MnO_2掺杂BaTi_4O_9陶瓷微波介电性能研究

采用传统固相反应法合成BaTi_4O_9粉体,复合掺杂质量分数为0~0.16%MnO_2,在空气气氛下常压烧结制备BaTi_4O_9陶瓷。研究了MnO_2对BaTi_4O_9陶瓷的相组成、微观形貌、烧结特性及介电性能的影响。X射线衍射分析和扫描电子显微镜观察表明,Mn完全固溶到BaTi_4O_9陶瓷中;随着MnO_2掺杂量的增加,晶粒更加均匀,BaTi_4O_9陶瓷更加致密,介电常数略微降低,品质因数和谐振频率温度系数先显著提高继而降低;MnO_2掺杂BaTi_4O_9陶瓷发生Ti位取代,高温烧结时在一定程度上抑制了Ti~(4+)还原为Ti~(3+),从而改善BaTi_4O_9陶瓷微波介电性能。在烧结温度1250℃,保温时间4 h,掺杂MnO_2质量分数为0.08%时,BaTi_4O_9陶瓷微波介电性能最优,介电常数(εr)为34.56,品质因数(Q·f,中心频率5 GHz)为49097,谐振频率温度系数(τ_f)为14.997×10~(-6)/℃,相对密度最大,达97%。     

MgTiO_3-CaTiO_3系微波陶瓷介电性能的研究

以分析纯的MgO、TiO_2、CaTiO_3为初始原料,采用固相法制备(1-x)MgTiO_3-xCaTiO_3(摩尔分数x=0.01~0.10)系列微波介质陶瓷材料,研究添加CaTiO_3后,体系的晶体结构、显微结构、微波介电性能之间的变化规律。研究表明,随着CaTiO_3掺杂量的增加,陶瓷的体积密度、介电常数和谐振频率温度系数不断增大,而体系的品质因数呈下降趋势。当掺杂7%(摩尔分数)CaTiO_3时,陶瓷在1 400℃烧结4 h可获得近零的频率温度系数,τ_f=0.652×10~(-6)/℃,品质因数Q×f=38 753 GHz,介电常数ε_r=19.45。     

掺杂不同质量分数Y_2O_3、MgO对Al_2O_3陶瓷显微结构及介电性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备了不同质量分数Y_2O_3单独掺杂及不同质量分数Y_2O_3、MgO共同掺杂的Al_2O_3陶瓷,研究了烧结助剂掺杂质量分数对Al_2O_3陶瓷显微结构及介电性能的影响。结果表明,孔隙率是影响Al_2O_3陶瓷介电性能的主要因素;单独掺杂质量分数为0.25% Y_2O_3时,Al_2O_3陶瓷得到最优的介电性能,介电常数(ε_r)为9.5±0.2,介质损耗(tanδ)稳定在10~(-3)数量级以内;同时掺杂Y_2O_3和MgO能进一步改善其介电性能,当两者质量分数均为0.25%时,得到最优值,介电常数(ε_r)为10.3±0.2,介质损耗(tanδ)稳定在8×10~(-4)以下。     

ZnO-B_2O_3掺杂陶瓷的微观结构和微波介电性能

研究了ZnO-B_2O_3(ZB_2)对(Ca_(0.254)Li_(0.19)Sm_(0.14))TiO_3陶瓷的烧结行为和微波介电性能的影响。结果表明:ZnO-B_2O_3添加质量分数为3%时,试样的相对密度达到最大值;烧结温度从1 300℃降低到1 100℃时,试样的微波介电性能没有衰减。添加3%ZB_2(质量分数)的(Ca_(0.254)Li_(0.19)Sm_(0.14))TiO_3陶瓷在1 100℃烧结3 h呈现出较好的微波介电性能,介电常数ε_r=108.2,品质因数Q_f=6 545 GHz,共振频率温度系数τf=6.5×10~(-6)/℃,表明ZB_2是一种有效改善(Ca_(0.254)Li_(0.19)Sm_(0.14))TiO_3陶瓷致密性和微波介电性能的烧结助剂。     

