组成对尾矿多孔玻璃陶瓷物理性能的影响研究

本文以铁尾矿为主要原料,石灰石、白云石、纯碱、砂岩以及分析纯Al2O3为校正原料,CaF2为助熔剂,NaHCO3为发泡剂,采用粉末烧结法制备了多孔玻璃陶瓷,通过L9(34)正交实验设计,研究了基础玻璃中主要氧化物SiO2、CaO、MgO、Al2O3的含量变化对多孔玻璃陶瓷表观密度、孔隙率、导热系数等物理性能及主晶相组成的影响.研究结果表明:随着SiO2含量的增加,Al2O3含量的减少,多孔玻璃陶瓷的表观密度降低,闭口孔隙率增大,导热系数减小;CaO与MgO含量的变化对表观密度无明显影响;随着CaO与MgO含量的增加,孔隙率先增大后减小;多孔玻璃陶瓷主晶相均为透辉石,在研究的成分范围内,四种主要氧化物含量的变化对主晶相无影响,但随着CaO/MgO的增加,多孔玻璃陶瓷衍射峰逐渐增强,晶相随之增多.     

煤矸石制备多孔复相陶瓷材料及导热系数研究

利用煤矸石作为主要原料,以有机物交联丙烯酸树脂(AMR)作为造孔剂,合成多孔复相陶瓷,用作保温材料.通过对材料性能测试表明,随着造孔剂含量的增加,材料的体积密度下降、气孔率增加、导热系数和抗压强度也降低.添加10％～ 40％ AMR造孔剂后合成的多孔陶瓷性能符合高效能外墙外保温材料标准.通过对合成样品导热系数和气孔率关系的研究,表明两相材料导热系数模型中的有效介质理论公式可以应用于多孔复相陶瓷中.     

碳粉为造孔剂的多孔生物陶瓷的制备及性能研究

选用牛骨煅烧的天然羟基磷灰石粉末作为基体,生物活性玻璃为增强相,碳粉为造孔剂,用模压成型法制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷。利用XRD进行晶面分析,微孔结构分析仪对试样进行气孔率测试,依据国标对试样进行硬度和抗弯强度的分析,用S-3000N型扫描电镜表征多孔羟基磷灰石生物陶瓷的微观结构。结果表明,随着生物玻璃和碳粉质量百分比的增加,试样组织中的孔隙率的含量和总的孔表面积均随之增加;生物陶瓷的硬度随生物玻璃添加量的增多呈现一定的变化;硬度值较大的试样其抗弯强度都在80MPa,左右,与人体骨相接近;陶瓷微观组织中的孔隙数量和孔径尺寸均随着生物玻璃添加量的增多而增加。     

可加工陶瓷研究进展

介绍了国内外可加工玻璃陶瓷、石墨系复相陶瓷、h-BN系纳米复相陶瓷、可加工层状复相陶瓷、可加工多孔陶瓷、稀土磷酸盐系复相陶瓷和Mn＋1AX。化合物等7种可加工陶瓷的制备机理的研究现状,并对该领域今后的发展方向进行了进一步探讨。     

水基冷冻干燥工艺制备层状结构多孔SiC陶瓷

以微米级SiC粉体为原料,利用冷冻干燥和原位反应烧结制备了具有层状孔道结构的SiC多孔陶瓷.XRD分析表明多孔陶瓷的主相是α-SiC,结合相是方石英;SEM观察到多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构;多孔SiC陶瓷的总孔隙率和开孔隙率随固相含量和烧结温度的增加而下降.多孔陶瓷的孔径分布呈现双峰分布特点,大孔孔径峰值介于20～80 μm,小孔孔径峰值为0.5～0.9 μm.在原位反应烧结过程中,在1100℃以上SiC开始发生氧化形成SiO2结合的多孔SiC陶瓷,显著提高了陶瓷的压缩强度.随着烧结温度从1000℃提高到1500℃,固相含量为30vol%的多孔SiC陶瓷开孔率从68.9%下降到61.8%,压缩强度由5.5 MPa升至25.5 MPa.     

碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷的制备及性能研究

采用碳化硅、烧高岭土、氢氧化铝、滑石为主要原料,石墨为造孔剂制备了碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷.研究了烧结温度和烧结助剂二氧化铈对碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷气孔率和强度的影响,并分别用XRD和SEM分析晶相组成和断面显微结构表明:制备出的SiC多孔陶瓷的主相是SiC,结合相是堇青石与方石英,多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构;在1350℃烧结,并保温3h,当造孔剂含量为15％时,碳化硅/堇青石复合多孔陶瓷性能最佳,其气孔率31.80％,相应的弯曲强度为63.74 MPa.在1200℃下,添加不同含量的CeO2,对烧结样品的相组成有影响,能够降低生成堇青石的温度,在CeO2含量为3％的样品中,堇青石的峰最明显,但是过量的氧化铈会抑制了堇青石的生成;随着CeO2加入量的增加,其气孔率和弯曲强度也会随之变化,1200℃下,在CeO2加入量为4％时其弯曲强度最优.但随着CeO2的含量的增加,其气孔率逐渐下降.     

钛合金表面涂烧生物活性玻璃陶瓷涂层的性能与结构

采用涂烧法在钛合金表面制备出结合强度高,化学稳定性好,防组织液渗透和生物相容性良好的复合生物玻璃陶瓷涂层。用XRD,FT－IR等方法研究了涂层的组成、结构和性能。结果表明：底釉由玻璃相、FAP和榍石晶相组成;多孔生物玻璃陶瓷涂层由玻璃相、FAP和β－CaSiO3晶相组成;复合涂层能与骨组织产生骨性结合。     

CaO含量对CABS/Al_2O_3复相玻璃-陶瓷性能的影响

通过XRD、SEM等测试手段,研究了钙铝硼硅/氧化铝系玻璃-陶瓷一个典型组成的致密化过程,并讨论了在这过程中物相、微观结构以及介电性能的变化规律。结果表明,CaO对烧结有一定的促进作用。在添加11.5%wt CaO在725℃烧结保温0.5h,玻璃试样性能为,εr=6.19,tanδ=0.0029。复相玻璃陶瓷样品中随着CaO含量增加,玻璃的析晶倾向增大;当CaO含量为17%时,有钙长石析出,样品介电性能下降。     

Y_2O_3添加剂对SiC复相多孔陶瓷烧结性能和力学性能的影响

利用添加造孔剂法制备SiC复相多孔陶瓷。研究了Y2O3添加剂对SiC复相多孔陶瓷的烧结温度及烧结体力学性能的影响机理。结果表明:Y2O3的加入大大降低了SiC复相多孔陶瓷烧结温度,样品的力学性能有所提高,抗弯强度提高18.46%,稀土氧化物占总质量3%时能提高SiC复相多孔陶瓷的抗氧化性,氧化速率降低了66.7%。YAG相在SiC晶界均匀分布,细晶,裂纹偏转及晶界桥联是SiC复相多孔陶瓷的增韧的机理。     

BaFe12O19/SiO2玻璃陶瓷的合成工艺及电磁特性研究

研究了柠檬酸溶胶-凝胶工艺制备BaFe12O19／SiO2玻璃陶瓷的条件。在SiO2的摩尔分数为50%和67％，铁和钡的摩尔比为5：1～7：1，绕结温度为1000～1100℃时，得到了杂质含量很少的BaFe12O19玻璃陶瓷。测定了玻璃陶瓷在100MHz～6GHz下的复介电常数和磁导率。结果表明：其复介电常数、磁导率实部随测试频率的增加而下降；磁导率虚部数值在0左右波动。     

