高温渗碳制备防静电氧化锆陶瓷

用高温渗碳方法制备氧化锆陶瓷,研究了渗碳温度和时间对表面电阻率和维氏硬度的影响。结果表明,高温渗碳后在氧化锆陶瓷表面形成了改性层;随着渗碳温度的提高和渗碳时间的延长表面电阻率下降,维氏硬度升高。渗碳温度为1450℃、渗碳时间为3 h的氧化锆陶瓷,其表面电阻率由1014W/□低至107W/□,维氏硬度略有升高达到14 GPa。显微结构和组成分析结果表明,在氧化锆陶瓷表面形成了约3μm的改性层。结果证实,C元素的浓度从表面到内部逐渐降低,在内部主要以单质形式存在,在表层主要以单质C及Zr C0.85形式存在,使其具有防静电性能。     

ZrO2-SiO2薄膜对离子交换增强玻璃的光学和力学性能影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备出ZrO₂-SiO₂薄膜, 然后通过离子交换形成镀膜增强玻璃, 研究了薄膜组成对离子交换增强玻璃的力学和光学性能的影响。利用紫外可见分光光度计、激光椭偏仪、纳米压痕、三点抗弯和能谱(EDX)分析了薄膜结构及性能。结果表明: 所有薄膜均连续均匀, 纯ZrO₂薄膜为四方相结构, 含Si薄膜为无定形结构; 薄膜具有较高弹性恢复率(>60%)以及H/E比(>0.1), 有利于强度增强; 随Si含量增加, 可见光透过率增大, 但表面硬度和杨氏模量随之降低; 0.5ZrO₂-0.5SiO₂薄膜综合性能最佳: 表面硬度为18 GPa, 抗弯强度为393 MPa, 厚度~45 nm时可见光透过率大于85%。     

核用氧化锆耐火材料光固化增材制造工艺及性能研究

目的 为提高精密铸造效率,缩短制模周期,利用光固化增材制造技术制备适合活泼金属铸造用的ZrO₂陶瓷模具。方法 将光敏树脂与纳米级ZrO₂陶瓷粉体混合得到具有光固化性能的陶瓷浆料,采用数字光投影增材制造设备对陶瓷浆料进行逐层曝光,揭示不同固含量对陶瓷浆料固化性能的影响规律;利用光固化3D打印制备ZrO₂陶瓷生坯,经过干燥、脱脂和烧结处理,获得所需陶瓷样件,并对成型后的ZrO₂陶瓷进行微观组织表征、力学性能(压缩和弯曲)和抗热震性能测试。结果 在相同固化强度的基础上,随着ZrO₂陶瓷浆料固含量的增加,固化深度逐渐减小,固化宽度无明显变化。光强度越高,固化深度和宽度均越大。选用固含量(体积分数)为50%的陶瓷浆料,在紫外光波长405 nm、光强度25 mW/cm²、曝光时间2 000 ms、层厚30μm的工艺条件下制备ZrO₂陶瓷生坯,经过最高温度450℃脱脂和最高温度1 525℃烧结处理,获得了无变形和开裂的ZrO₂...     

熔盐电解法和固体粉末法在纯镍表面渗硼的对比研究

本工作分别采用熔盐电解法和固体粉末法对纯镍表面进行渗硼处理,以提高镍的表面硬度。熔盐电解法以硼砂(Na₂O₄B₇·10H₂O)作硼源,碳酸钠(Na₂CO₃)作支持电解质,电流密度为750 A/m²;固体粉末法采用碳化硼(B₄C)和氟硼酸钾(KBF₄)作为渗硼剂。利用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析渗硼试样的断面形貌和元素含量,利用X射线衍射仪(XRD)分析试样的物相。结果表明：采用熔盐电解法和固体粉末法在纯镍表面渗硼,均得到由Ni₂B和Ni₃B组成的渗层;熔盐电解法在电解温度为950℃、电解时间为4 h时渗层厚度约为184.35μm,渗层表面硬度值为1 755HK;固体粉末法在渗硼温度为950℃、渗硼时间为10 h时所得渗层厚度约为176.35μm,渗层的表面硬度值是1 526HK;镍经过渗硼后其表面硬度值有明显的增加,渗层厚度越大,表面硬...     