CaO–Al2O3–SiO2复合烧结助剂添加量对ZrO2/Al2O3复相陶瓷性能的影响

以Al(NO₃)₃·9H₂O、Ca(NO)₂·4H₂O、C₈H₂₀O₄Si为原料, 采用高分子网络法制备出成分均匀、粒度分布为3~7μm、高活性的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂; 将质量分数为3%、5%、7%、9%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂添加到Al₂O₃和ZrO₂原料粉体中, 经干压成型, 在1450℃烧结温度、保温4h的工艺条件下进行常压烧结制备得到ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷试样, 研究烧结助剂添加量对复相陶瓷力学性能和显微组织结构的影响。结果表明:当添加质量分数为5%的CaO–Al₂O₃–SiO₂复合烧结助剂时, ZrO₂/Al₂O₃复相陶瓷的综合性能最达到佳, 相对密度为94%, 显微维氏硬度为1204 MPa, 抗弯强度为321 MPa, 断裂韧性为4.52 MPa·m1/2。     

烧结助剂Al_2O_3与Y_2O_3对固态锂离子电解质LLZO的锂离子电导率的影响

以Li_2CO_3,La_2O_3和ZrO_2为原料,分别添加Al_2O_3和Y_2O_3作为烧结助剂,制备锂离子固态电解质xAl_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)和xY_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)(分别简称为xAl_2O_3-LLZO和xY_2O_3-LLZO。x为摩尔分数,x=0,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5),研究Al_2O_3和Y_2O_3的添加量对LLZO的结构与锂离子电导率的影响。结果表明,在1 150℃烧结15 h时,Al_2O_3和Y_2O_3这2种烧结助剂都能稳定立方相石榴石结构LLZO。当Al_2O_3过量时,产生LaAlO_3杂相,当Y_2O_3过量时,产生Li_2ZrO_3和YO_(1.458)杂相。0.2Y_2O_3-LLZO在1100~1200℃范围内能形成稳定的立方相石榴石结构LLZO,并且在1 150℃烧结27 h不发生分解反应;LLZO的致密度和锂离子电导率都随烧结助剂含量增加而先增加后减小,Al_2O_3和Y_2O_3的最佳添加量x分别为0.2和0.3,所得0.2Al_2O_3-LLZO的致密度与离子电导率分别为94%和1.78×10~(-4)S/cm,0.3Y_2O_3-Li_7La_3Zr_2O_(12)的致密度与离子电导率分别为96%和5.23×10~(-4)S/cm。     

精炼钢包用Al_2O_3-MgO-CaO系复相耐火材料的研发

为适应精炼钢包用耐火材料轻量化的发展需要,采用两步烧结法向Al_2O_3-MgO-CaO系复相耐火材料中添加La_2O_3,并对该耐火材料的抗LF精炼渣侵蚀性能进行了研究。结果表明,添加的La_2O_3优先固溶入Al_2O_3-MgO-CaO系复相耐火材料的晶相CaO·6Al_2O_3中,促使CaO·6Al_2O_3晶胞产生晶格畸变,有效抑制了CaO·6Al_2O_3晶粒沿基面的异常长大,进而有效地促进了Al_2O_3-MgO-CaO系复相耐火材料的烧结致密化。当添加La_2O_3的质量分数为4%,在1600℃保温2h烧成后,试样的气孔率由占总体积分数的19.2%下降至6.1%,体积密度由2.78g/cm3上升至3.18g/cm3,制得了含MgO·Al_2O_3、CaO·2Al_2O_3、CaO·6Al_2O_3晶相且呈现交织分布、显微结构致密的Al_2O_3-MgO-CaO系复相耐火材料,其抗LF精炼渣侵蚀性能与同等致密度的Al_2O_3-MgO质耐火材料相当。     

高铝精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响

本文以国内某厂重轨钢U71Mn为例,开展了不同Al_2O_3质量分数精炼渣对重轨钢中夹杂物的影响研究.研究结果表明:在实验室条件下,钢中全氧质量分数随着精炼渣中CaO/SiO_2的增加逐渐降低,钢中夹杂物的平均直径随渣中Al_2O_3质量分数的增加先减小后增大.夹杂物中氧化铝质量分数随着渣中Al_2O_3质量分数降低而降低,当渣中Al_2O_3质量分数低于30%时,精炼渣中Al_2O_3质量分数对夹杂物中氧化铝质量分数影响不大.试样中较大尺寸夹杂物均是以Al_2O_3·MgO为核心的包裹型夹杂,部分试样在Al_2O_3·MgO外侧包有少量的SiO_2,并随着渣中CaO/SiO_2值增加而逐渐减少.夹杂物最外侧为硫化物包裹层,且随着CaO/SiO_2增加包裹范围逐渐变小.     