生物玻璃陶瓷骨支架光固化3D打印及降解性能

利用光固化技术制备的生物玻璃陶瓷骨植入物在骨修复领域具有许多优势,然而生物玻璃陶瓷受粉体粒度的影响,在光固化打印工艺、结构、力学性能和生物性能等方面存在较大的差异。本文以光固化3D打印过程中粒度的变化为切入点,制备了两种不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷浆料,分别对生物玻璃陶瓷浆料的稳定性、流变特性和固化特性进行了表征,根据TG-DSC曲线绘制了脱脂烧结曲线并对骨支架的表面质量、结构和力学性能进行了评价,最后通过颅骨修复试验对降解性能进行了分析。结果表明:小粒度粉体的浆料稳定性较好,黏度较高,对应的固化厚度和过固化宽度也较小;小粒度粉体制备的骨支架表面质量、结构致密化程度和弯曲强度均优于大粒度粉体制备的骨支架,但降解速率较低,植入体内2个月后有新骨长入骨支架孔隙。本研究对不同粒度粉体的生物玻璃陶瓷骨支架制备具有指导意义,有助于推动基于粒度分布的梯度可控降解骨支架的开发和应用。     

溶胶-凝胶法制备生物玻璃陶瓷涂层的发展

介绍了目前制备生物玻璃陶瓷涂层的方法,总结了溶胶-凝胶技术的优缺点,重点介绍了国内外关于溶胶-凝胶法在制备生物玻璃陶瓷涂层中研究的现状.     

Preparation and properties of porous ceramics from nickel slag by aerogel gelcasting

To further resource industrial solid waste, porous ceramics with high porosity were prepared by a gelcasting method using nickel slag and kaolin as raw materials and hydrophilic nontoxic SiO₂ aerogel as a gelling agent. The effects of nickel slag content, dispersant and solid content on the properties and microstructure of porous ceramics were investigated in detail in terms of density, compressive strength, porosity, phase composition and micromorphology. The results confirmed that a certain amount of nickel slag can effectively improve the porosity of porous ceramics, while the addition of dispersant can promote the flow of the slurry, enhanced the denseness of the raw billet and significantly improved the compressive strength. However, its excessive use had a negative effect on the ceramic density and porosity. At the same time, the solid content played a key role in the performance of porous ceramics prepared by gelcasting, and too much solid content was also not conducive to the generation of pores. When the nickel slag content was 55%, the amount of dispersant was 2%, and the solid content was 60 vol%, the porous ceramic had a better overall performance, the density of the porous ceramic was 510 kg/m³, the compressive strength was 1.3 MPa, and the porosity reached 80.1%. The major crystalline phases of porous ceramics prepared by nickel slag were cordierite and anorthite.     

New consolidation process inspired from making steamed bread to prepare Si3N4 foams by protein foaming method

A new consolidation process had been developed for preparing Si₃N₄ ceramic foams by using protein foaming method, which was inspired from the preparation of steamed bread. The main advantage of this consolidation process was no crack development during foamed slurry consolidation process. By using this new consolidation, Si₃N₄ ceramic foams with open porosities of 79.6–87.3% and compressive strength of 2.5–22 MPa were prepared. Protein addition and solid content on mechanical properties and pore structures of the as-prepared ceramic foams were investigated. Results indicated that the open porosity decreases with protein addition and solid content while compressive strength increased with solid content. With the increase of solid content, pores of the ceramic foams became regular in shape and uniform in size while both size and number of windows on the walls decreased.     

红柱石基刚玉-莫来石复相陶瓷的显微结构及性能

以红柱石颗粒为主要骨料,辅以莫来石颗粒和刚玉颗粒,硅微粉、铝微粉为基质料,经混合、困料及成型后,经不同温度下烧成4h,制得莫来石基刚玉-莫来石复相陶瓷,分析了烧成温度对复相陶瓷的物相组成、显微结构、烧成性能、力学性能及热学性能。结果表明:红柱石在高温下转化成针状和柱状莫来石改善复相陶瓷的烧成性能和抗热震性能;在1480℃烧成时,红柱石刚玉-莫来石复相陶瓷具有优越性能,其抗折强度为15.4MPa,耐压强度为91.6MPa,热膨胀系数为5.5×10-6/K,1100℃下水冷的抗热震次数达到99次。     

