新型高温陶瓷天线罩材料的研究进展

导弹天线罩是保护导弹导引头天线在恶劣的环境下能正常工作的一种装置,其性能直接影响导弹的制导精度.天线罩材料经历了如下发展路径:氧化铝陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基复合材料,并逐步向宽频带、多模通讯与精确制导方向发展.近年来,陶瓷基高速导弹天线罩技术发展十分迅速,重点介绍了高温陶瓷导弹天线罩的主要材料体系,并对各种体系陶瓷天线罩材料的特点及国内外研究现状进行了评述.     

高性能陶瓷的研究进展

随着材料科学的进步和新材料的开发,器件和系统逐步向小型化、集成化、多功能化和轻量化方向发展,推动了陶瓷材料向结构-功能一体化方向发展.这些发展和先进的制备技术、纳米材料和纳米技术的发展密不可分.介绍了几种重要的结构功能一体化材料的研究进展,包括超高温陶瓷和陶瓷基复合材料,新能源陶瓷,透明陶瓷,生物陶瓷和多孔陶瓷,探讨了材料的先进制备技术,并对材料在基础研究和制备科学上今后应予以关注的關鍵問題作了初步探讨.     

透明陶瓷研究现状及展望

透明陶瓷以其优异的综合性能已成为-种新型的、备受瞩目的功能材料.综述了透明陶瓷的国内外发展现状,探讨了影响透明陶瓷透光性的因素和制备工艺,并展望了透明陶瓷的应用前景.     

钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展

透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。     

阻隔薄膜在复合软包装材料中的应用与发展动向

按阻隔性的赋予方法对复合软包装材料进行了分类,对阻隔薄膜在复合软包装材料中的应用与开发历程进行了综述。通过对铝箔类、树脂类、透明蒸镀陶瓷类阻隔薄膜的市场动向与发展趋势进行分析,指出透明蒸镀陶瓷阻隔薄膜及其复合软包装材料将是今后环境适应型软包装材料开发的重要方向。     

陶瓷基透明防弹装甲研究进展

随着军用载具所受威胁的不断升级,对于驾驶舱的防护要求也在增加.传统以防弹玻璃为主的透明装甲已难以满足使用要求.更轻更薄的陶瓷基透明装甲正在逐渐成为主流选择.与其他防弹装甲相似,透明防弹装甲的主要研究方向包括:寻找性能更优的材料用于装甲组件;通过实验或计算机模拟对结构设计与弹道实验进行指导;更加深入地了解装甲材料所需的主要性能、系统整体性能以及整个系统各组件之间的相互影响.依据这一思路,本文首先简要综述了陶瓷透明防弹装甲研究较多的三种迎弹面陶瓷材料的优缺点、制备工艺以及各自的发展及应用水平,三种陶瓷中蓝宝石的静力学参数最优,而实际防弹效果则以多晶陶瓷更好,导致这一现象的原因主要是两类陶瓷碎裂模式的不同产生的弹丸-陶瓷相互作用效果的差异;然后对多晶陶瓷、单晶、玻璃三种类型材料高应变率下的裂纹扩展特性和防弹性能进行了讨论,高应变速率下材料裂纹扩展特性对冲击能量/速率是敏感的,多晶陶瓷是沿晶断裂和穿晶断裂的复合扩展方式,蓝宝石高能冲击下裂纹扩展特征类似多晶陶瓷,临界能量以下则以沿特定晶面的解理断裂为主;最后对透明防弹装甲各功能层的选材标准和结构设计原则进行了总结与展望,迎弹面优选高杨氏模量、高硬度的细晶粒多晶陶瓷材料,中间层选用具有良好的断裂韧度、高弯曲刚度以及将破碎控制在较小范围的能力的材料,背弹面要求材料具有一定的延展性和低密度的特点.各层之间需相互配合才能实现透明陶瓷装甲防弹效能的最大化.     

Nd3+离子掺杂YAG激光透明陶瓷的光谱性质及Judd-Ofelt理论分析

采用固相反应和真空烧结技术制备了掺杂浓度为1.0at%的Nd:YAG透明陶瓷样品,并测试了样品的吸收光谱和荧光光谱.样品在主吸收峰808nm处的吸收截面为3.10×10-20cm2,主荧光发射峰位于1064nm处,实测荧光寿命为257μS.应用Judd-Ofelt理论计算了Nd3 在YAG中的强度参数Ωλ(λ=2,4,6),跃迁的振子强度、自发辐射跃迁几率、辐射寿命、荧光分支比等光谱参数.最后计算得到Nd:YAG透明陶瓷中Nd3 :4F3/2→I11/2跃迁对应的受激发射截面大小为3.81×10-19cm2.结果表明: Nd:YAG透明陶瓷具有较大的受激发射截面和高的荧光量子效率(接近100%),是一种性能优良的激光材料.     

