冷冻铸造法制备仿生梯度层状结构SiC多孔陶瓷

采用单向恒温冷冻铸造法制备出仿生梯度层状结构SiC多孔陶瓷.研究了水基SiC陶瓷浆料的初始固相含量和冷冻温度对SiC多孔陶瓷的微观结构(包括孔隙率、片层厚度和结构波长)及抗压强度的影响.随着离冷端距离的增加,层状多孔SiC骨架的片层厚度和结构波长均沿着冷冻方向增大.随着浆料初始固相含量的提高(20 vol.％～40 v...     

磁场冷冻铸造法制备多孔陶瓷的研究进展

在制备多孔陶瓷材料时,传统的冷冻铸造法可以在一定程度上控制多孔陶瓷的结构,若同时利用磁场辅助法,这能在一定程度上控制陶瓷基体在冷冻铸造法的模具中的凝固方向来影响陶瓷基体的冰晶生长从而引导微观结构的形成以及凝固的方向,采用这种方法可以更好的制造出具有复杂微观结构且拥有有序的片层结构的多孔陶瓷基体。     

三维多孔氧化铝陶瓷石墨烯复合材料的研制

以三维多孔氧化铝陶瓷块体为载体,首先通过溶液浸渍法制备了负载有镍离子的三维多孔陶瓷催化剂块体,采用还原气氛将催化剂块体中的镍离子盐还原成镍颗粒,以还原后的镍颗粒为催化剂,在含碳气体中,通过化学气相沉积法在三维多孔氧化铝陶瓷骨架表面制得了三维多孔氧化铝陶瓷-石墨烯块体复合材料。通过扫描电子显微镜,拉曼光谱对制得的三维多孔氧化铝陶瓷-石墨烯块体复合材料进行了表征,结果表明在三维多孔氧化铝陶瓷骨架表面包括外表面和骨架内部孔隙表面均生长了石墨烯,石墨烯为少层或寡层。     

SiC/W层状复合材料的制备工艺与力学性能

研究了ＳｉＣ陶瓷片为基体层,金属Ｗ（界面层）为软层的仿生层状复合材料的制备及性能。采用凝胶铸（Ｇｅｌ－ｃａｓｔｉｎｇ）方法制备ＳｉＣ陶瓷层,采用喷涂的方法制备金属层,确定了金属喷涂的最佳工艺条件。研究了不同金属层层状复合材料力学性能的影响。并对层状复合材料的成分和微观结构进行分析。     

干摩擦及水润滑下氧化锆-氧化铝层状复合陶瓷的摩擦学行为

研究了氧化锆氧化铝三层结构层状复合陶瓷在干摩擦和水润滑下的摩擦学性能和磨损机制，并比较了氧化锆-氧化铝单层陶瓷在相同条件下的摩擦学性能。结果表明：相同条件下，层状陶瓷的摩擦系数和磨损率均低于单层陶瓷，根本原因在于层状陶瓷表面的压应力导致的韧性提高和磨损表面剪切应力的降低。水润滑可以有效地降低复合陶瓷的摩擦磨损，主要原因是由于水引起主导磨损机制发生变化，由干摩擦时的磨粒磨损和粘着磨损转变为摩擦化学磨损和疲劳磨损。     

陶瓷添加剂对Al_2O_3陶瓷成形工艺的影响研究

陶瓷添加剂是陶瓷制备过程中添加的用以改善陶瓷浆料,坯体等性能的无机或有机精细化工原料。在氧化铝陶瓷浆料制备中,为获取更好流动性的浆体,往往添加一定数量的表面活性剂加以改善;为增强氧化铝成形坯体的强度,可通过添加一定的粘合剂进行改善。本文通过分散剂的基团分析,探究了分散剂分散机理,并研究了分散剂加入对氧化铝坯体致密度的影响;通过对改性淀粉的加热粘度分析,探究了改性淀粉在氧化铝陶瓷制备中的重要应用原理;通过添加消泡剂对气孔率影响的分析,使坯体气孔率有较显著改善。     

