六方氮化硼陶瓷的烧结及其结构与性能EI北大核心CSCD

以亚微米级h-BN粉体为原料,在不添加任何烧结助剂的情况下,分别采用无压烧结、热压烧结和放电等离子烧结（SPS）制备h-BN陶瓷,采用X射线衍射和扫描电子显微镜对烧结后样品的物相组成和显微结构进行测试和观察,研究不同烧结方法对h-BN陶瓷的致密度、晶粒取向、显微形貌及力学性能的影响,对比分析了不同烧结方法下坯体初始致密度对h-BN陶瓷性能的影响。结果表明：无压烧结无法实现h-BN陶瓷烧结致密化,力学性能较差,而通过热压和放电等离子烧结的方法均能得到结构致密、力学性能较好的h-BN陶瓷。相比于传统的无压和热压烧结,放电等离子烧结方法制备的h-BN陶瓷具有更高的致密度和更好的力学性能,而且晶粒更均匀细小,烧结温度可降低200℃以上。此外,坯体初始致密度的提高能显著提高h-BN陶瓷的抗弯强度和断裂韧性,但对热压和放电等离子烧结制备的h-BN陶瓷致密化的影响较小。     

BN基复合陶瓷致密化的主要障碍

本文对ＢＮ基复合陶瓷进行了热压和无压烧结试验,对烧结体的密度变化和显微结构进行了研究,分析了影响ＢＮ基复合致密化的主要因素,认为卡片房式结构是妨ＢＮ基复合陶瓷致密化的主要原因。热压过程中施加的压力足够大时,可以破坏这种卡片房式结构,使片状ＢＮ定向排列,因而能获得同致密度的ＢＮ基复合陶瓷,热压过程中若有液相出现,有利于片状ＢＮ定向排列,因而能促进ＢＮ基复合陶瓷的致密化。无压烧结因不能消除坯体中的卡片     

添加剂B_2O_3对SiC/h-BN复相陶瓷低温烧结行为及性能的影响

以乱层结构h-BN(t-BN)和SiC纳米粉体为原料,B_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出SiC/h-BN复相陶瓷。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究烧结助剂含量对SiC/h-BN复相陶瓷的低温烧结行为、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:利用SPS低温烧结方法,添加少量B_2O_3添加剂,可有效地提高复相陶瓷的致密度和力学性能。与无添加剂烧结样品相比,烧结助剂的添加降低了样品烧结收缩起始温度,促进样品中片状h-BN晶粒的移动和重排,提高了颗粒间的结合强度。随着烧结助剂添加量的增加,复相陶瓷致密度显著增加,强度和韧性均呈现先增加后降低的趋势,在B_2O_3添加量为5%时,复相陶瓷相对密度和各项力学性能较高,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为96.92%、274.7MPa、2.91MPa·m1/2和127.2GPa,但添加过多B_2O_3,则不利于提高复相陶瓷的力学性能。     

LiTaO3压电陶瓷烧结工艺的优化

采用氮气保护热压烧结工艺制备LiTaO3压电陶瓷材料,研究了不同烧结方法和热压烧结压力对LiTaO3压电陶瓷致密度和力学性能的影响。无压烧结不能得到烧结致密的LiTaO3基压电陶瓷。1300℃/25MPa热压烧结制备的纯LiTaO3陶瓷的烧结致密度很低,只有91.5%,其各项力学性能很差。1300℃/35MPa热压烧结制备的纯LiTaO3陶瓷材料的致密度较高,已经达到了97%,材料烧结较致密,气孔较少,但由于LiTaO3本身性质所限其各项力学性能变化不大。     

TiB2陶瓷的放电等离子烧结

利用放电等离子烧结技术制备TiB2陶瓷。分析了烧结温度、保温时间和升温速率对烧结体致密度及显微结构的影响。实验结果表明：随着烧结温度的提高，烧结体的致密度及晶粒大小均增加。延长保温时间，样品的晶粒有明显长大。提高升温速率，有利于抑制晶粒生长，但样品的致密度降低。在TiB2的烧结过程中，存在颗粒间的放电。在烧结温度为1500℃，压力为30MPa，升温速率为100℃／min，真空中由SPS烧结制备的TiB2陶瓷相对密度可达98％。     

