反应合成非氧化物陶瓷材料

反应合成是陶瓷材料的重要制备工艺之一,在制备块体陶瓷、纤维增强复合材料基体、复合材料的陶瓷防护涂层等方面具有广泛的应用。本文简要介绍了作者多年来在反应合成复相陶瓷方面的研究结果,包括硼化钛体系、硼化锆体系、碳化物体系、氮化硼体系以及最近发展起来的高熵陶瓷体系。不同的反应体系包含有化学性质完全不同的反应物、化学反应中可能存在较大的放热现象、反应物存在分解后再反应等中间过程、产物中可能存在气相副产物等不同特征,后续致密化过程与前期反应过程的控制具有复杂多样的密切关系,所以深入研究前期反应过程和后期致密化及显微结构形成机理对反应合成具备特殊显微结构和性能的陶瓷材料具有重要的意义。高温化学反应不仅可以用于合成陶瓷材料,在采用非反应合成的常规工艺制备陶瓷材料特别是非氧化物陶瓷的过程中也普遍存在,了解这些化学反应进行的条件有利于设计合理的工艺制度,从而获得性能优越的材料。     

低阻PTC陶瓷材料的研究

本研究采用传统的固相反应工艺，以国产工业级化工原料，掺杂施主元素Nb、La、Y、Tn以及显微结构调节剂BN和ASTL相，通过实验探讨了低阻PTC陶瓷材料的配方组成、工艺制度对材料电性能的影响，成功制备出性能良好的低阻PTC陶瓷材料。     

陶瓷材料抗热震性的研究进展

阐明了陶瓷材料抗热震性研究的重要意义，系统总结了陶瓷材料抗热震的评价理论、热震断裂机制和设计高抗热震陶瓷材料的新近研究成果，并基于理论提出了改善陶瓷材料抗热震性的策略。即从控制显微结构出发，增加材料的韧性和热传导性、降低材料的弹性模量和线胀系数，为制作高抗热震陶瓷材料提供了可借鉴的工程技术途径。     

TiB2的含量对Al2O3／TiG2陶瓷材料的高温氧化行为的影响

研究了不同ＴｉＢ２含量的Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２陶瓷材料的高温氧化行为。用ＸＲＤ和ＳＥＭ分析了材料氧化后的相组成及显微结构。探讨了该材料的氧化机理和氧化膜的破坏方式。结果表明：不同ＴｉＢ２含量的Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料在１４００℃空气中氧化３０ｈ的氧化增重符合抛物线规律；随ＴｉＢ２含量的增加，材料的氧活化能降低，氧化后的强度损失率增大。     

浅谈陶瓷的强度与强化

主要分析了陶瓷材料的强度特征及显微结构与强度的关系，提出了陶瓷材料强化的措施。     

α—Al2O3／SiC,莫来石／SiC和ZrO2／SiC二元复合材料的显微结构

用热压法制备了氧化物（刚玉、莫来石、氧化锆）与非氧化物（碳化硅）的二元复合陶瓷材料。采用ＴＥＭ和ＨＲＥＭ等手段对上述材料的显微结构和晶界附近的微区成分进行了研究，确定氧化物与碳化硅相可以直接结合并形成一定厚度的互扩散层。     

可加工陶瓷材料的机械加工技术

介绍云母玻璃陶瓷、氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷3类可加工陶瓷材料的显微结构特性与材料可加工性的关系，层片状结构与弱界面使陶瓷材料具备可加工性。分析了可加工陶瓷材料机械加工过程中的特性；适宜的加工工艺参数、低加工损伤及材料的沿晶界断裂模式。结合金属材料的可加工性研究，讨论了适于陶瓷材料可加工性评价的研究方法。     

TiB_2的含量对Al_2O_3／TiB_2陶瓷材料的高温氧化行为的影响

研究了不同ＴｉＢ２含量的Ａｌ_２Ｏ_３／ＴｉＢ_２陶瓷材料的高温氧化行为。用ＸＲＤ和ＳＥＭ分析了材料氧化后的相组成及显微结构。探讨了该材料的氧化机理和氧化膜的破坏方式。结果表明：不同ＴｉＢ２含量的Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料在１４００℃空气中氧化３０ｈ的氧化增重符合抛物线规律；随ＴｉＢ２含量的增加，材料的氧化活化能降低，氧化后的强度损失率增大。     