透明陶瓷研究和应用正处在快速发展前期

透明陶瓷的深入研究和实际应用正处于快速发展的前期,科学界应抓住时机,提升我国在这一前沿领域的国际地位,促进该领域相关高科技产品和高技术产业的发展。透明陶瓷不仅具有优异的透光性,其作为陶瓷所具有的高强度、高硬度、高透明度、耐腐蚀、耐高温等性能远优于一般光学材料,可用它制成各种用途的电．光、电．机军民两用器件,在节能、医学、激光、检测、勘探等方面均有广泛应用前景。高性能透明陶瓷是当前材料领域研究和应用的重要前沿方向。     

具有重要应用前景的新型发光材料：透明玻璃陶瓷

近年来,针对稀土掺杂的含氟化物纳米晶和含半导体量子点的系列透明玻璃陶瓷,开展了材料的制备技术、显微结构调控以及光谱性能研究。主要研究思路是通过探索晶化动力学,了解晶相形成机理,调控纳米复合结构;在结构-光谱特性关系研究的基础上,优化结构,改善发光性能。研究取得系列重要成果,通过结构调控,获得了若干种具有优异上转换或下转换发光特性、应用前景广阔的透明玻璃陶瓷材料,如:1.制备的含Tm/Er:YF_3透明玻璃陶瓷可实现宽带红外发射,发光峰最大半高宽达175nm,可完全覆盖1.4～1.7μm光通讯窗口,可望开发为优良光纤放大器材料。2.通过改变稀土掺杂种类和溶度,含Re:YF_3透明玻璃陶瓷可分别具有近紫外、蓝色、绿色、红色和近红外多色上转换发光。3.成功获得了含Er:CdS或Eu:ZnO半导体量子点的透明玻璃陶瓷,通过量子点向稀土离子的能量转移,可以增强稀土发光。这为发展优良半导体发光材料提供了新的思路。4.成功制备了含Er:NaYF_4纳米晶的透明玻璃陶瓷,该材料吸收红外光后通过上转换过程发射强的可见光,且通过改变稀土掺杂溶度可基本实现红色和绿色上转换发光强度比的全程调制。该材料在扩大硅太阳电池对阳光有效响应频...     

高技术陶瓷材料点缺陷化学和物理

无机材料点缺陷的研究具有基础性和前沿性特色,是当前高技术陶瓷发展中的一个新兴的技术支撑,具有诱人的应用前景,甚为世人瞩目.点缺陷结构与高技术陶瓷的物理和化学性能密切相关.本文就点缺陷能量、生成、缔合、点缺陷和界面间的互作用等化学和物理机制,点缺陷的电子学以及点缺陷工程研究中的最新进展等方面进行了综述.本文还就点缺陷对改善高技术陶瓷的电、磁、光、力和生物等性能所提供的美好前景进行了评述,以期有助于今后我国在无机材料领域原创性和开拓性研究的深入发展.     

真空烧结制备(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7高熵透明陶瓷

高熵陶瓷是近年来陶瓷材料研究的热点, 制备性能优异的高熵陶瓷是陶瓷材料的发展趋势。本研究采用燃烧法结合真空烧结制备出高熵透明陶瓷。测试结果显示燃烧法制备高熵(La_0.2Nd_0.2Sm_0.2Gd_0.2Er_0.2)₂Zr₂O₇粉体的平均晶粒尺寸为8 nm, 高熵粉体为无序的缺陷萤石结构。在真空炉中不同温度烧结的高熵陶瓷具有有序的烧绿石结构。烧结温度对高熵透明陶瓷的在线透过率影响不大, 最大透过率为74%(@1730 nm), 其透过率光谱中出现大量吸收峰。随着烧结温度的升高, 陶瓷的体积密度有所上升, 晶粒尺寸增大, 而维氏硬度逐渐降低。     

微波低温烧结制备氮化铝透明陶瓷

微波烧结(Microwave Sintering)是一种新型、高效的烧结技术, 具有传统烧结技术无可比拟的优越性. 本文在不添加任何烧结助剂的前提下, 采用高纯微米级氮化铝(AlN)粉, 在1700℃/2h的微波低温烧结工艺条件下制备出透明度较高的AlN透明陶瓷. 分析结果表明, 采用微波低温烧结工艺制备的AlN透明陶瓷晶粒尺寸细小(<10μm), 晶粒发育完善且分布均匀, 晶界平直光滑且无第二相分布, 从而证明用微波烧结可以实现AlN透明陶瓷的低温烧结.     