分散剂及粉体粒径对光固化氧化铝陶瓷浆料粘度及制件性能的影响

针对光固化氧化铝陶瓷3D打印过程中的浆料粘度及制件性能,通过旋转粘度计测量得到不同分散剂及氧化铝粉体级配条件下的陶瓷浆料的粘度,优化了分散剂的选择及氧化铝粉体级配;通过对光固化3D打印、脱脂和烧结氧化铝陶瓷样件的弯曲强度和收缩率、致密度测试,得到了粉体级配前后不同固相含量氧化铝的抗弯曲性能、收缩率及致密度.研究结果表明,光固化氧化铝陶瓷3D打印浆料制备过程,选择PMA25作为其分散剂,选择10μm(60wt％)+5μm(10wt％)+2μm(30wt％)的粉体级配的氧化铝粉体,可以有效降低浆料粘度.同时,通过选择不同粒径的氧化铝陶瓷粉体,可以减小粉体之间的间隙,增加了粉体之间的有效粘接面积,使得氧化铝粉体之间的粘接更加牢固,陶瓷制件的抗弯曲性能更好、致密度更高.     

纤维增强冰模板氧化铝多孔陶瓷的微观结构与力学性能

采用定向冷冻冰模板法制备了具有定向直通孔结构的纤维增韧氧化铝多孔陶瓷以及纯颗粒氧化铝多孔陶瓷,研究了固含量和纤维引入对材料微观结构及力学性能的影响。结果表明:随着固含量从15%(体积分数)提高至40%,材料的微观形貌从层状孔到枝状孔再到各向同性孔变化,层间距逐渐减小直到消失;材料的强度从7 MPa提高至70 MPa;纤维的引入增大了层间距并在层状孔壁间形成桥联,从而降低了材料的密度;在低固含量时,纤维的引入改变了直通孔多孔材料的应力应变行为,形成应力平台区,使得冰模板多孔陶瓷从脆性断裂转变为渐进式断裂,材料的抗压强度和断裂能量吸收能力提高。     

磁场作用下冷冻铸造法制备仿生材料研究进展

随着科技的迅速发展,对材料的性能提出了更高的要求,迫切需要开发新型轻质高性能结构材料,即低密度、高刚度、高强度和高韧性等特点集于一身。生物材料经过数亿年的进化,形成了与环境和功能需求相适应的精细复杂结构,如贝壳珍珠层的“砖-泥”结构和螃蟹角质层的螺旋结构,它们均表现出非凡的机械性能和独特的功能特性,这启发了人们对于高性能材料的设计和构筑。目前发展的冷冻铸造法(即冰模板法)是制备仿生材料的一种有效方法,通常在温度梯度作用下定向凝固水基陶瓷浆料,经冷冻干燥后可获得具有精细结构的多孔陶瓷材料,随后对该多孔陶瓷填充软相-树脂后可获得仿珍珠贝结构陶瓷-树脂复合材料。为了进一步控制材料微观结构,研究人员对冷冻铸造过程施加磁场作用,最终发现材料的结构和性能均发生了明显变化。本文介绍了冷冻铸造法在控制材料微观结构以及制备仿生材料方面取得的一些进展,综述了施加磁场作用对冷冻铸造的影响,总结了施加磁场辅助的冰模板材料微观结构和机械性能变化规律。     

氧化铝层状自润滑复合陶瓷的宏/微观结构设计及性能调控

自润滑复合陶瓷是极端环境服役运动部件的最佳候选材料之一,其中仿生层状结 构自润滑复合陶瓷由于具有优异的综合性能而倍受人们的青睐。基于宏/微观结构设计是实现其 结构/润滑功能一体化和可靠性提升的关键。本文结合作者所在课题组的相关工作,综述了层状 结构几何参数和界面微结构、参数与组分对氧化铝层状自润滑复合陶瓷力学性能、摩擦学性能 和服役可靠性的影响规律及作用机制,并提出了层状自润滑复合陶瓷的结构与界面优化设计准 则,以期指导自润滑复合陶瓷性能提升和推动其在高技术装备中的应用。     