Si3N4—SiC复相陶瓷增强颗粒尺寸效应

本文采用不同颗料尺寸的SiC粉体与Si3N4复合，采有热压烧结工艺制备了Si3N4-SiC复相陶瓷材料。研究了不同SiC颗粒尺寸、含量对复合材料致密化、显微结构和力学性能的影响。结果表明，晶粒尺寸越小强度越高，硬度也越大，但断裂韧性随粒径的变化不大。验证了颗粒复合的均匀分布模型和增强分布模型。     

Y-α-β-SiAlON复相陶瓷的制备和显微结构调控

本文在目前相关系研究的基础上，通过组份设计和工艺条件摸索，制备出不同相组成和显微结构的Ｙ－α－β－ＳｉＡｌＯＮ复相陶瓷，根据相图并结合测量的收缩速率曲线分析了组份对致密化过程和相含量的影响。此外由化学、相、组成设计并配以一定工艺条件，实现了相结构和显微结构的调控。     

Microstructure design and preparation of Al2O3/TiC/TiN micro-nano-composite ceramic tool materials based on properties prediction with finite element method

The objective of this paper was to improve the accuracy of semi-empirical method used to design ceramic cutting tool materials. The mechanical properties were predicted by employing finite element model of material microstructure, so as to design microstructure and prepare new ceramic materials. Based on the Voronoi and randomness method, the microstructure model representing the complexity and randomness of micro-nano-composite ceramic material microstructure was established. Combining the representative volume element (RVE) of ceramic material microstructure with mechanical tests, the simulations of mechanical tests were conducted to acquire the flexure strength, fracture toughness and hardness of materials. The microstructure models with various parameters were designed and the material properties were predicted to determine the optimal microstructure parameters. Then, The ceramic cutting tool materials possessing the optimal microstructure parameters were developed for machining ultra-high strength steels. The results showed that the mechanical properties of ceramic materials first improved and then declined as the nano-scale TiC volume fraction increased. To obtain the best comprehensive mechanical properties, the contents of micro-scale TiN, TiC and nano-scale TiC were set as 20%, 10% and 10%, respectively. The prepared ceramic materials possessed the flexure strength of 881.4 MPa, the fracture toughness of 7.8 MPa m^1/2, and the Vickers hardness of 20.8 GPa. This research is beneficial to the development of cutting tool design theory and the improvement of the tool life.     

人工神经网络在Al2O3/TiC/SiC多相陶瓷刀具材料开发中的应用

复相陶瓷刀具材料应用前景广阔。利用基于BP算法的人工神经网络技术,建立了预测颗粒增韧多相陶瓷刀具材料各组分体积百分含量的预测模型,模型应结合材料性能合理确定输入参数。利用该模型实际开发了Al2O3/TiC/SiC系复相陶瓷刀具材料,材料的力学性能满足要求。     

(Ti,Mo,W,Ta,V,Nb)(C,N)多元陶瓷相的价电子结构

运用固体与分子经验电子理论(EET理论)计算了(Ti,Mo,W,Ta,V,Nb)(C,N)多元陶瓷相的价电子结构.结果表明,价电子结构参数(nA)随碳化物添加量的增加而增加.不同碳化物对价电子结构参数的影响不同,其中VC的影响最为显著.价电子结构参数(nA)可以用来评价金属陶瓷的力学性能,提出了相关的判据关系式.     

