烧结温度对ZrB2-SiC超高温陶瓷致密化的影响

利用放电等离子烧结技术（SPS）在不同的烧结温度下对ZrB2-SiC超高温陶瓷进行烧结，研究了烧结温度对烧结体致密化的影响。结果表明，在烧结温度分别为1650℃、1750℃、1850℃和1950℃，升温速度为200℃／min，保温时间为1min，压力为50MPa时，随着烧结温度的提高，烧结体的致密度呈上升趋势。当烧结温度高于1850℃时，烧结体的致密化过程明显加剧；通过对不同烧结温度下制得的试样的XRD谱图分析发现，当温度高于1850℃时ZrB2-SiC陶瓷中的SiC相会发生3C相到4H相的转变，这可能就是当烧结温度高于1850℃时烧结体致密度会急剧上升的原因。     

烧结助剂对高气孔率SiC陶瓷结构和性能的影响

由叔丁醇、丙烯酰胺和SiC粉及烧结助剂组成固相含量为10%(体积分数)的陶瓷浆料,采用凝胶注模成型和无压烧结工艺制备多孔SiC陶瓷,研究Al2O3和Al2O3+SiO2这两种烧结助剂体系对多孔SiC陶瓷的气孔率、显微结构和力学性能的影响。结果表明:Al2O3+SiO2复合烧结助剂明显改善SiC陶瓷的烧结性能,与采用单一的Al2O3烧结助剂相比,SiC样品的烧结温度和莫来石的生成温度均降低50℃左右;两种不同的烧结助剂制成的试样中的气孔均呈很窄的单峰分布,中位孔径为2μm左右;随烧结温度的升高压缩强度增大,而气孔率变化不大;以Al2O3+SiO2为烧结助剂、在1 400℃烧结的试样的气孔率和强度分别达到70.57%和17.74 MPa。     

α-Si3N4陶瓷的液相烧结及其介电性能

以MgO、Al2O3和SiO2作为烧结助剂，采用放电等离子烧结（SPS）方法制备密度可控的α-si3N4陶瓷材料。讨论了SPS方法制备α-Si3N4陶瓷材料的烧结行为和烧结机理，以及烧结助剂添加量和烧结温度等影响因素与材料密度的关系。结果表明：当烧结温度为1400-1500℃，烧结助剂添加量为9％～28．5％（质量分数，下同）时，可以制备出密度可控，且密度变化范围为2．48～3．09g／cm^3的α-Si3N4陶瓷材料，试样的主相为α-Si3N4，烧结机理为SPS低温液相烧结，材料在频率为1MHz时的介电常数为5～7．5，与密度关系密切。     

ZrB2-20％SiC超高温陶瓷抗热震性能研究

采用放电等离子烧结工艺在1850℃烧结温度、升温速度200℃／min、保温3min、压力50MPa条件下制备了ZrB2—20％SiC（体积分数，下同）超高温陶瓷材料。通过不同温度下单次和5次重复热震（水淬试验）后测试材料的残余强度来评价ZrB2一SiC陶瓷材料的抗热震性能，通过SEM分析研究材料的热震损伤机制。研究结果表明，随着热震温度的提高，ZrB2-SiC材料热震后的残余强度逐渐降低，但1400℃热震后形成的玻璃相，对裂纹有修补、愈合的作用，提高了试样的残余强度。单次热震的损伤机制主要是微裂纹的产生。5次热震后试样的残余强度与相同温度下的单次热震相比要低很多，5次热震的损伤机制是氧化和微裂纹的共同作用。ZrB2-SiC材料的抗热震试验结果显示了该材料具有优异的抗热震性能。     

烧结助剂对HfB2-SiC基超高温陶瓷组织和性能的影响研究

采用热压烧结工艺制备出HfB2—20％SiC（HS）、HfB2-20％SIC-5％Si3N4（HSS）和HfB2—20％SIC-5％AIN（HSA）（体积分数，下同）3种超高温陶瓷基复合材料，对材料进行了微结构表征和力学性能测试，并对Si3N4、AIN烧结助剂的作用机理进行了初步分析。结果表明，与HfB2—20％SIC相比，Si3N4和AIN烧结助剂的引入使材料的烧结温度从2200℃降低到1850℃，相对密度从95％提高到99％左右。材料的平均晶粒尺寸显著降低，形成了相应的晶粒边界相。力学性能测试结果表明，HfB2—20％SiC-5％Si3N4和HfB2—20％SiC-5％AIN的抗弯强度和断裂韧性均比HfB2—20％SiC获得一定程度的提高。烧结助剂的引入使SiC／HfB2超高温陶瓷材料的断裂模式从单纯的穿晶断裂转变为穿晶／沿晶混合的断裂模式。     