3D打印氧化硅陶瓷的制备及性能研究

随着陶瓷3D打印技术的发展,3D打印高性能陶瓷越来越受关注,在航空航天领域得到快速应用.通过研究分散剂、浆料pH、氧化硅粉体粒径和固相含量对浆料粘度和流动性的影响,可制备出粘度低、固相含量高、流动性好的陶瓷浆料.测试了不同固相含量对SiO2陶瓷的弯曲强度、烧成收缩率、气孔率和致密度的影响.结果表明:在68vol%的固相含量条件下,烧结后SiO2陶瓷的致密度达到74.32%,烧成收缩率为0.95%.     

光固化ZrO2陶瓷料浆的流变性能研究

围绕陶瓷粉体在光敏树脂中的分散,研究了粉体性质、分散剂种类及其掺加量、固含量对光固化ZrO₂陶瓷料浆流变性能的影响。结果表明:粉体性质对料浆的流变性能有着显著影响,比表面积小、球形度高的ZrO₂陶瓷粉体更有利于配制低粘度、高固含量的料浆;料浆的流变性能以及稳定性主要受分散剂种类及其掺加量的控制,以相对粉体质量4%的X-100分散剂制备的陶瓷料浆的流变性及稳定性更佳;固含量与粘度之间的关系满足Krieger-Dougherty模型。本文对分散剂的作用机理进行了分析探讨,为光固化ZrO₂陶瓷料浆高精度固化成型提供了试验基础。     

用硅烷偶联剂处理生物玻璃表面及其复合支架的制备

为了改善溶胶-凝胶生物活性玻璃与高分子材料的相容性,用硅烷偶联剂氨丙基三乙氧基硅烷对生物活性玻璃进行表面处理,并用X射线光电子能谱对处理后的生物活性玻璃的表面进行元素分析.结果表明:偶联剂通过Si-O-Si键被引入到生物活性玻璃表面.用处理后的生物活性玻璃与壳聚糖-明胶复合制备了多孔支架.扫描电子显微镜观察发现:复合多孔支架的两相相容性好,界面结合紧密;支架的孔隙连通、排列规则.力学测试表明:改性后的溶胶-凝胶生物活性玻璃与壳聚糖-明胶制备的复合支架力学性能得到明显改善.     

壳聚糖/生物活性玻璃多孔复合支架的制备及界面增强作用

采用卵磷脂作为表面活性剂对溶胶-凝胶生物玻璃进行表面改性,并采用冷冻干燥法制备用于骨和软骨组织工程的壳聚糖/生物活性玻璃复合多孔支架(chitosan/bioglass porous composite scaffolds,CS/BGS),观察CS/BGS的显微形貌并测定抗压强度,探讨生物玻璃的表面改性对CS/BGS显微结构及力学强度的影响。研究表明:采用冷冻干燥法可以制备具有一定强度的三维连通的CS/BGS,且孔隙率达到90%以上。通过对生物玻璃表面改性可以在一定程度上提高CS/BGS的抗压强度。     

Ice-mould freeze casting of porous ceramic components

Porous, hollow ceramic components were produced by freeze casting technique. For this purpose aqueous slurries with high solid contents were prepared which were stable against freezing down to at least −5 °C. Ice cores were made by coating steel components with freezing water which were subsequently dip-coated with the ceramic suspensions. After freeze drying which removes both, the ice core and the frozen suspension liquid, and sintering, ceramic components with a high amount of open porosity including steel parts could be achieved. As an example hydroxyapatite was used for showing the opportunities of the freeze casting technology among others for applications in the field of bone replacement. The influence of the solid content of the hydroxyapatite slurries on the ice crystal growth has been investigated by means of compact hydroxyapatite bodies which were prepared by freeze casting using ice moulds with cylindrical cavities.