细晶粒BaTiO3陶瓷的烧结和介电性能研究

采用放电等离子烧结新技术。在９００℃的温度下烧结到得到平均晶粒１７０ｎｍ的致密ＢａＴｉＯ３陶瓷，对样品介电性能的测量发现材料的介电常数随晶粒尺寸的减小而降低，同时介电温度谱出现相变用现象。从晶界面和晶粒相结构两方面分析了导致这一现象的原因。     

微波快速烧结对弛豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了 2 45GHz多模腔微波烧结系统对组成为xPb(Mg1/3 Nb2 /3 )O3 yPb(Zn1/3 Nb2 /3 )O3 zPbTiO3 的弛豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程 .与常规烧结相比 ,微波烧结可显著提高致密化速率 .同时细化晶粒、晶界 ,改善材料显微结构 ,从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度 ,并达到与常规烧结相近的介电常数 .研究结果表明对于弛豫铁电陶瓷微波烧结比其他陶瓷材料更有利于显微结构和性能改善     

微波快速烧结对驰豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了２．４５ＧＨｚ多模腔微波烧结系统对组成为ｘＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｙＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｚＰｂＴｉＯ３的驰豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程。与常规烧相比，微波烧结可显著提高化速率。同时细化晶粒，晶界，改善材料显微结构，从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度，并达到与常规烧结相近的介电常数。     

纳米晶钛酸钡陶瓷的制备

利用两段式无压烧结和放电等离子体烧结工艺（SPS）分别制备出一系列晶粒尺寸小于100nm的高密度纳米晶钛酸钡陶瓷．通过原位变温拉曼光谱对纳米晶钛酸钡陶瓷进行相结构的分析,结果表明：纳米晶钛酸钡陶瓷和大晶粒钛酸钡陶瓷一样随温度的降低经历从立方→四方→正交→三方的相转变;8nm钛酸钡陶瓷呈现多相共存和相变区间弥散的结构特性．     

BaMg（1-x）/3）ZrxNb2（1-x）/3）]O3微波介质陶瓷的红外光谱

利用传统固相陶瓷烧结工艺在1520℃下制备Ba[Mg（1-x）/3ZrxNb2（1-x）/3]O3（BMZN,x=0,0.10,0.15）微波介质陶瓷.通过远红外光谱（FIR）来分析研究B位Zr4＋取代对BMN陶瓷晶体结构和介电性能的影响.研究发现,随着Zr4＋取代的增加,红外光谱上在370 cm-1附近的振动模发生分裂而出现新的极化模式;410 cm-1附近的振动模消失;230,290和510 cm-1附近的振动模的频率向高波数偏移且强度明显降低.这些红外振动模的变化表明随着Ba Zr O3的增加,陶瓷的晶体结构发生转变,由六方晶系逐步转变为立方晶系.分析了陶瓷介电性能与红外模式的内在联系.     

SPS过程中导电粉体的显微组织演变规律及机理

放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)是最近几年国际上兴起的粉末烧结新技术, 具有升温速度快、保温时间短、冷却迅速等独特优势, 尤其适于纳米及非晶块体材料、陶瓷和梯度材料等先进材料的制备. 然而, 与利用SPS技术探索新材料制备的实验报道相比, 有关其特殊烧结机制的研究极为缺乏. 基此, 选用导电的纯金属铜粉作为烧结原料, 设计了一系列烧结实验, 研究得出了SPS过程几个重要的特征烧结阶段及其中显微组织演变的规律. 提出了SPS过程中烧结体显微组织演变的“自调节机制”, 由此揭示了制备高致密度、均匀、细晶材料的SPS技术优势的内在机理; 还对SPS烧结体的致密化过程进行了定量预测, 实验测定值证实了模型预测结果.     

