比表面积对β-Si_3N_4与SiO_2反应生成Si_2N_2O的影响

以铁合金行业的副产物-硅微粉(SiO_2≥90%,质量分数)和闪速燃烧合成的β-Si_3N_4(β-Si_3N_4≥95%,质量分数)为原料,按质量分数β-Si_3N_4:SiO_2=2:1的比例,分别将比表面积为1.19, 1.67, 2.48 m~2/g的β-Si_3N_4与SiO_2均匀混合、成型,分别经1300、1400、1500、1600 ℃,3 h埋碳(不接触碳)热处理,并对自然冷却后试样进行XRD、SEM分析.结果表明,β-Si_3N_4与SiO_2从1300 ℃开始缓慢反应生成Si_2N_2O,随温度升高到1500 ℃以上时Si_2N_2O反应速度明显加快;在1300、1400 ℃,反应以固-固反应为主,β-Si_3N_4的比表面积对Si_2N_2O生成量的影响越大,比表面积大则Si_2N_2O生成量较高;在1500 ℃以上时,随着硅微粉收缩、液化,将β-Si_3N_4包裹、胶结到一起,反应方式以固-液反应为主,反应速度明显加快,加速了Si_2N_2O的形成,β-Si_3N_4的比表面积对Si_2N_2O生成量的影响不明显.     

Al_2O_3空心球含量对多孔Si_3N_4陶瓷微观组织及力学性能的影响

采用凝胶注模成型技术和无压烧结工艺,通过调节Al_2O_3空心球添加量,成功制备出了性能优异的多孔Si3N4陶瓷。在保持固相含量为50%(质量分数)的基础上,研究了Al_2O_3空心球含量对多孔Si3N4陶瓷材料的孔隙率、物相组成和微观组织结构的影响,分析了力学性能与组织结构之间的关系。结果表明,通过改变Al_2O_3空心球的含量,制备得到孔隙率介于44.98%~51.02%的多孔Si3N4陶瓷:随着Al_2O_3空心球含量的增加,多孔Si3N4陶瓷的孔隙率先减小然后稍有增大,而弯曲强度和断裂韧性则先增大后减小,分别存在最大值(125.1±3.6)MPa和(2.38±0.07)MPa·m1?2。     

Si_3N_4-ZrO_2复合陶瓷的断裂行为

ZrO_2增韧的复合陶瓷,由于强度和韧性均得到改善,近年来引起科学和技术界的广泛重视,但其增韧机理还有待进一步研究,当ZrO_2以单斜相弥散于基体中时,其主要增韧机理是微裂纹增韧;然而,当ZrO_2以四方相弥散     

评价多孔Si_3N_4陶瓷断裂韧性的新方法——单向压缩试验

人们常用单边梁切口法(SENB)评价多孔陶瓷的断裂韧性(K_(IC)),K_(IC)随孔隙率增加而不断下降。SENB测试结果表明,多孔陶瓷中的微气孔、微裂纹不仅没有起到增韧作用阻止裂纹扩展,反而加速了扩展。而评价多孔陶瓷热震损伤抗力(R')时发现,多孔陶瓷R'随孔隙率增加而增大,该理论表明孔隙率增加阻止了裂纹扩展。很显然,采用SENB法测定的K_(IC)值与微裂纹增韧以及热震损伤理论相矛盾。多孔陶瓷的单向压缩试验表明,其σ-ε曲线可明显分为两部分,即弹性变形部分和非线性部分。非线性部分出现是由于众多微裂纹亚稳扩展所致,最终发生失稳断裂。用该法测出的断裂能,可量化微裂纹增韧效应,完善了多孔陶瓷断裂韧性的测试方法。     

