网络陶瓷增强金属复合材料的研究现状

综述了目前网络陶瓷增强金属基复合材料的发展及研究现状,重点介绍了网络陶瓷预制体及复合材料的主要制备工艺,并指出了各工艺的特点.评述了网络陶瓷增强金属复合材料的性能特点,指出了目前网络陶瓷增强金属基复合材料存在的问题及解决方法,并展望了对网络陶瓷增强金属基复合材料未来的发展方向.     

金属/陶瓷润湿性的实验表征和理论预测研究进展

金属/陶瓷体系的润湿性研究在金属与陶瓷的连接、金属液的熔炼和提纯、浸渗法和液相法制备复合材料等领域都有着重要意义。金属熔体在陶瓷表面的润湿过程中,会出现基板在熔体中溶解、界面吸附和互相反应等,是一种较为复杂的物理化学现象。有关金属/陶瓷润湿性的实验和理论研究一直是国际上材料学领域的热点之一。目前金属/陶瓷润湿性主要通过测量接触角θ(借助Young's方程计算)来得出,润湿性表征方法存在较大局限性,特别是接触角对实验条件高度敏感,其往往难以准确反映润湿性,以及适用于高熔点合金与陶瓷体系的方法较为缺乏。因此,除对接触角测试方法进行改进外,很多研究者也试图通过理论计算来考察润湿性,但至今尚未发展出能够很好地应用于所有金属/陶瓷体系的理论预测模型。润湿性实验表征方法的近期研究主要集中在改良座滴法、滴定法、毛细上升法和感应熔化法等。其中,改良座滴法相比传统座滴法能够消除熔体表面氧化膜的影响。感应熔化法可以使高熔点合金(如Ti合金等)熔化,具有独特优势(相比之下其他几种方法只适用于Al系、Mg系等低熔点合金与陶瓷的体系)。在理论预测模型方面,除直接基于Young's方程,根据表面张力模型来研究润湿性外,也有学者尝试结合YoungDupré方程,从热力学和原子键的角度揭示反应界面润湿性的内在规律。同时,将润湿视为一种反应现象,对界面反应吉布斯自由能变化和润湿过程中表面相的能量变化加以考虑,也形成了一种新的定性衡量润湿性的标准。此外,研究者还在润湿铺展动力学方面取得了一些重要成果,包括直接根据金属形核理论来计算润湿角,以及利用如流体动力学模型、分子动力学模型、反应控制模型和扩散控制模型等来预测金属/陶瓷体系的润湿速率。本文主要从润湿过程的机制、接触角的测试方法和用以预测润湿性的理论模型三个方面,综述了金属/陶瓷润湿性领域的实验和理论研究进展。     

陶瓷/金属钎焊体系反应润湿及残余热应力缓解的研究进展

陶瓷/金属钎焊件广泛应用于机械电子、能源化工、航空航天和生物医学等领域以实现材料各自性能上的优势互补。然而,陶瓷与金属原子键合上的差异及热膨胀失配使得它们的高可靠连接面临润湿性和残余热应力的问题。综述了国内外在反应润湿和残余热应力缓解方面的研究进展,对活性钎料/陶瓷界面反应产物及界面结构、界面反应热力学、反应润湿及铺展动力学模型进行了介绍,总结了复合钎料法和添加中间层法等残余热应力的缓解方法,并对当前存在的问题进行了初步探讨。     

三维网络多孔陶瓷/金属复合材料的研究新进展

三维网络多孔陶瓷/金属双(共)连续相复合材料(C⁴材料)具有各向同性和正向加合性质,在摩擦器件和制动元件、电子封装材料及散热器件、航空航天器件、光学仪表材料、运动器械等领域具有广阔的应用前景。本文较为详细地介绍了C⁴材料的各种制备技术,并对比了它们的优缺点,在此基础上,重点阐述了本课题组提出的原位反应无压浸渗新工艺和最新研究进展,并对C⁴材料的未来发展趋势进行了展望。     

木陶瓷/金属复合材料的研究现状

总结了木陶瓷/金属复合材料及其预制体模板的制备机理和制备方法的研究现状;详细介绍了木陶瓷/金属复合材料的力学性能、热学性能、阻尼性能和摩擦学性能及其应用等方面的研究成果;探讨了木陶瓷/金属复合材料的发展前景及当前存在的问题;最后提出了一种以麻纤维织物为模板材料制备纤维织物遗态陶瓷/金属复合材料的新思路.     