放电等离子烧结SiC/BN复相陶瓷的制备及力学性能

以高纯h-BN和SiC纳米粉体为原料、B_2O_3为烧结助剂,利用放电等离子烧结技术(SPS)快速烧结制备了h-BN–25%SiC复相陶瓷。用X射线衍射和扫描电子显微镜对试样的物相组成和显微结构进行分析,研究了h-BN–SiC复相陶瓷的SPS低温烧结行为及烧结温度对烧结试样的致密度、微观结构及力学性能的影响。结果表明:采用SPS烧结技术,在较低温度下即可获得致密度较高的烧结样品,烧结温度的升高,促进了h-BN晶粒的方向性排列,提高了烧结样品的相对密度。随着烧结温度的提高,晶粒尺寸增大,抗弯强度、断裂韧性和弹性模量增大,并具有相同的变化趋势。样品晶粒细小均匀,不同烧结温度样品的断裂方式相同,主要为沿晶断裂,细小SiC颗粒的钉扎效应、晶粒拔出和裂纹偏转提高了复相陶瓷的断裂强度和断裂韧性。在1 600℃烧结所得试样的综合性能较好,其抗弯强度、断裂韧性和弹性模量分别为289.2 MPa、3.45 MPa·m1/2和150.9 GPa。     

放电等离子低温烧结h-BN-SiC复相陶瓷的结构与力学性能

以纳米h-BN和Si C粉为原料、B2O3为烧结助剂,利用放电等离子烧结(SPS)制备h-BN-Si C复相陶瓷,研究了烧结压力(20~50 MPa)对h-BN-Si C复相陶瓷结构与力学性能的影响。结果表明:在不同烧结压力下,h-BN-Si C复相陶瓷中h-BN晶粒的c轴倾向于平行压力方向,增大烧结压力能够提高复相陶瓷的致密化和力学性能,但较大的烧结压力(40 MPa)降低了c轴倾向于平行压力方向的取向度和断裂韧性。在40 MPa烧结压力时获得了较佳的综合性能,复相陶瓷的相对密度、抗弯强度和断裂韧性分别达到98%、289.2 MPa和3.45 MPa·m1/2,比同条件制备的纯h-BN陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别提高了约138.4%和64.3%。复相陶瓷断裂为典型的沿晶断裂模式,微裂纹及裂纹偏转提高了复相陶瓷的断裂韧性。     

振荡压力对高性能氮化硅陶瓷烧结致密化的影响EI北大核心CSCD

采用新型振荡压力烧结技术制备高性能氮化硅陶瓷,并对比热压烧结技术,研究了不同工艺下氮化硅陶瓷的致密度、物相、晶粒尺寸、微观形貌及力学性能变化规律,分析了振荡压力对氮化硅陶瓷的致密化作用.结果表明:振荡压力烧结工艺下氮化硅陶瓷实现了α相到β相的物相完全转变,相对密度达到了99.82%;对比热压烧结工艺,振荡压力作用下氮化硅陶瓷的晶粒尺寸明显增加,晶粒平均长径比由3.79增加到4.86,弯曲强度、硬度及断裂韧性分别提高到1333 MPa、16.2 GPa、12.1 MPa·m^(1/2),断裂表面能也明显提高.OPS试样晶粒表面观察到了明显的形变条纹和位错运动区域.振荡压力的引入提高了致密化速率和晶粒的生长驱动力,且能够促进氮化硅在致密化过程中塑性形变的产生,有效加快了烧结致密化进程.     

振荡压力对高性能氮化硅陶瓷烧结致密化的影响

采用新型振荡压力烧结技术制备高性能氮化硅陶瓷,并对比热压烧结技术,研究了不同工艺下氮化硅陶瓷的致密度、物相、晶粒尺寸、微观形貌及力学性能变化规律,分析了振荡压力对氮化硅陶瓷的致密化作用。结果表明:振荡压力烧结工艺下氮化硅陶瓷实现了α相到β相的物相完全转变,相对密度达到了99.82%;对比热压烧结工艺,振荡压力作用下氮化硅陶瓷的晶粒尺寸明显增加,晶粒平均长径比由3.79增加到4.86,弯曲强度、硬度及断裂韧性分别提高到1 333 MPa、16.2 GPa、12.1 MPa·m~(1/2),断裂表面能也明显提高。OPS试样晶粒表面观察到了明显的形变条纹和位错运动区域。振荡压力的引入提高了致密化速率和晶粒的生长驱动力,且能够促进氮化硅在致密化过程中塑性形变的产生,有效加快了烧结致密化进程。     