纳米Si_2N_2O-Sialon陶瓷超塑性挤压试验与模拟研究

文章以Y2O3和Al2O3纳米粉体作为烧结助剂,真空热压烧结非晶纳米Si3N4粉体和纳米AlN混合粉体,制备具有超塑性的平均晶粒直径小于100nm的Si2N2O-Sialon复相陶瓷,研究纳米复相陶瓷的超塑性挤压性能。在1550℃的低温下,纳米Si2N2O-Sialon复相陶瓷实现了以1mm/s的高速率、3.57大挤压比的挤压变形,成形出良好的制件。采用有限元技术模拟Si2N2O-Sialon陶瓷的超塑性挤压过程,得出了不同温度挤压变形的力和行程曲线,以及挤压成形过程中应力和应变的分布情况,与实验结果进行比较,分析了纳米陶瓷超塑性变形的基本规律。研究表明,纳米Si2N2O-Sialon陶瓷具有较好的超塑性,可实现大挤压比挤压变形,可以进行工程陶瓷零件的超塑性成形。     

基于纳米压痕测试的超细晶Si_2N_2O-Si_3N_4陶瓷常温弹塑性仿真

对分别在1 600℃、1 650℃、1 700℃条件下热压烧结制备的Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷进行纳米压痕试验测试,获得了材料的硬度值、弹性模量值和载荷-深度曲线。考虑试验中波士压针的磨损缺陷,通过理论和数值模拟相结合的方法,确定压针的尖端球面半径RBerk=500nm。以纳米压痕试验数据为依据,利用MSC.Marc有限元仿真软件模拟纳米压痕试验压针压入材料表面的过程,反推出所测试材料的应力应变关系曲线,其屈服应力随弹性模量的减小而降低,分别为47GPa、43GPa、35GPa。通过比较分析压痕区域的应变场和应力场,分析纳米压痕试验中材料的变形特征。     

Y2O3/TiO2复合空心微球的制备与表征

以表面富载羧基的聚(苯乙烯-丙烯酸酯)(PSA)阴离子乳胶粒为模板制备了PSA乳胶粒/钇盐水解产物/钛盐水解产物复合核壳微球,在空气中一定温度下煅烧后得到550 nm左右的内镶Y2O3的TiO2空心微球.用SEM、TEM、TG-DTG、IR和XRD对样品进行了分析表征.结果表明当钇盐水解产物包覆量/钛盐水解产物包覆量比值很小时,复合核壳微球煅烧后得到Y2O3/TiO2复合空心微球,当钇盐水解产物包覆量/钛盐水解产物包覆量比值较大时,煅烧复合核壳微球后得到新相Y2Ti2O7,导致球壳大部分破碎成小粒子.     

SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷制备及性能

以Y_2O_3和Al_2O_3陶瓷粉体作为烧结助剂,对不同含量BN原料配比无压烧结制备SiO_2-BN-Si_3N_4系复相陶瓷,生坯采用注凝成型制备,然后在1780 ℃保温2 h烧结,烧结体主要由板条状的Si_2N_2O及长柱状的β-Si_3N_4晶粒构成,BN晶粒弥散在各晶粒之间.Si_2N_2O相通过反应SiO_2+Si_3N_4=2Si_2N_2O原位生成.Si_2N_2O具有优异的抗氧化性,Si_3N_4具有高的强度,而BN的加入大大提高了材料的可加工性能,材料结合了各相的优异性能.实验结果表明:材料热冲击性能优异,热冲击温差在800 ℃时,材料的弯曲强度还略有提高,1200 ℃时,材料的残余弯曲强度保持不变.     

多孔Fe-Mn合金表面微纳形貌调控及其生物相容性评价

铁基可降解金属因其良好的生物相容性和优异的机械性能,在骨科植入物领域具有广阔的应用前景,但必须突破其降解速率过慢的瓶颈问题。本研究通过电化学技术对3D打印多孔铁锰合金(Fe-30Mn)支架表面进行去合金化处理。通过扫描电镜观察发现,以盐酸和氯化钠分别作为去合金化处理介质溶液,可以在支架表面形成多微孔网络结构和片状纳米结构。接触角和粗糙度测试显示,2种微纳结构的构建均显著改善了Fe-30Mn支架表面亲水性,并提升了其表面粗糙度,多微孔网络结构更加粗糙并且亲水性更好。利用静态浸泡法和电化学耐腐蚀实验评估合金化处理前后支架的腐蚀速率,发现表面微纳结构的形成可加速Fe-30Mn支架的降解。建立体外成骨细胞培养模型,通过激光共聚焦观察及细胞增殖测试发现,经合金化处理的2种支架均能支撑细胞的贴附和增殖,具有良好的细胞相容性。结果表明,经电化学去合金化处理后,Fe-30Mn支架的降解速度得以增强,同时保持了良好的生物相容性,有望在骨修复领域得到较好应用。     