固相合金中的C-Me偏聚理论在陶瓷中的应用

氧化锆陶瓷由于性能优异, 已得到了广泛的应用. 氧化锆陶瓷的相变影响其性能, 为控制相变进而控制性能, 相变机理的研究至关重要. 用固体与分子经验电子理论计算了c-ZrO₂、t-ZrO₂和m-ZrO₂的价电子结构, 得到形成它们强键骨架的共价键上的总共价电子对数分别为3.19184、3.45528和3.79625. 按固相合金中的C-Me偏聚理论的思想推测ZrO₂从高温到低温的相变顺序应为液相→c相→t相→m相. 从价电子结构进行的推断与实验结果完全一致, 说明合金相变的电子理论可以扩展到陶瓷材料中.     

连续面曝光陶瓷3D打印

针对传统陶瓷3D打印存在打印效率低和成型件具有各向异性的不足和局限性,提出一种连续面曝光陶瓷3D打印新工艺,通过采用自主研发的复合富氧膜并结合配制的树脂基陶瓷浆料实现陶瓷素坯件的连续打印.阐述连续面曝光陶瓷3D打印的基本原理和工艺流程;研究陶瓷浆料的配制,并利用搭建的实验平台揭示了关键工艺参数对成形过程的影响和规律;最后,结合优化的工艺参数,通过两个典型案例(镂空件和薄壁件)连续3D打印,以及所打印的素坯件经脱脂烧结后性能的表征和测试,证实了提出方法的可行性和有效性.实现了陶瓷零件连续3D打印工艺,为探索高效、低成本连续陶瓷3D打印提供了一种全新的解决方案.     

颗粒强化氧化铝基复合陶瓷断裂特性的预测

计算了颗粒强化的氧化铝／碳化硅和氧化铝/莫来石复合陶瓷的残余微应力．结果表明，这两种复合陶瓷基体中的微应力与颗粒含量成线性关系．分析了应力状态对裂纹扩展和晶界强化的影响．从微应力作用的角度计算了氧化铝／碳化硅和氧化铝／莫来石复合陶瓷基体晶界与晶粒韧性比，并进一步得到断口的穿晶断裂百分比，从而建立了这两种复合陶瓷微观结构及成分、基体微应力、穿晶断裂百分比三者的对应关系．这样根据颗粒强化复合陶瓷的微观结构、第二相含量及分布可以预测复合陶瓷的断裂特性．     

陶瓷材料微波烧结动力学机理研究

根据微波烧结的特点,结合陶瓷材料常规烧结过程的烧结机理,探索了以离子电导扩散为主的微波烧结动力学机理,采用平板－球模型,推导出了陶瓷材料微波烧结初期的烧结动力学方程,并以TZP,ZrO2-Al2O3陶瓷材料为例,对微波烧结初期的理论模型进行了验证．结果表明：微波烧结所获得的材料收缩率与烧结时间成2／3次方,与粉料的粒度尺寸成-4/3次方关系;而常规烧结收缩率与烧结时间成2／5次方,表明达到同样致密度时微波烧结所需的时间比常规烧结更短,与大部分实验规律相符（如TZP,ZrO2-Al2O3陶瓷材料）．     

晶种诱导长柱状晶生长规律与高韧性氧化铝陶瓷材料

研究了晶种引入和烧结方式对氧化铝长柱状晶粒生长和氧化铝陶瓷断裂韧性的影响. 实验以氢氧化铝为初始原料, 通过湿法球磨把高纯氧化铝磨球的磨屑作为晶种引入到氢氧化铝粉料中, 使氢氧化铝粉在较低温度锻烧转相为α相氧化铝. 研究发现这种转相后的α相氧化铝粉(含有晶种)经热压烧结可获得长柱状晶显微结构, 并且Al₂O₃晶粒形貌随晶种的引入量的不同而发生变化, 而无压烧结Al₂O₃晶粒主要呈等轴状. 具有长柱状α-Al₂O₃晶粒的微观结构可显著提高氧化铝材料的断裂韧性. 在40 MPa热压烧结(1600℃×2 h)的试样, 断裂韧性达到7.10 MPa·m^1/2, 比普通的氧化铝陶瓷断裂韧性提高1倍, 并且抗弯强度也高达630 MPa.     