纳米SiC-Al_2O_3/TiC多相陶瓷复合材料显微结构的研究

考察了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料的断裂方式 .由于纳米SiC的加入 ,材料以穿晶断裂为主 .通过透射电镜观察 ,研究了纳米陶瓷复合材料中纳米SiC的分布 ,证明所制备的材料主要为晶内型纳米复合陶瓷 .在纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,少量纳米SiC位于基体晶粒间 ,大多数纳米SiC位于基体晶粒内 ,而且纳米SiC的加入细化了基体的晶粒 .通过高分辨透射电镜观察 ,研究了纳米SiC -Al2 O3/TiC多相陶瓷复合材料中 ,纳米SiC与基体间界面结合状态 ,发现在两颗粒间的晶界几乎没有玻璃相 ,证明纳米陶瓷复合材料中晶界得到了加强 ,有利于材料力学性能的提高 .另外研究了裂纹在材料中的扩展行为 ,结果表明 ,纳米粒子对裂纹的扩展起到偏折和钉扎作用     

利用人工神经网络方法开发Al2O3/TiN系复相陶瓷刀具材料

复相陶瓷刀具材料应用前景广阔。本文提出了利用人工神经网络方法辅助开发复相陶瓷刀具材料，基于BP算法，建立了预测颗粒增韧复相陶瓷刀具材料各组分体积百分含量的预测模型。实际开发了Al2O3/TiN系复相陶瓷刀具材料，材料的力学性能满足要求。     

复相陶瓷

从陶瓷发展历史过程与相应社会发展需求说明复相陶瓷的研究是当前结构陶瓷发展的重要研究方向之一。简要介绍了复相陶瓷的组份设计的主要依据是物理化学性能上相互匹配,以及制备科学和工艺方案选择合理性。从近年来对复相材料的研究发展举出若干成功例子,其中以纳米级复合材料性能更佳,可能是发展高强高韧结构材料的一个主要方向。最后对复相陶瓷的强化增韧机理加以综述。     

清香杀虫剂用陶瓷容器的工艺技术研究

从原料选择、配方设计、工艺路线等方面 ,详细介绍了清香杀虫剂用陶瓷容器的研制情况 ,并深入分析了陶质坯体中铁的呈色规律和红泥陶产品的微观结构     

金属表面化学反应陶瓷涂层的研究

采用化学反应法，在普通碳素钢上涂覆一层的均匀致密的陶瓷涂层，经微观结构分析和性能检测表明：涂层为复相陶瓷结构，主要相有Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＢ２，ＦｅＡｌ２Ｏ４等。涂层与基体的结合强度较高；涂层的耐腐蚀性优异，抗热震性较好。     

Wear-resistant ceramic coatings deposited by liquid thermal spraying

As a surface strengthening and surface modification technology of materials, liquid thermal spray technology has been used in many fields, such as wear and friction reduction, corrosion resistance, and high-temperature oxidation resistance. This article reviews the progress of liquid thermal sprayed coating in wear resistance as well as friction reduction in recent years. The influences of microstructure, composition, phase structure and mechanical properties on the tribological properties of typical coatings (including ceramic coatings and multiphase composite coatings) are investigated. The tribological properties of the coating are determined by the coating characteristics (including microstructure, porosity, mechanical properties, etc.) and the service conditions (working temperature, lubrication state, etc.). Typical ceramic wear-resistant coatings include Al₂O₃, YSZ, HA coatings, etc. The tribological properties of the coating can be significantly improved through process optimization and heat treatment. The comparison of nanostructured and microstructured ceramic-based coating reveals that nanostructured coating reduces wear by absorbing stress. The interaction between different constituent phases improves wear resistance and reduces wear in composite coatings. Finally, various challenges faced by liquid thermal spray are pointed out, and future research focuses are proposed.     

Design of Ceramic Materials for Chemical Sensors with Novel Properties

Recently, the search for novel functions has received increasing attention in the field of materials. Outstanding possibilities for innovative applications are given by electroceramics. One of the fields which may be improved by a different use of functional ceramics is that of chemical sensors. In fact, the materials conventionally used in this field show problems still to be solved, such as insufficient gas selectivity, inability to detect very low gas concentrations, and changes in sensing properties caused by surface contamination. One possible solution to these problems is the design of materials with novel detection mechanisms. The design of innovative properties may be achieved by integration or hybridization of materials with different properties. In this paper, examples of multiphase materials for humidity and gas sensors are reported, i.e., La₂CuO₄/ZnO p-n heterocontacts, Au/ZnO Schottky barriers, and sol-gel processed thin films of TiO₂ with 10 at. % of K, based, respectively, on the interaction of p -type/ n -type semiconductors, metal/ceramic, and conductor/insulator.