Superior Energy Storage Properties and Optical Transparency in K0.5Na0.5NbO3-Based Dielectric Ceramics via Multiple Synergistic Strategies

Eco-friendly transparent dielectric ceramics with superior energy storage properties are highly desirable in various transparent energy-storage electronic devices, ranging from advanced transparent pulse capacitors to electro-optical multifunctional devices. However, the collaborative improvement of energy storage properties and optical transparency in KNN-based ceramics still remains challenging. To address this issue, multiple synergistic strategies are proposed, such as refining the grain size, introducing polar nanoregions, and inducing a high-symmetry phase structure. Accordingly, outstanding energy storage density (W_total ≈7.5 J cm⁻³, W_rec ≈5.3 J cm⁻³) and optical transmittance (≈76% at 1600 nm, ≈62% at 780 nm) are simultaneously realized in the 0.94(K_0.5Na_0.5)NbO₃-0.06Sr_0.7La_0.2ZrO₃ ceramic, together with satisfactory charge-discharge performances (discharge energy density: ≈2.7 J cm⁻³, power density: ≈243 MW cm⁻³, discharge rate: ≈76 ns), surpassing previously reported KNN-based transparent ceramics. Piezoresponse force microscopy and transmission electron microscopy revealed that this excellent performance can be attributed to the nanoscale domain and submicron-scale grain size. The significant improvement in the optical transparency and energy storage properties of the materials resulted in the widening of the application prospects of the materials.     

钙钛矿型织构化无铅压电陶瓷的研究进展

控制陶瓷材料的微观结构,使之在某个方向上择优取向(即织构化)是提高多晶陶瓷介电、压电性能的重要途径之一.基于织构化流程的特点,综述了钙钛矿系无铅压电材料的TGG工艺、种晶的选择与合成方法以及织构化材料的表征技术,提出了无铅压电材料织构化工艺的发展趋势.     

氧化锌透明陶瓷光学透过模型构建与实验验证

本研究以ZnO透明陶瓷为研究对象, 基于Mie理论及Rayleigh-Debye近似散射理论, 建立了单轴六方晶系透明陶瓷的双折射散射与其直线光学透过率之间关联的理论模型, 阐明了ZnO透明陶瓷光学直线透过率随晶粒尺寸减小、陶瓷织构度的提升而增大的关系。采用强磁场下的注浆成型工艺结合优化放电等离子体烧结参数, 实现了ZnO透明陶瓷显微结构的有效调控, 使得制备的ZnO透明陶瓷符合模型要求。实验结果表明: 当ZnO陶瓷平均晶粒尺寸从1.72 μm减小至0.66 μm时, 其600 nm处的直线透过率从5.1%提高到12.9%; 对于亚微米级ZnO陶瓷(平均晶粒尺寸0.35 μm), 当陶瓷织构度从4.0%提高到24.7%时(XRD计算), 样品光学直线透过率从21.6%提升到36.6%。所获得实验结果与构建的理论模型计算结果吻合, 证实了所构建的模型。     

From micro to nano: properties and potential applications of micro- and nano-filled polymer ceramic composites in microsystem technology

In microsystem technology, four important material classes are established either for the generation or the replication of microstructured surfaces: silicon, polymers, metals and ceramics. Composite materials consisting of a polymer matrix and ceramic fillers show improved thermomechanical properties in comparison to polymers and can be introduced as a new additional material class. The substitution of micro-sized ceramic fillers by nano-sized ceramics in composites has a strong influence on the composite's physical properties: the reduction of ceramic particle size down to the nanometre scale results in an improved sinter activity owing to the large surface area. The fabrication of dense ceramics is simplified and can be used for a rapid prototyping of microstructured ceramic parts. The addition of nano-sized ceramics with particle sizes of <40 nm to polymers allows the manufacturing of transparent polymer based composites with modified refractive indices for use in polymer waveguides. The influence of the ceramic particle size, the ceramic content and different dispersion methods on the composite's physical properties are discussed.     

ZnO·2.56Al2O3透明陶瓷凝胶注模成型与烧结制备

锌铝尖晶石透明陶瓷是典型的结构功能一体化材料, 具有优异的光学、热学以及介电性能。本研究以ZnAl₂O₄和Al₂O₃为原料, 通过凝胶注模成型制备ZnAl₂O₄-Al₂O₃复相陶瓷初坯。实验探究了分散剂含量、pH以及固相量对ZnAl₂O₄-Al₂O₃混合料浆流变学特性的影响, 制得固相量为50vol%的低黏度稳定料浆。浇注成型后的坯体通过无压烧结和热等静压反应烧结制备透明陶瓷。最终获得的ZnO·2.56Al₂O₃透明陶瓷样品在厚度为1.8 mm下可见光波段透过率达到70%, 红外波段透过率达到80%以上, 维氏硬度为(11.34±0.17) GPa, 杨氏模量为285 GPa。     

Multifractal properties of grain structures in sodium niobate based binary ceramics with nonisostructural components

The process of grain structure formation and development in ferroelectric ceramics based on sodium noiobate are considered. Micrographs of the grain boundary regions are described in terms of multifractal parameters. Correlations between the multifractal and structural parameters of ferroelectric niobate ceramics are found. The process of secondary interrupted recrystallization has been studied. The results have been used for optimization of the technology of novel ferroelectric materials.