Ti3SiC2／Y-3TZP陶瓷复合材料可加工性能研究

以Ti3SiC2（10％～50％，体积分数，下同）和3Y-TZP粉为原料，采用等离子体放电烧结（SPS）方法，在外加应力50MPa，烧结温度1300℃条件下，制备了Ti3SiC2／3Y-TZP陶瓷复合材料。研究了Ti3SiC2含量对复合材料的力学性能和可加工性能的影响。实验结果表明，当Ti3SiC2含量大于30％时，复合材料表现出了良好的可加工性能。分析认为，Ti3SiC2材料的微观结构特征和多重能量吸收机制起到了重要作用。     

C／C复合材料Mo-Si-N抗氧化涂层的制备

在C／C复合材料表面采用熔浆法制备Mo—Si系涂层的烧结过程中通入氮气，开发了Si3N4．MoSi2／Si—SiC（Mo-Si-N系）多层抗氧化涂层，并初步考察了涂层的抗氧化性能。结果表明，多层涂层的致密性主要受制于起始氮化温度。只有在Si熔点以上通入氮气，才能获得致密无缺陷的涂层。多层涂层的底层为SiC，外层为Si3N4，中间层为MoSi2／Si。这种多层涂层的抗氧化性能与涂层中MoSi2的含量有关；MoSi2含量为30％（体积分数，下同）和40％时，与真空中合成的Mo-Si涂层相比，高温抗氧化性能显著改善，抗氧化温度提高到1400℃～1450℃。     

SiC陶瓷的SPS烧结机理研究

利用放电等离子烧结炉在不同温度下对SiC陶瓷进行烧结，烧结温度分别为1250、1450、1650、1850℃，升温速度均为200℃／min，升到温度后立即冷却。基于烧结后SiC陶瓷的扫描电镜观察，对SiC陶瓷的放电等离子烧结机理进行了初步探讨。研究结果表明，随着烧结温度的提高，SiC陶瓷的致密化程度逐渐提高，在1250℃和1450℃烧结的试样微观组织中很难发现烧结现象，但在小颗粒间发生局部的烧结痕迹，在1650℃烧结的试样微观组织中存在小颗粒的烧结现象，大颗粒间仍然没有烧结，颗粒形貌基本保持原始粉末的形貌，而在1850℃烧结的试样微观组织中存在大量的烧结颈现象，而且颗粒形貌呈球形。因而SiC陶瓷的放电等离子烧结机理可能是低温下的焦耳热烧结机理和高温下的放电和焦耳热共同作用机理。     

放电等离子体烧结原位制备SiC-TiC-Ti3SiC2复合材料

采用Ti，Si，C以及少量的Al，应用放电等离子体烧结设备，在1350℃烧结得到不含有TiC的SiC—Ti3SiC2复合材料，其中SiC理论体积含量为50％。材料表面气孔率为2．72％。材料的硬度为10．09GPa，断裂韧性为5．66MPa·m^1/2，硬度低的原因是由于材料不够致密。提高烧结温度到1450℃，XRD结果表明材料中有了TiC的存在，这说明提高烧结温度以后，Ti3SiC2发生了分解。但是材料表面气孔率为0．64％，材料的硬度达到了18．07GPa，同时，材料的断裂韧性值达到了6．30MPa·m^1/2。实验表明，仅提高烧结温度100℃，使Ti3SiC2部分分解得到TiC，就能够提高材料的硬度和断裂韧性。     

SiC（Cu）／Fe复合材料制备工艺研究

采用非均相沉淀法制得Cu包裹SiC复合粉体，利用粉末冶金和常压烧结制备SiC（Cu）／Fe复合材料。利用Zeta电位仪、XRD，EDS以及SEM等手段对包裹粉体和烧结样品进行了分析。结果表明，采用非均相沉淀法可以得到Cu／SiC复合粉体。包裹后的粉体与原始SiC粉体的表面电位不同，达到了对SiC颗粒表面改性的目的。Cu作为过渡层改善了SiC／Fe的界面相容性，在1050℃烧结的样品只有微量的FeSi或Fe2Si生成，界面反应得到有效控制，获得化学结合的界面，温度过低不能烧结致密，温度过高出现大量缺陷。     

