A Perspective on Emerging and Future Sintering Technologies of Ceramic Materials

Novel sintering methods have emerged in the recent past years, which have raised great interest in the scientific community. Relying on electric field effects, high heating rates, the use of mechanical pressure, or hydrothermal conditions, they offer fundamental advantages compared to conventional sintering routes like minimizing the energy consumption and enhancing the process efficiency. This perspective aims at explaining these effects in a general way and presenting the status quo of using them for the processing of high-performing ceramic materials. In detail, this work focuses on flash sintering, ultrafast high-temperature sintering, spark plasma sintering, cold sintering, and photonic sintering methods based on different light sources. The specificities, potentials, and limitations of each method are compared, especially in the light of a possible industrialization.     

陶瓷材料的选区激光烧结快速成型技术研究进展

阐述了陶瓷材料选区激光烧结技术的原理、工艺和特点，着重分析了粉体预处理、激光烧结参数以及坯体后处理等工艺因素对制件精度和性能的影响，还介绍了该技术目前的应用状况以及潜在的应用领域，最后对该项技术研究和发展的趋势作了展望，指出选区激光烧结技术有可能成为本世纪最主要的陶瓷材料成型工艺之一。     

固有烧结温度低的低介电常数陶瓷材料研究进展

固有烧结温度低的低介电常数微波介质陶瓷材料在低温共烧陶瓷(LTCC)中具有重要的应用前景。着重介绍了钨酸盐、磷酸盐、碲酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铌酸盐和硼酸盐等固有烧结温度低的低介电常数微波介质陶瓷材料的研究进展,并指出低温共烧陶瓷材料目前存在的问题。     

MgO和烧结温度对Al_2O_3透明陶瓷显微结构和性能的影响

采用高纯Al2O3粉末为原料,在氢气气氛中烧结了氧化铝透明陶瓷。研究了添加剂MgO和烧结温度对Al2O3透明陶瓷致密化过程、显微结构和性能的影响。实验结果表明,适量掺杂MgO能够抑制晶粒生长,改善烧结性能,提高致密度,0.05%(质量分数)是MgO最佳含量;随着烧结温度的升高,晶粒发育完全,透光率增加,1850℃为最佳烧结温度;在最佳条件下获得的氧化铝透明陶瓷,相对密度为99.72%,平均晶粒尺寸约20μm,总透光率达到93%,显微硬度(HV5)为20.75GPa,抗弯强度达到320MPa。     

烧结助剂(Y3+、La3+和Mg2+)对半透明氧化铝陶瓷的透光率的影

通过化学沉淀法引入烧结助剂Y³⁺、La³⁺和Mg²⁺, 采用真空烧结工艺制备了半透明Al₂O₃陶瓷, 并研究了烧结助剂对烧结材料的微观结构、相对密度和透光率的影响。结果表明: 引入的烧结助剂能均匀分散在合成的半透明Al₂O₃陶瓷中。烧结助剂的最佳引入量为Mg²⁺(0.15wt%)、Y³⁺(0.05wt%)和La³⁺(0.05wt%), 对应的试样在350~800 nm的波长范围内显示出的最高的总透光率(TFT)高于80%。此外, Y³⁺的掺杂可以促进晶粒生长, 降低孔隙率, 从而提高半透明Al₂O₃陶瓷的透光率。     

磷酸钙纳米生物材料的合成及烧结研究进展

纳米磷酸钙陶瓷由于其独特的纳米效应,力学性能和生物活性大幅度提升,成为生物医用材料领域研究热点。纳米磷酸钙陶瓷制备的两大难点在于纳米粉体的合成和陶瓷的烧结。对现有的纳米磷酸钙粉体合成和纳米陶瓷烧结工艺进行了全面的综述,归纳分析了不同过程工艺参数对纳米粉体和陶瓷晶粒的影响,并对今后的研究进行了展望。     