MgO和烧结温度对Al_2O_3陶瓷致密化过程的影响

以高纯α-Al_2O_3粉体为原料,MgO为烧结助剂,采用放电等离子烧结技术(SPS)制备氧化铝陶瓷。研究了MgO添加量和烧结温度对氧化铝陶瓷致密化过程及显微结构的影响,并分析了烧结过程中气孔的扩散与演变。结果表明:添加适量MgO可以降低氧化铝陶瓷的烧结温度,抑制晶粒长大,提高致密度,0.25%(质量分数)是MgO的最佳添加量;随着烧结温度的升高,晶粒逐渐长大,气孔率降低,1 550℃为最佳烧结温度;在此条件下获得的微米晶氧化铝陶瓷,其相对密度达到99.96%,平均晶粒尺寸约为3μm,且晶粒大小均匀,几乎无异常长大现象。     

氧化铝基微波陶瓷材料的制备及性能研究

采用常压烧结法制备氧化铝陶瓷样品,通过添加CaO-MgO-SiO2(CMS)烧结助剂来降低氧化铝陶瓷的烧结温度。通过设计实验改变烧结助剂的配比来研究其对氧化铝陶瓷性能的影响,以制备出高致密度、介电常数稳定、介电损耗低的氧化铝陶瓷。利用D/MAX-2000/PC型X射线衍射仪来分析氧化铝陶瓷的相组成,利用S-4800型场发射扫描电子显微镜来观察氧化铝陶瓷的微观形貌,利用6500B精密阻抗分析仪测试氧化铝陶瓷的介电性能。结果表明:当MgO的添加量为0.3%(质量分数,下同),当CaO的添加量为1.0%时,样品的介电性能最好(介电常数εr≈9.5,介电损耗tanδ10-4),其致密度也较高(表观密度达3.7 g·cm-3)。     

凝胶注模工艺制备闭孔多孔Al_2O_3基陶瓷

以亚微米Al_2O_3粉末为原料,Mg O为掺杂剂,Si C为高温发泡剂,利用Al_2O_3基陶瓷在高温下具有超塑性变形能力的特点,采用凝胶注模工艺制备了闭孔多孔Al_2O_3基陶瓷.研究了不同Si C含量对Al_2O_3基陶瓷烧结密度、开口气孔率、闭口气孔率及微观结构的影响,考察了Al_2O_3基陶瓷的物相组成及气孔孔径的分布和大小,并且与传统的球磨混合工艺进行了对比.研究结果表明,坯体中Mg O与Al_2O_3反应完全,多孔陶瓷的物相组成为Al_2O_3和Mg Al2O4,并伴有少量的SiO_2晶相存在.随着Si C含量的增加,其烧结密度和开口气孔率逐渐降低,闭口气孔率逐渐增加.与球磨混合工艺相比,凝胶注模工艺制备的Al_2O_3基陶瓷中闭口气孔的孔径大小和分布更加均匀.     

不同温度下铝硅含量对南非矿烧结性能影响的研究

采用微型烧结试验,在两种温度下,研究了SiO_2,Al_2O_3含量对南非矿烧结性能影响。分析结果表明:当温度控制在1325℃时,烧结试样体积收缩率和抗压强度较好。随SiO_2和Al_2O_3含量的增加,烧结矿抗压强度呈先升高后降低趋势,当SiO_2含量为5.6%时抗压强度最大,当Al_2O_3含量为2.5%时抗压强度最大。     