聚合物/层状矿物纳米复合材料的研究进展

聚合物/层状矿物纳米复合材料结合了聚合物的强韧性与纳米层状矿物的强力学性,具有优良的力学性能、热学性能、气体阻隔性能和导电性能等,实际应用广泛。介绍了聚合物/层状矿物纳米复合材料结构特点及其表征方法和制备方法、性能和应用,并综述了近年来聚合物/层状矿物纳米复合材料的研究进展,展望了该类材料的发展趋势。为了进一步加快该类材料的发展,应进一步从分子尺度上全面理解聚合物/层状矿物纳米复合材料的结构,尤其是聚合物主体与层状矿物片层间界面结构与性质对纳米复合材料整体性能的影响。     

两层结构Al2O3陶瓷平板膜制备及缺陷分析

利用喷涂法成功制备出支撑体层 + 分离膜层两层结构的氧化铝陶瓷平板膜,研究 了分散剂对氧化铝膜层浆料的影响。采用扫描电镜对不同烧结温度下制得的不同厚度膜层进行 观察,利用孔径分析仪对膜层孔径进行测试,并测试了纯水通量。研究表明：PAA-NH4比 PAA 有更优的分散效果,其合适的加入量为 0.5wt%;两层结构的陶瓷平板膜合理的烧结温度为 1250?C,合理的膜层厚度为 20 μm。     

多层低温流延法制备片状氧化铝多孔陶瓷

为了避免金属/陶瓷复合散热片两相共烧,并减小因两相热膨胀系数不同而造成在使用过程中的开裂失效问题,采用水基Al2O3陶瓷浆料在低温下进行多层流延,经定向冷冻、低温干燥及烧结工艺,制备出具有小孔径、直通孔结构的片状Al2O3多孔陶瓷.研究了浆料固体含量和冷冻温度对多孔陶瓷片孔隙率和孔尺寸的影响,观察了孔的微观形貌并测试了其热疲劳性能.结果表明:随着浆料固体含量从30％(质量分数)增加到40％,多孔陶瓷片的孔隙率(体积分数)从62.1％减小至51.4％,随着冷冻温度从-15℃降低至-45℃,多孔陶瓷片孔道尺寸逐渐减小;固体含量为40％、冷冻温度为-45℃的多孔陶瓷片在热疲劳实验中裂纹出现最晚,达到695次,其热疲劳性能最好;多层低温流延法制备的多孔陶瓷片层间孔道相互连通.     

原位固化氧化铝悬浮体及其陶瓷性能研究

高性能陶瓷具有高强、高硬、耐磨、耐高温、耐腐蚀、稳定性好等优异的物理和化学性能,具有很广的应用范围,逐渐成为一类具有发展潜质的新型材料。在制备高性能陶瓷的过程中,陶瓷材料制备技术发挥的作用越来越重要。笔者采用分散剂失效直接凝固注模成形方法(DCC),使用三聚磷酸钠(STPP)作为分散剂,利用三聚磷酸钠在高温及中性pH值环境下水解的性质,使氧化铝悬浮体发生原位固化,研究三聚磷酸钠添加量对氧化铝悬浮体zeta电位及粘度的影响,固相含量对氧化铝陶瓷悬浮体粘度的影响,温度对氧化铝陶瓷悬浮体粘度的影响等方面。通过实验,获得适宜的分散剂添加量和pH值范围,从而制备出分散性良好的氧化铝陶瓷悬浮体,进而获得力学性能最好、微观结构最均匀时对应的固化温度、固化时间,总结出最适宜的氧化铝陶瓷制备方案,从而获得高性能氧化铝陶瓷样品。     

不同分散剂对纳米氧化铝陶瓷基片力学性能、电性能的影响

基于两种分散剂聚甲基丙烯酸钠(PMAA-Na)和聚甲基丙烯酸铵(PMAA-NH4)制得纳米级氧化铝陶瓷坯体和基片。针对其力学性能、电性能做了全面的测试研究。主要包括两种分散剂对坯体强度、坯体及基片显微结构、基片密度、基片的介电常数、介质损耗、绝缘强度等影响。通过测试,发现两种分散剂下制的基片,均满足高性能氧化铝陶瓷基片的性能要求。     