Cr_2O_3对氧化钙陶瓷烧结过程的影响

研究Cr2O3添加剂对氧化钙陶瓷烧结性能的影响。结果表明:Cr2O3能促进氧化钙陶瓷烧结密度和抗水化性能的提高,并且随着添加剂含量的增加,陶瓷抗水化性能不断提高;提高烧结温度,能提高陶瓷密度和抗水化性能;在烧结过程中,生成的CaCr2O4为液相,连结CaO晶粒,促进陶瓷烧结,增大了陶瓷的烧结密度,CaCr2O4包裹在CaO晶粒表面,能大幅度提高陶瓷抗水化性能。     

8YSZ陶瓷成型与烧结工艺的优化

为了改善8YSZ陶瓷的力学性能,以8YSZ双粒度粉体为研究对象,对其进行干压成型、无压烧结实验。对成型压力、保压时间及黏结剂用量等成型工艺参数进行了优化;利用正交实验对烧结方案进行了设计,讨论了烧结温度、升温速率、保温时间、烧结方式等烧结工艺参数对8YSZ陶瓷烧结性能和力学性能的影响,并优化出其烧结工艺参数。结果表明:选取PVA加入量10%(质量分数)、成型压力10MPa、保压时间30s的成型工艺参数,可压制出相对密度为54.9%的陶瓷坯体;选取烧结温度1500℃,保温时间4h,升温速率5℃/min,烧结方式裸烧的烧结工艺参数,可制备出相对密度为98.3%,抗弯强度为100.3MPa的8YSZ陶瓷。     

微波烧结Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的研究

以分析纯Al(NO3)3.9H2O·NH3.H2O和50 nm的SiC粉体为原料,采用溶胶-凝胶法制备干凝胶,经热处理合成Al2O3/SiC纳米复合粉体。利用微波烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并与常规烧结比较,分析了两种烧结方法对制备试样的力学性能影响。结果表明,与常规烧结相比,微波烧结可以提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性,改善材料的显微结构,促进致密化和晶粒生长。     

烧结工艺对SnO2-LiZnVO4系纳米湿敏材料性能的影响

采用共沉淀法制备出SnO2-LiZnVO4系纳米粉体,考察了烧结工艺对材料微结构、湿敏特性和电容特性的影响。实验结果表明,适当的烧结工艺可明显改善纳米材料的微结构和感湿特性,采用共沉淀法制备SnO2-LiZnVO4系纳米粉体并选择好烧结温度,可使材料具有棒状晶粒微结构及低湿电阻小、灵敏度适中的湿敏试样。     

Variations of Microstructure and Mechanical Properties of Si—B—O—N Ceramics with Sintering Temperatures

Si-B-O-N powder without B-O bonds synthesized by polymeric precursor were hot-pressed into ceramics at different tempera-tures.The variations of microstructure and mechanical properties of Si-B-O-N ceramics have been investigated.Crystallization of Si-B-O-N ceramics occurred at about 1400℃.Density, elastic modulus,and flexural strength of the ceramics increased with the increasing sintering temperatures, and reached to their maximum values at 1600℃ .By contrast, hardness and frac-ture toughness of the ceramics monotonically changed with increasing sintering temperatures.Hardness decreased,while the fracture toughness increased.The principal toughening mechanisms including crack deflection, crack bridging and plate grain pulling-out effects are discussed.     

BP神经网络对陶瓷材料烧结性能预测的研究

用C＋＋语言建立了BP神经网络模型，并用TZP陶瓷材料的烧结性能数据进行训练及预测。预测结果表明，BP神经网络可以用于陶瓷材料的浇结性能的预测，并且精度较高。     

烧结温度对PNW-PMN-PZT陶瓷结构和力学性能的影响

CeO2掺杂Pb0.94Sr0.06(Ni1/2W1/2)0.02(Mn1/3Nb2/3)0.07(Zr0.51Ti0.49)O3(PNW-PMN-PZT)陶瓷采用传统固相烧结法制备.借助X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱分析(EDAX)及密度、硬度和弯曲强度研究了烧结温度对陶瓷结构和机械性能的影响.研究发现,烧结温度的提高可使三方-四方相变、晶体四方度和晶粒尺寸增大,而使晶粒表面的残余应变减小.EDAX结果表明,材料组成和结构的不均匀性随烧结温度的提高而加剧,过高的烧结温度可导致Ni、Ce元素在晶界严重偏析积聚.1000℃烧结的陶瓷具有最佳的力学性能,这与合适烧结温度对材料晶粒尺寸、残余应变、组成和结构的均匀性以及气孔率的影响有关.     