海水-富盐空气对BaTiO3及Ni-BaTiO3 MLCC介电性能的影响

将BaTiO₃陶瓷和82 nF的Ni-BaTiO₃ MLCC放置在海水及富盐空气两种恶劣环境下,利用阻抗分析仪、SEM及EDS探究处理0、24、48、72 h后性能的变化规律及腐蚀机理。结果表明,放置在海水中,BaTiO₃陶瓷在不同时间低频(10²～10³Hz)相对介电常数与介电损耗增加,且增加幅度巨大,在24 h陶瓷表面产生明显的保护膜,而在富盐空气下的陶瓷,72 h内介电性能变化范围小,表面没有明显的保护膜产生,但具有一定的腐蚀痕迹。82 nF的MLCC放置在海水及富盐空气72 h内高频(10⁵～10⁶Hz)电容值及介电损耗变化明显,这由盐分浸入内部结晶所导致,但其表面同样没有保护膜产生,这可能与电容器表面的氧化物涂层有关。     

(0.96NaNbO3-0.04CaZrO3)-xFe2O3反铁电陶瓷的介电及储能性能研究

0.96NaNbO₃-0.04CaZrO₃(简称NNCZ)陶瓷在室温下展现出稳定的双电滞回线, 但是其储能密度、储能效率和击穿强度都比较低, 限制其成为储能材料。本工作通过掺杂Fe₂O₃, 利用Fe ³⁺离子变价的特点, 实现NNCZ储能性能的优化。采用传统固相法制备了(0.96NaNbO₃-0.04CaZrO₃)-xFe₂O₃(简称NNCZ-xFe)反铁电储能陶瓷, 并对样品的相结构、微观形貌、电学性能和储能性能进行了表征, 重点研究了Fe₂O₃掺杂量对NNCZ陶瓷介电和储能性能的影响规律。结果表明, 样品均具有单一的钙钛矿结构, 掺杂Fe₂O₃能明显降低NNCZ陶瓷的烧结温度, 晶粒平均尺寸随着掺杂量增大先减小后增大, 掺杂量x=0.02时, 晶粒平均尺寸最小(5.04 mm), 且具有较好的储能性能。室温下, NNCZ-0.02Fe击穿强度为230 kV/cm, 击穿前的有效储能密度和储能效率分别为1.57 J/cm ³和55.74%。在125 ℃和外加电场为180 kV/cm下, NNCZ-0.02Fe的储能密度为4.53 J/cm ³。掺杂Fe₂O₃使NNCZ陶瓷的烧成温度降低, 氧空位的迁移速率下降, 抑制晶粒的长大, 同时降低了介电损耗, 使得击穿强度增加; 适量氧空位钉扎使得反铁电相向铁电相相翻转变得困难, 避免出现哑铃状双电滞回线, 从而提高储能效率。本研究结果表明NNCZ-xFe在电介质储能领域具有潜在应用价值。     

Al2O3颗粒形貌对注凝成型ZrO2/Al2O3陶瓷性能的影响

采用3种不同形貌的Al₂O₃原料对注凝成型制备ZrO₂/Al₂O₃（ZTA）陶瓷工艺中悬浮体的流变性能进行了研究。以低毒的单体N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）制备了ZrO₂/Al₂O₃坯体和陶瓷。讨论了3种不同形貌的Al₂O₃原浆料的分散剂用量、球磨时间和固含量对浆料流变性的影响。Al₂O₃粉体呈扁平状有利于降低浆料的黏度,Al₂O₃粉体呈棒状对生坯强度的提高有利。制得的3种ZrO₂/Al₂O₃坯体颗粒间结合紧密,抗弯强度分别达到21.45,19.87,25.90 MPa。Al₂O₃粉体呈颗粒状有利于最终陶瓷力学性能的提高,陶瓷的抗弯强度及断裂韧性分别为680 MPa和7.49 MPa·m^1/2,453.1 MPa和6.8 MPa·m^1/2,549.4 MPa和6.34 MPa·m^1/2。     