添加CeO2对BZN和BMZN微波陶瓷介电性能的影响

添加CeO2对BZN和BMZN微波陶瓷介电性能的影响表明，引入CeO2对BZN和BMZN陶瓷密度和微观形貌没有明显的影响，也不易造成第二相的形成；添加适量的CeO2能调节BZN和BMZN陶瓷的谐振频率温度系数在-10^-5／℃～＋10^-5／℃之间；CeO2对BZN陶瓷Qf值的影响不大，但会使BMZN陶瓷的Qf值明显降低；考虑电容率、Qf值和谐振频率温度系数三方面因素，获得较好性能的BZN和BMZN陶瓷性能如下：BZN＋0．75％CeO2，εr=39．45，Qf=51201GHz，τf=8．20×10^-6／℃：BMZN＋0．50％CeO2，εr=40．48，Qf=51381GHz，τf=12．7×10^-6／℃。     

Preparation and characterization of Mg-doped CaCu3Ti4O12 thin films

Mg-doped CaCu_3?xMg_xTi₄O₁₂ (x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2, at.%) thin films were prepared by a modified sol?gel method. A comparative study on the microstructure and electrical properties of Mg-doped CaCu₃Ti₄O₁₂ (CCTO) thin films was carried out. The grain sizes of the Mg-doped CCTO thin films were smaller in comparison to the undoped CCTO films. Furthermore, compared to undoped CCTO films, Mg-doped CCTO thin films obtained higher dielectric constant as well as excellent frequency stability. Meanwhile, Mg doping could reduce the dielectric loss of CCTO thin films in the frequency range of 10⁴?10⁶ Hz. The results showed that the Mg-doped CCTO thin films had the better electrical characteristics compared with the undoped CCTO films. The nonlinear coefficient of Mg-doped CCTO thin films at x=0.15 and x=0.1 was improved to 7.4 and 6.0, respectively.     

热透波材料技术研究进展

热透波材料技术是高超声速飞行器实现通讯与精确导航的关键技术,文章从热透波材料体系、热透波材料热电行为和高温电性能测试技术等方面对热透波材料及其相关技术的发展现状进行了简要介绍。在材料体系方面,石英陶瓷及二氧化硅基复合材料是目前应用的主要材料品种,多孔氮化物陶瓷及陶瓷基复合材料是未来发展的重要方向。在热电行为研究方面,对典型氧化物、氮化物、氮氧化物材料热电行为规律及杂质离子对材料热电行为的影响等方面的研究获得重要进展,并获得试验验证。在高温电性能测试方面,近年来突破了1600℃高温宽频测试关键技术,并获得了氧化硅熔融态介电性能实测数据,国外和国内已实现8MW／m^2热透波实时测试。     

Ca1-3xLn2xTiO3（x=0．13，0．2；Ln=La，Nd，Sm）高介微波介质陶瓷

探讨了烧结温度、组成和稀土元素对Ca1-3xLn2xTiO3（x=0．13，0．2；Ln=La，Nd，Sm）陶瓷的晶体结构、微波介电性能的影响。X射线衍射（XRD）分析表明，除Ca1-3xLn2xTiO3（x=0．2；Ln=Sm）陶瓷中含有少量的第二相（Sm2Ti2O7）外，其余Ca1-3xLn2xTiO3（x=0．13，0．2；Ln=La，Nd，Sm）陶瓷均形成了单一正交钙钛矿相。x=0．13的样品微波介电性能明显优于相应的x=0．2的样品。部分Ca1-3xLn2xTiO3（x=0．13，0．2；Ln=La，Nd，Sm）陶瓷微波介电性能如下：ε=119．6、Qf=10674GHz、τf=304．4×10^-6/℃（x=0．13、Ln=La）；ε=108．9、Qf=14919GHz、τf=236．2×10^-6／℃（x=0．13、Ln=Nd）；ε=101．3、Qf=14485GHz、τf=186．6×10^-6／℃（x=0．13、Ln=Sm）。     

氟化钙掺杂对钛酸锶钡陶瓷结构和介电性能的影响

研究了Ca F2掺杂对钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4Ti O3,BSTO)陶瓷的结构和介电性能的影响。采用传统烧结工艺制备了Ca F2掺杂的BSTO陶瓷,对其晶体结构、微观形貌和介电性能进行了研究。XRD结果显示,Ca F2掺杂BSTO陶瓷为钙钛矿结构,当掺杂量≥3%(质量分数)时,基体中出现第二相Ba Ca Ti O4。添加少量Ca F2(0.5%)可明显减小晶粒尺寸,随掺杂量继续增加,晶粒尺寸变化不明显。Ca F2掺杂降低了BSTO陶瓷的介电常数和介电可调性,减小了其介电损耗,提高了材料的综合使用性能。     