氮化物陶瓷基复合材料烧蚀透波性能研究

采用前驱体转化法制备了2.5维石英纤维增强氮化物陶瓷基复合材料(2.5D SiO/Si3N4-BN), 在高温等离子体射流环境下研究了复合材料的烧蚀和透波性能, 用X射线衍射、扫描电镜对材料的相组成及烧蚀表面形貌进行测量和观察. 结果表明氮化物陶瓷基复合材料的线烧蚀率为0.33 mm/s, 高温透波率最高达98.6%. 烧蚀过程中, 熔融的石英液态层与基体相互保护, 烧蚀表面无石英熔融层堆积, 烧蚀表面平整     

压电陶瓷变压器的研究进展

压电陶瓷变压器是一种新型固态电子器件,具有高转换效率、高能量密度、结构简单、体积小、无电磁噪声的特点,在电子产品微型化的过程中起到了十分重要的作用。本文回顾了压电陶瓷变压器的发展历史,阐述了压电陶瓷变压器的基本工作原理,介绍了压电陶瓷变压器所用的新型压电材料、振动模式和几何结构、外围电路三大方面的最新研究进展。通过对比国内外在压电变压器领域的研究和应用现状,指出了我国发展压电变压器的优势和前景,并提出了压电变压器产业的发展方向。     

非导电工程陶瓷高能量电容单脉冲放电高效加工试验研究

针对传统加工方法在加工非导电工程陶瓷时存在加工效率低、成本高以及加工表面质量差等缺点，本文提出了非导电工程陶瓷高能量电容高效电火花加工新方法，并进行了单脉冲放电试验研究，结果表明，该方法采用高电压大电容以及较高的放电能量，能够较大地提高材料去除效率，单次脉冲放电陶瓷去除量可达17．63mm3．对加工极性、峰值电压、电容、限流电阻、工具电极进给方式、工具电极截面积以及辅助电极厚度等参数对陶瓷蚀除坑体积、工具电极损耗以及辅助电极损耗等性能的影响进行了试验研究与理论分析，得到了相应的规律关系．采用扫描电子显微镜对单脉冲放电坑的微观形貌进行了观测．结果表明：放电坑表面呈溅射状，陶瓷主要以剥落方式去除，放电通道中心区域部分材料以熔化蒸发方式去除，且材料去除效果随着加工参数的增大而增强．     

SiC/(W,Ti)C梯度陶瓷喷嘴的设计与制备

针对磨料喷射加工中陶瓷喷嘴在出、入口磨损最严重，而中间区域磨损相对较小的特点，提出将梯度材料理论运用于喷嘴材料的设计和制造中，研发梯度陶瓷喷嘴材料。通过控制陶瓷喷嘴材料的成分，使其沿喷嘴轴向呈梯度变化，从而使陶瓷喷嘴材料制备过程中于喷嘴入口表层形成残余压应力，达到缓解陶瓷喷嘴在使用过程中所产生的应力，提高其使用寿命的目的。建立了梯度陶瓷喷嘴的物理模型、物性参数模型及成分分布模型。采用有限元方法分析了SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴分布指数P对应力的影响，确定了SiC/(W,Ti)C单梯度喷嘴最佳分布指数为0.5。以本设计模型和有限元分析结论为基础，制备了SiC/(W,Ti)C单梯度陶瓷喷嘴。     

制备泡沫铝的一种新方法:烧结溶解法

烧结溶解法是近几年发展起来的一种制造泡沫铝的新工艺，具有可以精确控制孔洞形状，尺寸和孔隙率及其分布等特点，具有较好的质量价格综合指数，是生产均匀或梯度微细开孔中密度泡沫铝的有效方法，所制泡沫铝在吸能，吸音等领域有广泛的应用前景。本文简要介绍烧结溶解法的原理与工艺，所制泡沫铝的组织特征与机械性能，并讨论与其它各类现有方法相比所具有的优势与局限。     