Al2O3/TiO2复配改性环氧树脂的绝缘特性

为了满足高压直流输电体系对绝缘子性能的特殊要求,使用三氧化二铝(Al₂O₃)和二氧化钛(TiO₂)复配掺杂的方法改性环氧树脂基底,对复合物表面结构以及绝缘特性进行了分析。绝缘性能测试结果表明,相比于Al₂O₃或者TiO₂单独掺杂,共掺杂可以更显著降低复合物表面电阻率并且增加电气强度。将2种纳米材料的质量调到合适比例时,纳米粉体/树脂基底界面上会形成一定的导电通道,载流子可以沿着通道被传导出去,从而改善表面电阻率。而适当量Al₂O₃的引入可以进一步改善材料的电气强度。优化后复合物的表面电阻率为8.62×10¹³Ω,电气强度可达到29.01 kV/mm,共掺杂的协同效应对于树脂绝缘性能的提升十分有意义。     

TC4合金微弧氧化涂层的组织结构与高温氧化行为研究

为了提高TC4合金的高温抗氧化性能,采用微弧氧化方法在NaAlO₂+Na₃PO₄电解液体系中,于钛合金表面制备抗氧化陶瓷涂层。通过XRD、SEM、EDS等方法,表征涂层的相组成和微观结构,用纳米压痕仪测试涂层硬度与弹性模量,并研究了微弧氧化涂层的抗高温氧化及抗热震性能。结果表明：微弧氧化涂层表面多孔,涂层以Al₂TiO₅和金红石型TiO₂相为主。微弧氧化涂层的纳米硬度为(7.8±0.6) GPa,显著高于TC4合金[(4.0±0.2) GPa]。微弧氧化涂层在700℃循环氧化80 h后,单位面积增重仅0.73 mg/cm²,远小于TC4合金的增重(20 mg/cm²),表现出良好的高温抗氧化性能。经700℃热冲击25次后,涂层未出现剥落现象,展现出良好的抗热震性能。由此可见,微弧氧化涂层能有效阻止氧的扩散,显著降低了钛合金基体的氧化速率,改善了钛合金的抗高温氧化性能。     

Fe-Co-K/ZrO2催化CO2加氢制低碳烯烃

近年来, 随着化石资源的消耗和CO₂的大量排放, 人类面临的能源危机和温室效应问题日益严峻, 而铁基催化剂催化CO₂加氢直接合成烯烃是实现CO₂减排及CO₂转化与利用的最佳途径之一。本研究采用浸渍法制备了氧化锆(ZrO₂)负载铁钴催化剂(Fe-Co/ZrO₂)和ZrO₂负载铁钴钾催化剂(Fe-Co-K/ZrO₂)用于催化CO₂加氢制低碳烯烃(C₂⁼-C₄⁼), 重点考察了K含量对催化反应活性的影响。活性测试结果表明, 在300 ℃和1.5 MPa下, 加入K使CO₂转化率由40.8%提高到44.8%, 低碳烯烃选择性从0.23%增至68.5%, 并提高了反应性能的稳定性。表征结果显示, 加入K使Fe物种的外层电子密度增大, 提高了Fe对CO₂的吸附强度, 促进了碳化铁的形成, 并有利于CO₂在Fe物种上吸附后发生直接解离, 提升了CO₂加氢制低碳烯烃性能。     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

TiC_(0.7)N_(0.3)增强ZrO_2基复合材料的微观结构及力学性能

为提高ZrO2基复合材料硬度,采用热压烧结法制备了TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料,并研究了TiC0.7N0.3颗粒增强相对复合材料的物相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明:TiC0.7N0.3的添加具有稳定四方相ZrO2(t-ZrO2)的作用,能增加TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料中t-ZrO2的含量,提高断裂韧性。随着热压烧结温度的升高和TiC0.7N0.3含量的增加,复合材料的硬度升高。1 400℃下热压烧结时,TiC0.7N0.3发生部分分解,分解的N与被还原的ZrO2反应生成ZrN,提高了复合材料的硬度。1 400℃下热压烧结后的35wt%TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的相对密度达99.9%,维氏硬度达17 GPa。而1 300℃下热压烧结后,复合材料断裂韧性较高,为6.48 MPa·m1/2。研究结果为TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的组织控制及性能改进提供了参考。     

