2/ZrB2/SiC复合陶瓷材料在高温摩擦作用下与氧的化学反应,可以实现自润滑。     

钛酸铋薄膜的磁控溅射及其退火处理

采用射频磁控溅射技术,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋(Bi4Ti3O12,简称BIT)薄膜。研究了衬底温度及后续退火处理对薄膜结构和表面形貌的影响。结果表明:适宜的衬底温度为200℃。随着退火温度(650~800℃)的升高,BIT薄膜的结晶性变好,晶粒尺寸增大,c轴取向增强。当退火温度达到850℃时,开始出现焦绿石相;700~800℃为适宜的退火温度,在此条件下得到的BIT薄膜结晶良好,尺寸均匀,表面平整致密。     

硼碳氮薄膜的脉冲激光沉积及其光学性能

采用脉冲激光沉积技术,在Si(100)和石英基片上制备了硼碳氮薄膜(BCN)。利用X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见分光光度计对BCN薄膜进行了表征,研究了激光能量密度对BCN薄膜沉积速率、组分、结构和光学性能的影响。FTIR和XPS分析结果表明BCN薄膜中包含B-C,C-N和N-B化学键,说明实现了B、C和N的原子级化合。当激光能量密度从1 J/cm2增加到6 J/cm2时,BCN薄膜的沉积速率加快,N含量由7.2%增加到15%,光学禁带宽度(Eg)从4.02 eV降低到3.82 eV,Eg的降低主要与BCN薄膜中碳含量的增加有关。     

利用W-Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究

针对“面向等离子体元件”对W—Cu复合材料的需求,进行了利用W—Cu梯度层连接93W合金与无氧铜的实验研究。首先选用Zn作为烧结助剂,采用粉末冶金方法热压烧结了不同W含量的W-Cu梯度层,研究了烧结温度、W含量对其致密度和微观结构的影响,确定了适宜的烧结条件为温度1123K,压力20MPa,保温时间60min。在该条件下制备的W-Cu梯度层的致密度大于96％,其物相为W、Cu,二者以机械混合形式共存。在此基础上,通过在93W合金与无氧铜之间加入三层W含量逐渐变化、无宏观界面的W—Cu梯度层,在梯度层致密烧结的同时,实现93W合金与无氧铜的连接。     

组合蜂窝结构的面内压缩及吸能性能

针对一种新型组合蜂窝结构(SCCH)开展研究,该结构将方形管与圆形管进行组合,充分发挥了圆形管的吸能优势和方形管的变形优势。通过试验与有限元仿真,对比了SCCH结构与传统圆形蜂窝结构(CH)在面内压缩的力学性能和不同应变时的变形行为。结果表明,SCCH结构的总吸能为0.198 kJ、平均压缩力为5.50 kN、初始峰值压缩力为6.80 kN、比吸能值为6.22 kJ/kg,均优于CH结构。此外,SCCH结构的比吸能明显高于其他常见的蜂窝结构,具有优异力学性能和吸能性能的SCCH结构,可为设计具有高吸能能力的蜂窝结构提供有益借鉴和设计基础。     

酸洗提纯AlN粉体的研究

氮化铝(AlN)粉体中的金属杂质与氧化是影响其纯度和性能发挥的主要因素,而酸洗是提纯AlN粉体的有效手段.实验采用磷酸(H3 PO4)、硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)和盐酸(HCl)对AlN粉体进行酸洗提纯,主要研究了酸洗过程中酸液的选择与配比对提纯效果的影响.实验结果表明:这四种酸均显著降低了AlN粉体表面的金属杂质含量,而HF和HNO3的混合酸具有更好的提纯效果,特别能降低其中的Na、W、Fe等金属杂质,而且还可通过HF与Al2O3的反应有效去除氧杂质.HF/HNO3酸液的适宜配比为HF:HNO3=2:1,在该条件下酸洗后的AlN粉体中,金属杂质含量均下降到100 ppm以下,氧含量仅为1.2wt%.     

PAS原位合成WC陶瓷的反应历程

以WO3和炭黑的混合粉末为原料,采用等离子活化烧结(PAS)工艺,经原位反应、烧结合成WC陶瓷.利用热分析、XRD和热力学计算对反应历程进行研究,确定了合成过程中各物相的演变规律.结果表明:随着合成温度的升高,WO3与炭黑先反应生成WO2.72,再进一步转化为WO2;1000℃以上,WO2与炭黑反应生成W2C和WC,随后缺碳相W2C继续被碳化为WC,并在1300℃时生成物相单一的WC相.PAS原位合成WC陶瓷的反应历程为:WO3 →WO2.72→WO2→W2C→WC.     

W—Ni—Fe—Cu体系钨合金的液相烧结与低温室密化

采用三元烧结剂Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｕ在低温下进行了钨合金的液相烧结研究。通过加入２ｗｔ％Ｃｕ,在１５７３Ｋ－３０ＭＰａ－９０ｍｉｎ的热压条件下成功制备出几乎完全致密并具有较高抗弯强度的９３Ｗ－３．５Ｎｉ－１．５Ｆｅ－２．０Ｃｕ合金,详细探讨了Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ－Ｃｕ体系钨合金的低温密致化机理。