纳米陶瓷无压烧结研究进展

纳米陶瓷是由纳米晶粒构成的比传统陶瓷具有更加优良理化性能的陶瓷材料。如何在陶瓷致密化过程中有效控制晶粒长大,从而制备高致密度纳米陶瓷一直是陶瓷制备中的重点和难点。在纳米陶瓷的众多制备方法中,通过压力辅助烧结或快速加热烧结抑制晶粒生长的方法较为普遍,而无压方法烧结作为工艺最为简单和最具商业价值的方法,近年来也受到国内外的广泛关注。本文综述了无压烧结致密纳米陶瓷的研究现状和进展,从纳米粉体的制备、团聚消除、素坯成型、纳米陶瓷烧结等四个方面进行了讨论,评述了目前无压烧结技术所面临的困难并进行了展望,以期为无压烧结技术对高致密度纳米陶瓷的制备提供有益参考。     

等离子活化烧结制备SiC/h-BN复相陶瓷

采用等离子活化烧结(plasma activated sintering,PAS)制备SiC/20%(体积分数)h-BN复相陶瓷,研究了烧结工艺对复相陶瓷密度、抗弯强度、硬度,以及显微结构的影响,并对比分析了PAS与热压(hot-pressing,HP)烧结工艺不同烧结机理。结果表明:在1600℃保温3min PAS烧结与在1850℃保温1h HP烧结制备出的SiC/20% h-BN复相陶瓷具有相近的性能和微观结构,PAS烧结效率远高于HP。当引入20%微米级h-BN在烧结过程中抑制SiC晶粒长大,PAS快速烧结细化晶粒的效应在烧结SiC/20% h-BN复相陶瓷时被抑制。     

热膨胀反向承压气氛烧结制备高致密度Ti_3SiC_2陶瓷

介绍了一种新型的Ti_3SiC_2陶瓷的制备方法。通过利用烧结过程中模具及承压粉自身的膨胀产生应力,反向作用于陶瓷坯体,使高温陶瓷坯体烧结致密化。该方法具有工艺可控,无需复杂设备,无尺寸及形状限制等优点。采用此方法实际合成的Ti_3SiC_2陶瓷致密度可以达到95%,接近热压合成Ti_3SiC_2陶瓷的致密度,测试电阻率达到2.8×10~(-7)Ω·m,表面硬度达到329HV,在900℃以下具有良好的抗氧化性,具有广泛的应用价值。     

BN-YAION复合陶瓷的烧结行为

对ＢＮ－ＹＡｌＯＮ复合陶瓷进行了热压和无压烧结试验,对烧结体的密度变化和显微结构进行了研究,分析了影响ＢＮ基复合陶瓷致密化的主要因素．认为卡片房式结构是妨碍ＢＮ基复合陶瓷致密化的主要原因．热压过程中施加的压力足够大时,可以破坏这种卡片房式结构,使片状ＢＮ定向排列,因而能获得高致密度的ＢＮ基复合陶瓷．热压过程中若有液相出现,有利于片状ＢＮ定向排列,因而能促进ＢＮ基复合陶瓷的致密化．无压烧结时因不能消除原有的卡片房式结构,故虽有液相出现,也难以获得高致密度的ＢＮ基复合陶瓷     

压力对凝胶注模成型95氧化铝陶瓷性能的影响

本文采用低毒的MAM-MBAM凝胶体系代替AM-MBAM有毒体系制备95氧化铝陶瓷,为改善成型后坯体的性能,在凝胶注模成型过程中给予浆料压力.研究发现在压力为0.3 MPa时获得的坯体表面光洁,线收缩率大,体密度高,结构均匀,成品率高,质量好.本文还并研究了压力对95氧化铝陶瓷烧结体线收缩率和体密度以及洛氏硬度的影响.实验结果表明:压力辅助凝胶注模成型所得坯体烧结后性能优于无压直接注模成型坯体,压力为0.3MPa时线收缩率最小,体密度最高可达3.81 g/cm3,洛氏硬度最高.坯体显微结构显示,陶瓷粉料被有机高分子网络很好地粘结在一起,并且压力注模的坯体中陶瓷粉料堆积紧密,结构均匀致密.烧结后,压力注模成型坯体晶粒发育良好,气孔较无压直接注模烧结体少,烧结致密性能优异.     