多孔氧化铈空心微球的合成、表征及其脱色性能

以聚苯乙烯微球为模板、六水硝酸亚铈为铈源、六亚甲基四胺为沉淀剂,制备不同壳厚的氧化铈空心微球;利用XRD、TEM、FESEM、XPS和氮气吸附一脱附等手段,对所制备样品的微观结构进行表征.将所制备的Ce02空心微球用于甲基橙模拟染料废水的脱色处理.结果表明:CeO2空心微球具有多孔结构,表面平均孔径约为10 nm,球径约为200～250 nm,壳厚约为10～30 nm,壳层是由粒径为5～10 nm的CeO2颗粒所组成;甲基橙溶液经CeO2空心微球处理60 min后,其脱色率可达95%以上,表现出良好的脱色性能.     

Si_3N_4基微纳米复合陶瓷刀具的高速切削性能与磨损机理

在亚微米Si3N4、TiC颗粒中添加纳米Si3N4、SiC颗粒,采用真空热压烧结工艺制备出STS微纳米复合陶瓷刀具,并对比STS刀具及FD-01刀具在PUMA200MA车削中心干切削淬硬40CrNiMo工件的切削性能。利用扫描电子显微镜(SEM)分析刀具前、后刀面的磨损形态,研究STS陶瓷刀具的磨损机理。结果表明:STS微纳米复合刀具材料具有较高的力学性能,抗弯强度达1000MPa,维氏硬度达19.5GPa。高速干切削40CrNiMo工件时,随着切削速度的增大,刀具后刀面磨损随之增大。切削速度越高,STS刀具优势越明显。两种刀具的磨损形态均主要为月牙洼磨损和后刀面磨损,磨损机制主要为磨粒磨损和粘结磨损。     

孔隙率对20%BN/Si_3N_4复合多孔陶瓷力学与介电性能的影响

采用气氛烧结工艺,通过在原料中加入不同体积分数的PMMA球造孔剂制备了气孔率在32.5%～45.8%之间的20%BN/Si_3N_4(体积分数,下同)多孔复合陶瓷材料.显微组织结构分析表明由PMMA球分解造成的孔较为均匀地分布在基体中.研究了气孔率对复合陶瓷力学性能与21～33 GHz微波频率范围内介电性能的影响规律.三点弯曲强度随着气孔率的增加从197 MPa降低至141 MPa,介电常数和介质损耗也随着气孔率的增加而减少,介电常数与Maxwell-Garnet关系符合较好.     

空心陶瓷微球表面化学镀钴工艺及电磁性能研究

采用化学镀工艺,在粒径为1～20μm空心陶瓷微球表面包覆了一层金属Co。先以Sn-Pd溶液作为活化剂,将空心微球表面进行活化,再采用以次亚磷酸钠为还原剂的碱性镀液使其表面沉积上金属Co。使用X射线能谱仪(EDX)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)对包覆结果进行表征,通过优化确定出最佳化学镀液配方。用网络矢量分析仪对包覆了Co的空心微球的电磁参数进行了测量。结果表明:经过化学镀的空心微球表面包覆了一层致密,均匀的金属镀层,得到的功能化空心微球在2～18GHz的频率范围内具有较高的介电常数,具有一定的微波吸收性能。     

基于空心氧化铝微球造孔的陶瓷结合剂金刚石砂轮

研究空心氧化铝微球质量分数和粒径（0.2, 0.4, 0.6 mm）对砂轮的总气孔率、抗弯强度、硬度和微观结构的影响,制备以空心氧化铝微球为造孔剂的陶瓷结合剂金刚石砂轮,并研究砂轮对石英玻璃的磨削性能。结果表明:随着空心氧化铝微球质量分数增加,砂轮总气孔率升高,抗弯强度和硬度降低;空心氧化铝微球质量分数相同时,其粒径越小,砂轮的总气孔率越高,抗弯强度和硬度越低;制备的空心氧化铝微球陶瓷结合剂金刚石砂轮可用于磨削石英玻璃,加工后石英玻璃的表面粗糙度从0.5113 μm降至0.0206 μm。      