烧结工艺对涂覆法制备Y-Ce-La-TZP陶瓷微观结构与力学性能的影响

采用新型涂覆法,将Y(NO_3)_3、Ce(NO_3)_3和La(NO_3)_3混合溶液涂覆于Zr O_2表面,制备多元稀土共掺杂的Zr O_2陶瓷粉体,再通过无压烧结制备1.5Y-5.5Ce-0.3La-TZP(摩尔分数,%)块体材料,研究烧结温度、保温时间和升温速率对Zr O_2陶瓷相对密度、显气孔率、线收缩率、相变转化、力学性能以及显微组织的影响。结果表明:随烧结温度升高,单斜相Zr O_2含量减少,当烧结温度为1 550℃时,单斜相含量几乎为0,四方相的稳定化程度达到最大;在1 200～1 450℃烧结温度下,降低升温速率有利于陶瓷的烧结致密化。在1 550℃保温90 min的Zr O_2陶瓷的相对密度、抗弯强度、硬度(HV_(10))以及断裂韧性均达到最大,分别为98.8%、1 001.3 MPa、1 124.3和10.81 MPa·m~(1/2)。     

烧结矿中复合铁酸钙形成影响因素

以现场烧结矿成分为基础,在实验室条件下,应用干粉压块、焙烧方法,并结合X射线衍射、光学显微镜和扫描电子显微镜来分析烧结温度、二元碱度及Al_2O_3质量分数对铁酸钙组成和结构的影响。结果表明,烧结矿中铁酸钙组成多为多元系复合形式。烧结温度升高,复合铁酸钙结构由板片状逐渐向针状发展,在1 260℃时,针状复合铁酸钙及总铁酸钙质量分数最高,分别达到24.15%、44.21%,烧结矿矿相结构呈明显熔蚀状。二元碱度主要决定了针状复合铁酸钙的生成量,其质量分数随着碱度的升高而增大,高碱度下硅酸盐相增多。Al_2O_3主要影响板状复合铁酸钙的生成量,适当提高Al_2O_3的配比有利于形成针状复合铁酸钙。w(Al_2O_3)为3%和4%条件下,复合铁酸钙呈现板片状,强度降低。最佳烧结温度为1 260℃,二元碱度为2.0,w(Al_2O_3)为2%。     

高钛型高炉渣熔化性温度影响因素分析

针对增加钒钛磁铁矿使用比例渣中TiO_2质量分数提高后,对二元碱度以及MgO、TiO_2和Al_2O_3质量分数等对高钛型高炉渣熔化性温度的影响进行了分析。结果表明,在二元碱度为0.9~1.3、MgO质量分数为7.00%~13.00%、TiO_2质量分数为21.00%~25.00%、Al_2O_3质量分数为13.00%~16.00%、其他组元不变的条件下,随着二元碱度、MgO质量分数升高,熔化性温度升高;随着TiO_2质量分数升高,熔化性温度先升高后降低;随着Al_2O_3质量分数升高,炉渣熔化性温度降低。二元碱度可以在较大范围内变化,对炉渣熔化性温度的调控作用最明显;MgO、TiO_2和Al_2O_3的质量分数只能在较小的范围内变化,对炉渣熔化性影响不显著。在渣中TiO_2质量分数为21.00%~25.00%的条件下,炉渣二元碱度不宜超过1.15,三元碱度不宜超过1.60,否则炉渣熔化性温度将显著升高。     

Al_2O_3、MgO交互作用对复合铁酸钙生成影响机理

为了探索复合铁酸钙的生成机制以优化烧结工艺,提高烧结矿质量,采用相平衡法研究了准化学平衡条件下Al_2O_3与MgO在烧结中的行为。结果表明,Al_2O_3和MgO的共同存在有利于复合铁酸钙(silico-ferrite of calcium and alminum,简称SFCA)的生成,但存在着交互作用,MgO促进赤铁矿分解生成磁铁矿,Al_2O_3的存在可抑制MgO的作用,减少磁铁矿生成,尤其在Al_2O_3质量分数较高时,MgO促进磁铁矿生成能力降低,促进SFCA生成作用增强。当MgO质量分数为2%时,添加质量分数2%的Al_2O_3矿相中磁铁矿质量分数快速降低,SFCA质量分数快速增加;随着Al_2O_3质量分数升高,SFCA晶面间距减小,晶体结构稳定性增强,有利于SFCA的生成;Al_2O_3质量分数超过3%后,孔洞结构增多,SFCA质量分数增加变缓,磁铁矿质量分数呈降低趋势,赤铁矿质量分数有升高趋势。     