基于MEMS超级电容器的高介电常数CaCu3Ti4O12薄膜制备及电学特性研究

相对于电化学超级电容器,静电式电容器具有更高的功率密度和可靠性,但能量密度过低。本文提出制备基于高介电常数薄膜CaCu₃Ti₄O₁₂(CCTO)的高能量密度MEMS静电式超级电容器。首先,以硅片为基底,通过溶胶-凝胶法在不同烧结温度(700℃、800℃、900℃)下制备CCTO薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FE-SEM)对薄膜的形貌、组分和结晶状况进行表征,发现在800℃烧结温度下CCTO薄膜结晶状况最佳。然后,利用金属-绝缘层-半导体结构测试其I-V和C-V特性,计算得到薄膜的最大阈值电压和能量密度分别为47V和3.2J/cm₃。同时,首次对高介电常数介质膜中存在的介质充电现象进行了研究,并分析了介质充电对静电式超级电容器性能的影响。     

Bi掺杂对Ba_(6-3x)La_(8+2x)(Ti_(0.95)Zr_(0.05))_(18)O_(54)(x=2/3)陶瓷的烧结性能和介电性能的影响

采用传统固相反应法制备Ba6-3x(La1-mBim)8+2x(Ti0.95Zr0.05)18O54(x=2/3)微波介质陶瓷,研究Bi掺杂对Ba6-3xLa8+2x(Ti0.95Zr0.05)18O54(x=2/3)陶瓷的烧结性能、微观结构以及介电性能的影响。结果表明:当0m0.4时,Bi3+取代A1位的La3+生成单相类钨青铜型固溶体;当Bi3+的掺杂量超过这个范围时,La0.176Bi0.824O1.5作为第二相出现在固溶体中;Bi3+的掺入使Ba6-3xLa8+2x(Ti0.95Zr0.05)18O54(x=2/3)陶瓷的烧结温度从1400℃降低到1300℃,同时,其介电常数大幅度提高,谐振频率温度系数减小,但品质因数急剧减小;当m=0.05时,1350℃下保温2h烧结获得的陶瓷具有微波介电性能,εr=88.63,Q·f=4395GHz,τf=6.25×10-6/℃。     

微波陶瓷材料的自动校准测量

介绍了短路型平行板法测量微波陶瓷介质谐振器的原理、平行板法自动测量系统的硬件组成、自动化校准测试程序的流程图以及友好直观的测试界面；为提高测试数据的可靠性和精确性，该系统特别增添具有自动搜索判别正确谐振峰的功能，并采用2种不同的方法对平行金属板电导率进行标定，不仅完善系统的自动化测量程度，而且提高微波陶瓷材料的测试可靠性和精确性，可实现精确、自动地测量微波陶瓷材料的介电性能参数。     

放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术研究

为提高常规电火花深型孔加工的稳定性及工艺指标,提出了一种新的深型孔加工方法——放电诱导雾化烧蚀加工技术。采用"水基-氧气"高压气雾介质作为放电介质,对烧蚀燃烧反应具有冷却、抑制和分散放电作用,有效降低了烧蚀能量,保证了加工的平稳性。另外,放电间隙中分散的熔融金属与气雾介质的氧气继续充分燃烧,气雾介质吸收释放的能量而迅速气化,产生的爆炸效果对蚀除产物的排出有巨大的促进作用,蚀除产物呈现喷发式排出。因此,放电诱导雾化烧蚀深型孔加工技术不断引入了新的能量,并解决了排屑的难题。在本试验条件下,对于边长为4.4mm的方孔,加工深度可达70 mm以上,材料蚀除率约为内冲液电火花加工的5.45倍,电极质量相对损耗降低了82%。     

富钛BaO-TiO2（Ti／Ba=4-4．5）系微波介质陶瓷

采用固相反应法制备了富钛BaTi4＋xO9＋2x（x=0．0-0．50）微波介质陶瓷，探讨了TiO2含量以及烧结温度对物相组成和介电性能的影响。在1300～1350℃烧结BaTi4＋xO9＋2x陶瓷即可达到约98％的相对密度。当x≤0．28时，BaTi4＋xO9＋2x陶瓷为BaTi4O9单相。随TiO2含量的增加，BaTi4＋xO9＋2x陶瓷从BaTi4O9单相逐渐转变成以BaTi4O9为主相，同时出现TiO2和Ba2Ti9O20相，并且随烧结温度提高，TiO2含量较多的试样中出现更多的Ba2Ti9O20相。随TiO2含量的增加介电常数逐渐增大，而Qf值呈下降趋势。Qf值从x=0．0时的约40000GHz逐渐降低至x=0．50时的15000GHz。