复合Eshelby模型与铁电陶瓷畴片几何

将畴变的铁电晶粒处理为复合型Eshelby夹杂，定量研究了多晶铁电陶瓷的畴片几何. 所考虑的畴片构形包括自发极化孪晶结构和90°畴变的常规与非常规畴片组合. 确定的参数包括畴片的体积百分比、厚度和表面倾角. 对非常规畴片组合，导出了畴界的错配位错表达式和错配位错能. 所预测的铁电陶瓷畴片几何与在电场下的裂尖畴片实测值基本相符.     

8-mol%钇稳定氧化锆放电等离子烧结体的电学特性研究

采用等离子烧结技术, 在1350℃10 min所烧结的8-mol%钇稳氧化锆样品(SPS)与常规1450℃4 h烧结样品(CS)相比, SPS样品致密度已达到99％. 通过X射线衍射(XRD)对两种样品分析其结构均为立方体(F_m3m), 根据XRD谱(111)峰算得SPS样品的晶粒大小D₁₁₁为154 nm, CS样品的D₁₁₁大于1 μm. 用ZVIEW软件对不同测试温度下所得交流阻抗测试结果进行了拟合处理, 研究结果表明: SPS样品的离子电导率不同于CS样品; 在400～800℃温度范围内, 放电等离子烧结样品的活化能为91 kJ·mol^−1, 与常规烧结样品的96 kJ·mol^−1相一致, 这说明SPS烧结体的导电机理与常规烧结体基本一致.     

Pr/Nb共掺Bi_4Ti_3O_(12)铋层状陶瓷的光致发光与电性能研究

Bi_4Ti_3O_(12)是一种兼具有高居里温度和高电阻率的铋层状结构压电材料.本文利用Pr~(3+),Nb~(5+)分别对其A位Bi~(3+)和B位Ti~(4+)进行掺杂改性,采用传统固相法制备了Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)(BITN-xPr,0≤x≤0.1)陶瓷,通过控制Nb~(5+)离子的量不变,调节Pr~(3+)离子的浓度来研究不同稀土离子掺杂量对Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷的结构形貌、光致发光、介电以及铁电压电性能的影响.经X射线衍射(XRD)测试表明所有样品都具有单一正交相结构,且扫描电子显微镜(SEM)显示陶瓷具有层状形貌特征,拉曼光谱表明Pr~(3+)离子取代钙钛矿层的A位Bi~(3+)离子,导致TiO6八面体发生扭曲.通过蓝光和紫外激光对Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)陶瓷进行激发,可获得红色发光,使其有望作为红色荧光粉应用于蓝色基的白光LED照明.随着Pr浓度的增加,红色发光强度呈现出先增强后减弱的规律,居里温度表现出小幅度下降;另外,陶瓷的压电铁电性能均得到一定程度的改善,以上结果表明Bi_(4-x)Pr_xTi_(2.92)Nb_(0.08)O_(12)陶瓷是一种兼具铁电压电以及光致发光性能的多功能材料.     

图案化SiC和SiCN陶瓷微结构的制备

采用毛细管微模塑技术和转移微模塑技术, 以硅片为栽片, 以图案化聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为模板, 以聚碳硅烷(PCS)和聚硅氮烷(PSZ)为先驱体, 经过先驱体的渗入、先驱体的交联固化、弹性模板的去除以及图案化先驱体的无机化, 制备了图案化SiC和SiCN陶瓷微结构. 研究结果表明, 所制备的陶瓷微结构的尺寸和形状受模板的图案化尺寸和形状控制. 由于SiC和SiCN非氧化物陶瓷自身的优良性能将使得所制备的图案化SiC和SiCN陶瓷微结构在高温、高压等环境下具有非常广泛的应用前景.