氧化钇陶瓷的热压烧结和耐蚀行为

采用热压烧结法制备氧化钇(Y_2O_3)陶瓷材料,并在1200℃氯化钙熔盐体系中进行腐蚀试验。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、等离子发射光谱仪等表征手段测试分析烧结试样的物相组成和显微结构以及腐蚀试样表层元素分布和熔盐中钇的溶出率。研究热压烧结温度对Y_2O_3陶瓷试样烧结行为和耐熔盐腐蚀性能的影响,探讨Y_2O_3陶瓷材料的熔盐腐蚀行为。结果表明,随着热压烧结温度的提高,Y_2O_3陶瓷的体积密度增加;1500℃热压烧结Y_2O_3陶瓷的相对密度达到96.82%,1200℃氯化钙熔盐腐蚀10 h,熔盐渗透深度大约在220 um左右,熔盐中Y溶出率为1.1 mg/g。     

MgO/Al_2O_3比对铁矿粉烧结液相生成的影响

本文采用Fact Sage热力学软件模拟计算了不同MgO/Al_2O_3比的铁矿粉烧结过程液相生成行为,并且通过试验研究了MgO/Al_2O_3比对含高岭土型和三水铝石型Al_2O_3混合料液相生成特征温度的影响规律。结果表明:烧结液相量随温度升高而增多;MgO/Al_2O_3比从0.5增大到1.8,烧结混合料有效液相开始生成温度降低,有效液相生成终止温度略有升高,完全熔化温度区间增加;适宜的MgO/Al_2O_3比,有利于提高烧结液相生成量。     

镁基六铝酸镧陶瓷强化烧结和熔盐腐蚀行为

采用二步固相高温烧结法制备镁基六铝酸镧(LaMgAl_(11)O_(19))陶瓷材料,并在1050℃稀土氟化物熔盐体系中进行腐蚀试验。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、EDX能谱仪等表征手段测试分析烧结试样的物相组成和显微结构以及腐蚀试样的物相组成、表层形貌和元素分布。研究烧结温度对LaMgAl_(11)O_(19)陶瓷试样微观组织和耐熔盐腐蚀性能的影响,探讨LaMgAl_(11)O_(19)陶瓷材料的熔盐腐蚀行为。结果表明,随着烧结温度的提高,LaMgAl_(11)O_(19)陶瓷相对密度增加,腐蚀样中稀土氟化物特征熔盐CeF_3渗透量减少;1700℃烧结后,陶瓷体相对密度为87.6%,1050℃混合稀土氟化物熔盐电解质体系腐蚀24 h,腐蚀样中CeF_3质量分数为2.37%;熔盐腐蚀层厚度约为30μm左右。     

添加剂CaO、Al_2O_3和Cu_2O对铜渣黏度的影响

调控铜渣黏度是提高铜渣贫化效果、促进渣-铜分离的关键因素,本文通过采用高温黏度计测定铜熔渣的黏度,研究了添加剂CaO、Al_2O_3和Cu_2O在不同温度下对铜渣黏度的影响规律。研究结果表明:在相同温度条件下,铜渣的黏度随CaO含量的增加先降低后升高,当CaO含量增加到6%时,铜渣的黏度降至最低,当CaO含量达到7%时,CaO与渣中物质生成难熔化合物,导致渣黏度升高;在渣贫化过程中,Al_2O_3被认为是一种酸性物质,加入Al_2O_3可形成高熔点化合物并提高铜渣的液相温度,从而导致铜渣黏度的增加;在渣贫化过程中,Cu_2O与渣中的Fe~(2+)离子反应生成Fe_3O_4,使铜渣黏度增加;随着添加剂Al_2O_3和Cu_2O含量的增加,改变了铜渣物相组成,提高铜渣的黏度流变表观活化能。