基于PANI/EG层间复合材料的Cd2 电化学传感器

以电化学氧化法制备的膨胀石墨(EG)为碳骨架，采用真空插层辅助原位氧化聚合法，使多孔塔尖状的聚苯胺(PANI)有序包覆生长在EG的石墨片层表面，构建了PANI/EG层间复合材料。采用SEM、TEM、XRD、FTIR、Raman、XPS和BET对PANI/EG复合材料的结构和组成进行表征。以PANI/EG复合材料修饰玻碳电极，采用SWASV法对Cd2 进行检测，通过CV和EIS测试修饰电极的电化学行为。结果表明：PANI/EG复合材料呈层状分级空间结构。EG质量分数为12%的PANI/EG修饰电极对痕量Cd2 检测的敏感度为7.814 μA/μM，检测极限为3.24 nM，检测范围为0.25~6 μM，重复性及抗干扰性良好。     

氧化铝陶瓷注凝成型的研究

本实验探究了氧化铝陶瓷注凝成型工艺,综合分析了分散剂和浆料的固相含量对氧化铝陶瓷浆料粘度的影响,实验证明:当分散剂的加入量为0.6%,浆料的固相含量为50%时,浆料适宜注浆,得到的陶瓷产品颗粒分布均匀,结构致密。     

蔗糖调控下采用冰冻铸造法制备多孔陶瓷的微观组织与力学性能EI北大核心CSCD

基于冰冻铸造法,采用自主设计的定向凝固装置制备了孔隙率为66.79%的多孔Al2O3陶瓷,探究了不同蔗糖含量对多孔陶瓷微观组织形态的调控规律,发现蔗糖能将小面生长的冰晶改变成非小面生长,从而将层状多孔结构改变为蜂窝状结构,基于这一微观组织的改变和SEM表征,探究了蔗糖含量对多孔陶瓷力学性能的影响规律。结果表明：随着蔗糖含量的增加,多孔陶瓷的微观组织逐渐由层片状向蜂窝状转变,试样的抗压强度呈先升高后降低的趋势,蔗糖浓度由0%（质量分数）增加到1%时,抗压强度由18.90 MPa提高到22.24 MPa,并在蔗糖为含量时达到最大,为25.87 MPa,继续增大蔗糖浓度,抗压强度在蔗糖含量为7.5%和10.0%时分别下降到22.42和21.32 MPa。力学性能变化的原因在于：随着蔗糖含量的增加（0~5%）,层状多孔结构中陶瓷桥的数量增加,使其抗压强度升高;试样中,蜂窝状多孔区和层片状多孔区存在区域边界,边界能有效地限制裂纹在不同区域的扩展。     

三维网络氧化铝/钢复合材料的制备及性能

采用真空消失模铸造技术,将钢液浸渗到表面化学气相沉积了金属镍涂层的氧化铝泡沫陶瓷中制备三维网络氧化铝/钢复合材料。研究复合材料的结构、抗弯强度及磨粒磨损性能。结果表明,镍涂层可使钢液有效浸渗到陶瓷骨架中,成功制备出界面结合良好的三维网络氧化铝/钢复合材料。复合材料中陶瓷/钢界面为非反应型界面,断裂过程中,裂纹沿界面扩展,复合材料的抗弯强度随陶瓷相体积分数的增加而降低。复合材料的磨损机制为以钢被切削、陶瓷断裂–脱落为特征。随陶瓷相体积分数的增加,复合材料的体积磨损量降低。     

Si3N4／BN层状陶瓷软层成分对材料韧性的影响

层状结构能够有效地提高陶瓷材料的韧性，本论文用轧膜／涂层的方法制备了Ｓｉ３Ｎ４／ＢＮ层状陶瓷复合材料。软层的结构及其与硬层的结合状态对整个材料的韧性非常重要改变软层的成分可以改变软硬层间的结合强度，进而可以影响层状材料的韧性。