碳纳米管/陶瓷基复合材料研究进展

介绍了碳纳米管的结构、制备、处理及性能,综述了碳纳米管/陶瓷基复合材料的制备方法以及碳纳米管/陶瓷基功能复合材料的研究进展,并对复合材料制备中碳纳米管的分散、取向与阵列、烧损和复合材料的界面等问题进行了分析.     

陶瓷/石墨烯块体复合材料的研究进展

石墨烯是2004年首次成功制备的新型二维碳纳米材料。由于其独特的二维结构和优异的性能, 近年来已成为国内外材料领域的研究热点。本文结合本课题组的相关工作, 综述了石墨烯应用于陶瓷块体复合材料的新近研究成果,包括碳纳米管、SiOC、Al₂O₃以及Si₃N₄等为基体的石墨烯块体复合材料,重点介绍了陶瓷/石墨烯块体复合材料的制备方法、增韧机制以及优异的物化性能, 并探讨了陶瓷/石墨烯块体复合材料的研究发展方向和应用前景。     

定向金属氮化法制备AlN/Al陶瓷基复合材料研究进展

介绍了氮化铝的结构和性能,并回顾了国内外采用定向金属氮化法制备AlN/Al陶瓷基复合材料的研究成果,详细探讨了合金成分和预形体对AlN/Al陶瓷基复合材料显微结构和生长的影响.指出工艺和显微结构优化、新型复合材料开发是定向金属氮化法制备AlN陶瓷材料的发展方向.     

陶瓷基复合材料研究进展

概况由于高技术对材料的苛求,推动了新材料的发展。复合材料具有能发挥其组成原材料的协同作用,同时又有很大的材料设计自由度,因而具有良好的发展前景。用纤维来补强陶瓷很早就被人们所注意。在早期的工作中,就已经发现纤维加入到陶瓷可以补强和改善陶瓷的抗热震性能,     

陶瓷晶须/聚合物基复合材料的研究进展

概述了钛酸钾、氧化锌、硼酸铝等陶瓷晶须增强聚合物基复合材料的研究进展,探讨了晶须含量、晶须表面处理、材料前处理方法等对提高复合材料力学性能及摩擦学性能的影响,明确了适当的表面改性方法可以使晶须的增强效果更为明显,指出了在晶须/聚合物结合面微观形态观察和分析方面的不足,提出了构建晶须/聚合物复合材料的理论模型、预测复合材料性能的研究方向.     

两次离心挂浆工艺制备网眼多孔陶瓷

以具有三维网状结构和贯通气孔的聚氨酯泡沫体为载体,采用两次离心挂浆工艺制备了高气孔率、无堵孔且结构均匀可控的氮化硅网眼多孔陶瓷.借助TG-DSC分析了泡沫体的热分解过程,确定了排胶工艺.借助流变测量和光学显微镜观察了挂浆工艺及浆料粘度对泡沫体挂浆量和多孔结构的影响,并对制品材料的微观结构和性能进行了表征.结果表明,与传统辊压工艺相比,采用两次离心挂浆工艺后,改善了多孔结构的均匀性,显著提高了材料强度,为高强度、结构可控、网眼多孔陶瓷的制备提供了一个有效途径.     

网眼陶瓷凝胶成型工艺条件研究

以α-Al₂O₃为主原料制备凝胶注模浆料, 采用浸渍工艺制备了均匀性好、强度高的网眼陶瓷材料. 研究了固相含量、分散剂与pH值等对Al₂O₃浆料流变特性的影响. 实验表明: 在pH=9、分散剂添加量为0.5wt%及固相体积分数为57%时, 可以获得良好流动性(粘度为140mPa·s)的浆料; 研究了聚氨酯泡沫塑料载体表面改性对浆料吸附力的作用, 采用氩等离子体处理并在丙烯酸溶液中接枝反应使聚氨酯泡沫塑料有效吸附浆料量从0.42g/cm³提高到0.71g/cm³. 制备出气孔率为86%、体积密度为0.52g/cm³、耐压强度为3.60MPa和均匀无盲孔的Al₂O₃泡沫陶瓷材料.     

碳化硅网眼多孔陶瓷的微波吸收特性

研究了碳化硅网眼陶瓷的微波吸收特性,发现它比实心材料的吸波性能几乎提高了两倍以上,这种吸波性能的改善主要来自网眼结构对电磁波产生的反射、散射及干涉作用引起的衰减.孔径大小、相对密度、试样厚度等因素对碳化硅网眼陶瓷的微波吸收性能的影响进行了讨论.本工作将为低成本、高性能结构型微波吸收材料的设计提供一条新途径.     