真空烧结对SrTiO3功能陶瓷性能的影响

采用真空烧结替代气氛烧结制备SrTiO3陶瓷材料,获得了既具有电容效应又具有良好压敏效应性能的SrTiO3复合功能陶瓷元件.在此基础上探讨了Nb2O5和La2赴O3作为单、双施主掺杂对SrTiO3功能陶瓷半导化、电性能及显微结构的影响.研究结果表明,双施主掺杂不仅可以促进SrTiO3功能陶瓷半导化,而且对显微结构有重要的影响.在x(Nb2O5);x(La2O3)0.6:0.2时可获得性能较好的半导体材料.相比于气氛烧结工艺,真空烧结同样可以得到性能优良的SrTiO3功能陶瓷材料.     

纳米碳化硅基复相陶瓷的分散和烧结技术研究进展

碳化硅陶瓷是一种高性能的陶瓷,具有高强度、高硬度、耐高温、耐化学腐蚀、高热导率、低热膨胀以及低密度等性能,广泛应用于各个工业领域以及航空航天领域.从纳米复相陶瓷制备过程中的分散方法以及碳化硅基陶瓷的烧结方法与烧结助剂等方面详细论述了目前有关碳化硅基纳米复相陶瓷的研究进展.     

Al－Al_2O_3粉末成形体烧结性的研究

分析研究了金属Ａｌ在１０００℃左右温度下的存在状态以及在Ａｌ２Ｏ３上浸润性等问题，讨论了Ａｌ－Ａｌ２Ｏ３两相粉末成形体的烧结性能及助烧剂、烧结气氛对材料烧结性能的影响。结果表明，由于金属Ａｌ的活泼性以及生成的Ａｌ２Ｏ３膜的稳定性和金属Ａｌ对Ａｌ２Ｏ３表面浸润性差等原因决定了Ａｌ－Ａｌ２Ｏ３粉末成形体在１０００℃时的烧结性能极差。助烧剂及其反应产物通过形成过渡层的粘结作用和粘－塑性流动调节材料的界面结合性能改善了材料的烧结性能。同时由于氢气气氛和助烧剂发生化学反应而降低了材料的烧结性能。     

陶瓷燃料电池电解质流延膜的烧结工艺及其性能研究

本文采用“三明治式多孔夹板”烧结方法制得了均匀致密的、用于燃料电池的固体电解质膜材,用SEM方法观察了膜材的微观形貌,还用复数阻抗频谱仪对烧结膜材的电导性能进行了测定,实验结果表明,所采用的烧结工艺能有效解决单层厚膜烧结中易出现的起翘与开裂问题,所制得的膜材的电性能亦能满足陶瓷燃料电池的要求．     

Mo-8wt%Cu纳米复合粉末的烧结与加工

用机械合金化法制取Mo-8%Cu(质量分数)纳米复合粉末,采用液相烧结和致密化后处理工艺制备了Mo-8%Cu(质量分数)合金。通过扫描电镜对Mo-Cu液相烧结和变形加工后合金显微组织进行了分析,研究了各种工艺参数对Mo-Cu合金致密性、拉伸强度、延伸率和晶粒尺寸的影响。结果表明,高能球磨的Mo-8%Cu(质量分数)纳米复合粉末坯体,经液相烧结后,其烧结态为Mo、Cu复合网状组织,可获得相对密度高达98.6%的Mo-Cu合金,再经静液挤压变形加工处理后,可获得全致密的Mo-8%Cu(质量分数)合金,在室温静液挤压40%形变率的条件下,拉伸强度可达到576MPa,延伸率5.8%。