凝胶球化-固相反应-烧结工艺制备Li_4SiO_4陶瓷微球

采用凝胶球化-固相反应烧结工艺制备Li4SiO4陶瓷小球。以SiO2和Li2CO3为原料与粘结剂混合制备浆料,通过滴定装置滴入硅油中凝胶成球。成型坯体小球经固相反应烧结获得Li4SiO4陶瓷小球。结果表明,制备陶瓷小球直径分布于1.2~1.4 mm之间,平均直径为1.3 mm,球形度优于1.04。通过SEM对烧结陶瓷小球微观形貌观察,其晶粒尺寸在3~5μm,且在小球表面及内部均匀分布大小为1~2μm的微孔,小球压碎载荷平均值为39.89 N。     

Al2O3陶瓷超声磨削的微观机理分析

对Al2O3陶瓷的超声磨削在微观机理上进行了初步探究，并根据实验数据分析了不同加工条件对加工表面质量的影响，对超声和机械磨削加工效果也进行了对比。实验表明超声应用于加工Al2O3陶瓷有助于改善表面加工质量，因此，也可用于加工类似的高硬脆材料。     

Al2O3／Cu复合材料电滑动磨损微观形貌分析

对Al2 O3/Cu复合材料进行电滑动磨损试验,并对磨损后的试样表面进行了微观组织观察与分析.结果表明,Al2 O3/Cu复合材料在磨损过程中,无加载电流时磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,载流条件下磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损和电烧蚀磨损.在载流条件下,Al2 O3/Cu复合材料表层有明显的塑性变形,这促进了裂纹的产生和扩展,并伴有电烧蚀和熔融转移.随着电流的增大电烧蚀越严重,磨损进程加快.     

离子束沉积Al2O3纳米薄膜微观结构及形貌研究

采用离子束溅射方法在单晶Si(100)基片上沉积厚度为100nm的Al2O3薄膜,利用原子力显微镜、X射线光电子能谱、掠入射衍射等微观分析手段,研究了薄膜的表面形貌、粗糙度、成分,及退火后微观结构的变化。研究表明:室温沉积在基片上的纳米薄膜为非晶态,纳米颗粒为无方向性沉积,颗粒呈团球状,其成分基本满足Al2O3的标准成分配比。850℃×6h退火处理后,生成晶态的-γAl2O3,薄膜表面结晶完整,颗粒清晰可见。     

Na2O对定向空心叶片陶瓷型芯质量的影响

讨论定向空心叶片用XD-1陶瓷型芯质量与焙烧用的Al2O3填料化学成分的关系,指出Na2O含量过高是陶瓷型芯质量恶化的主要因素之一.     

TiO_2对堇青石多孔陶瓷微观结构和性能的影响

以叔丁醇为成形介质和造孔剂,二氧化钛为烧结助剂,采用凝胶注模成形和无压烧结工艺制备堇青石多孔陶瓷.研究了添加5%(体积分数,下同)二氧化钛对堇青石多孔陶瓷的气孔率、微观结构、力学性能和气孔结构的影响,并对样品的断口形貌进行观察.结果表明,在1175 ℃烧结温度条件下,与不添加二氧化钛相比,当二氧化钛含量为5%时,所得堇青石多孔陶瓷的气孔率和开口气孔率分别由76.9%和96.4%下降为72.4%和95.1%,线性收缩率从20.7%提高到22.1%,而抗压强度则由3.23 MPa提高到5.83 MPa,气孔尺寸均呈单峰分布,中位孔径由2.29 μm下降到1.62 μm.二氧化钛的加入提高了堇青石粉末的低温烧结性能,在未明显降低堇青石多孔陶瓷气孔率以及未改变其气孔结构、孔径尺寸分布的前提下,材料的力学性能得到了显著改善.