反应烧结B4C/Al2O3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B₂O₃、Al、石墨和B₄C粉体为原料, 采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷, 对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试, 采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP), 并以AZ陶瓷和B₄C陶瓷为对比靶板, 根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明, 复相陶瓷的主要成分为B₄C和Al₂O₃, 其中主相B₄C约占70wt%, 第二相Al₂O₃约占30wt%, 由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间; 复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm³, 41.5 GPa, 380 MPa和3.9 MPa•m^1/2, 其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%; 复相陶瓷的防护系数为7.34, 比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%; 在约束状态下, 各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。     

Mg0.27Al2.58O3.73N0.27透明陶瓷机械性能评价

MgAlON透明陶瓷具有优良的光学与机械性能, 在军用和民用领域均具有重要的应用潜力。本研究表征并评价了Mg_0.27Al_2.58O_3.73N_0.27透明陶瓷的机械性能, 实验测定了Mg_0.27Al_2.58O_3.73N_0.27透明陶瓷的维氏硬度、断裂韧性以及室温和高温断裂强度, 并使用Weibull函数对室温断裂强度测试结果进行统计。结果表明: 该透明陶瓷特征断裂强度为255 MPa、断裂韧性为2.56 MPa/m^1/2、杨氏模量为288 GPa、硬度为15.1 GPa。样品的Weibull模数为4.5, 1200℃下样品断裂强度达125 MPa。同时还测定了不同载荷下Mg_0.27Al_2.58O_3.73N_0.27透明陶瓷的硬度与不同载荷加载速率下的断裂强度。研究表明MgAlON光学透明陶瓷机械性能介于AlON和MgAl₂O₄之间。     

SINTERING AND COATING OF CERAMICS USING CARBON DIOXIDE LASER

Laser sintering and ceramic coating techniques for synthesis of new ceramics have been investigated. The laser sintering method is useful instead of furnace treatment for the densification of materials having high melting points. The new ceramics, ZrO₂-V₂O_-HfO₂ which have a melting point of 2850^°C and a hardness of about 1850 kgf/cm have been sintered. The single crystal of AI₂O₃3WO₃ was found to form under nonequilibrium states in the Al₂O₃-WO₃ system. A ceramic coating that forms a solid electrolyte layer of a fuel cell was also developed. The laser beam was parallel to the substrate surface on which melted ceramics were deposited by a powder gun. The properties of the coated layer are discussed with the melted particles passing through the laser beam     

微波烧结制备ZrO2-AlN复合陶瓷的微观结构与性能研究

氧化锆(ZrO₂)陶瓷具有出色的机械性能, 但其应用受到低热导率(Thermal Conductivity, TC)的限制。本研究设计并通过微波烧结制备了高热导率氧化锆-氮化铝(AlN)复合陶瓷, 优化制备条件后, 抑制了两种物质之间的反应, 获得了致密的复合陶瓷(相对密度>99%), 详细研究了该复合陶瓷的组织演变、热学性能和力学性能。研究结果表明, 随着AlN含量的增加, 复合陶瓷的室温下热导率、热扩散系数和热容增加, 分别达到41.3 W/(m·K)、15.2 mm²/s和0.6 J/(g·K)。这种具有高热导率和抗热震性的ZrO₂-AlN复合复合陶瓷在能源系统的高温热交换材料领域具有广阔的应用前景。     

MgO·1.5Al2O3透明陶瓷的无压/热等静压烧结制备

镁铝尖晶石透明陶瓷是典型的结构功能一体化材料, 具有优异的光学和机械性能。实验合成了颗粒细小、均匀的单相MgO·1.5Al₂O₃陶瓷粉末, 并且利用XRD全谱拟合软件Fullprof和尖晶石位置分配程序SIDR两步法确定其晶体结构为(Mg_0.46Al_0.54)^IV[Mg_0.26Al_1.64□_0.09]^VIO₄。再通过真空无压烧结结合热等静压烧结制备出了高性能的透明陶瓷, 热等静压18 MPa下1850℃烧结4 h所得样品的致密度达到99.75%, 厚度为2 mm的烧结样品可见光透过率达到65%, 红外波段透过率达到80%以上, 维氏硬度为(12.75±0.12) GPa, 杨氏模量为277 GPa。