BN—YAION复合陶瓷的烧结行为

对ＢＮ－ＹＡ１ＯＮ复便陶瓷进行了热压和无压烧结试验，对烧结体的密度变化和显微结构进行了研究，分析了影响ＢＮ基复合陶瓷致密化的主要因素。认为卡片房式结构是妨碍ＢＮ基复合陶瓷致密化的主要原因。热夺过程中施加的压力足够大时，可以破坏这种卡片房式结构，使片状ＢＮ定向排列，因而能获得高致密度的ＢＮ基复合陶瓷。热压过程中若有液相出现。，有利于片片ＢＮ定向排列，因而能促进ＢＮ基复合陶瓷的致密化。无压烧结时因不能     

Fabrication and Mechanical Property of BaNb2O6/Al2O3 Composite Ceramics

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相 BaNb2O6引入到 Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于 1350 ℃制备 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明：BaNb2O6与 Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了 Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为 10%（体积分数）时,1350 ℃无压烧结和热压烧结制备的 BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为 94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和 99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到 BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相 BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

BaNb_2O_6/Al_2O_3复相陶瓷的制备及力学性能

为研究功能材料对结构陶瓷微观结构和力学性能的影响,将铁电相BaNb2O6引入到Al2O3陶瓷中,分别采用无压和热压烧结技术于1350℃制备BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷,对其物相组成、微观结构和力学性能进行了研究。结果表明:BaNb2O6与Al2O3经过高温烧结能够稳定共存,BaNb2O6的加入促进了Al2O3陶瓷的烧结。BaNb2O6加入量为10%(体积分数)时,1350℃无压烧结和热压烧结制备的BaNb2O6/Al2O3复相陶瓷的致密度、抗弯强度和断裂韧性分别为94.6%、214MPa、2.28 MPa m1/2和99.3%、332 MPa、3.55MPa m1/2。当裂纹扩展遇到BaNb2O6晶粒时发生穿晶断裂,但在晶粒内部出现裂纹偏转,说明铁电相BaNb2O6晶粒内部的微观结构有助于陶瓷的强韧化。     

放电等离子（SPS）快速烧结TiB2陶瓷

利用放电等离子烧结技术制备纯TiB2陶瓷,烧结温度1600℃,压力30MPa,真空烧结,保温1—3分钟,即可获得相对密度达99％以上的致密烧结体。扫描电镜分析表明：烧结体晶粒细小,结构均匀;材料的晶粒随烧结温度的提高而长大;但烧结体的硬度分布不均匀。     

超高压成型与无压烧结制备细晶碳化硅陶瓷

借助两面顶超高压设备,通过冷等静压和超高压成型制备了相对致密度>60%的SiC陶瓷生体.在低压流动氮气保护下,无压烧结获得了晶粒尺寸在200 nm左右的高致密的SiC陶瓷.利用扫描电镜、X射线衍射对烧结体的断面形貌和相组分进行分析.结果表明:超高压处理能够提高坯体及烧结体的致密度,并有助于抑制晶粒的长大.添加12%烧结助剂[Al2O3(平均粒度约为80 nm)和Y2O3(平均粒度约为50 nm)],经4.5 GPa,6 min超高压成型的SiC样品,在1 850℃或1 900 ℃烧结0.5h后的相对密度分别达到95.3%和98.3%.这种样品的烧结致密化机制为Y3Al5O12液相烧结.     

烧结温度对BN-ZrB_2-ZrO_2复相陶瓷结构与性能的影响

以h-BN为基体材料,ZrO2、AlN、B2O3和Si等为改性剂,采用反应热压烧结工艺制备BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷,研究了烧结温度对BN基复相陶瓷物相组成、致密化、微观结构及力学性能的影响。结果表明:提高烧结温度可促进ZrB2相的形成,烧结后的复合陶瓷中出现SiAlON相;随烧结温度升高,样品相对密度、抗弯强度和断裂韧性都呈现先升高后降低趋势,烧结温度为1 900℃时材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最高,分别为95.2%、226.0MPa和3.4MPa·m1/2。ZrB2相的存在显著提高了BN基复相陶瓷的力学性能。与热压烧结纯BN陶瓷相比,BN-ZrB2-ZrO2复相陶瓷的抗弯强度提高了183%,且该复相陶瓷主要以沿晶断裂为主,高温下烧结的样品中出现晶粒拔出现象,并伴随有少量穿晶断裂。