碳化硅网眼多孔陶瓷的制备

本工作采用有机泡沫浸渍工艺制备了具有相互贯通气孔的碳化硅网眼多孔陶瓷．通过选择合适的流变剂获得了对海绵具有良好涂覆性能的浆料．探讨了粘结剂对网眼多孔陶瓷性能的影响,结果表明：硅溶胶是一种比较理想的粘结剂．ＸＲＤ、ＳＥＭ研究了烧结制品的晶相组成及显微结构,同时还对烧结制品的孔筋密度、气孔率、力学性能等进行了表征．本工作在１４５０℃下保温１ｈ获得了气孔率为７５％～８５％、抗弯强度达２．５ＭＰａ以上的碳化硅网眼多孔陶瓷,其主要晶相由α－ＳｉＣ、α－Ａｌ_２Ｏ_３、方石英和莫来石组成．     

网眼多孔陶瓷浸渍成型工艺的研究

采用一种具有三维网状结构和连通气孔的氨酯海绵作为骨架来制备网眼多孔陶瓷．采用一种亲水憎水平衡值（ＨＬＢ）＞１２的表面活性剂溶液对海绵体孔筋表面进行改性处理,改善了海绵与水基浆料之间的粘附性,增加了浆料涂覆量．研究了浆料固含量、有机泡沫体网眼大小、对辊间距和挤压次数对浆量涂覆量及结构均匀性的影响．结果表明：浆料固含量和对辊间距是影响涂覆量及结构均匀性的最主要因素．还发现网眼烧结体的相对密度与相对对辊间距具有很好的线性关系,这为预测和优化材料的渗透率及机械强度提供了一定的依据．     

真空脱气处理对网眼多孔陶瓷力学性能的改善

采用有机泡沫浸渍工艺制备了碳化硅基网眼多孔陶瓷．研究了真空脱气处理对浆料流变特性和烧结体的力学性能及显微结构的影响．结果表明;脱气处理改善了浆料的流变特性,使浆料在有机泡沫体上的涂覆量增加和结构均匀性得到改善;压汞仪测试数据和ＳＥＭ观察表明脱气处理明显地消除了孔筋内的孔径为１００μｍ左右的大气孔;经脱气处理后,材料的抗弯强度从２．３４ＭＰａ提高到３１８ＭＰａ．脱气处理对网眼陶瓷强度的改善主要来自两方面的贡献：一是相对密度的增加,二是孔筋中大气孔的消除,但后者是最主要的贡献,这个结果与目前建立的开孔陶瓷泡沫的力学模型吻合得很好．     

Influential Factors on Electromagnetic Properties of Selected 3D Reticulated Ceramics

3D reticulated ceramics (3DRCs) with the composition containing SrFe12O19-SiC-TiO2 were prepared by a replication process with polyurethane sponges as the template in ceramic slurry. The electrical conductivity, dielectric and magnetic parameters of 3D reticulated ceramics (3DRCs) were measured with changes in cell size of the sponges, contents in the slurry and sintering temperature in this paper. Discussions about the influential factors of those parameters were focused on their electrical conductivity. The experimental results indicated that the electrical conductivity of 3DRCs raised with the increase of cell size, SiC/SrO.6Fe2O3 with weight ratio and sintering temperature. X-ray diffractions and SEM were used to investigate the relationship between electrical conductivity and sintering temperature. Deoxidizing reactions of SrO.6Fe2O3 caused the increasing electrical conductivity. The real part of permittivity (ε′) and imaginary part of permeability (μ") raised with the increase of electrical conductivity (σ). The imaginary part of permittivity (ε") has a maximum at 10° S/cm with the increase of σ, and the real part of permeability (μ′)changes slightly with the increase of σ. When σ is at the range of 10-4 S/cm to 100 S/cm (a semi conductive state),both the imagine part of permittivity and permeability raises with increasing σ, therefore, the 3DRCs present their high electromagnetic loss properties.     

铜基石墨复合材料的研究进展

铜基石墨复合材料是一种广泛应用于摩擦材料和电接触材料等领域的金属基复合材料.综述了铜基石墨复合材料在改善铜基体与石墨增强体结合方面的研究进展,主要包括基体合金化、石墨的表面处理、添加粘结剂等,重点介绍了铜基石墨复合材料的制备工艺方法,并概述了其导电导热性能、摩擦磨损性能、工艺性能及应用,最后展望了铜基石墨复合材料的研究重点和发展方向,认为取代现有的易切削铅黄铜合金将成为铜基石墨复合材料今后研究和应用的一个亮点.