1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210094
3 3.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
碳化硅(SiC)陶瓷作为一种高性能结构功能一体化的陶瓷材料, 在航空航天、核能工业和制动系统等领域应用广泛。然而, 传统的制造方法无法满足大尺寸复杂结构SiC陶瓷日益增长的市场需求, 例如发动机喷嘴、襟翼和涡轮叶片等。黏结剂喷射(BJ)3D打印突破了传统成型的约束, 可以提供新的制造思路。本工作采用颗粒级配SiC的思路, 基于级配理论优化较佳的颗粒度配比, 研究了BJ打印对级配前后SiC陶瓷素坯及烧结体性能的影响。研究发现, BJ打印级配后的SiC素坯经过一次前驱体浸渍裂解(PIP)处理, 能够快速制备抗弯强度最大达到(16.70± 0.53) MPa的SiC素坯, 相比采用20 μm中位径未级配的样品提高了116%。进一步采用液相渗硅制备了致密的SiC陶瓷, 其密度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到(2.655±0.001) g/cm3, (285±30) MPa, (243±12) GPa和(2.54±0.02) MPa·m1/2。XRD分析表明, SiC烧结体主要以3C-β-SiC晶为主。本研究基于颗粒级配的原料, 采用黏结剂喷射打印, 结合一次浸渍裂解与液相渗硅制备工艺, 高效可靠地制备了高性能SiC陶瓷材料。
碳化硅 颗粒级配 黏结剂喷射打印 前驱体浸渍裂解 silicon carbide particle grading binder jetting printing precursor impregnation and pyrolysis
1 1.上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
3 3.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
具备良好成骨性能和降解速率的生物陶瓷骨组织工程支架在骨修复领域极具应用潜力。镁黄长石(Ca2MgSi2O7)因其具有良好的力学性能、生物降解能力以及促成骨性能而备受关注。本研究以硅树脂为聚合物前驱体、碳酸钙与氧化镁为活性填料制备打印浆料, 采用挤出式3D打印技术在室温条件下制备支架素坯, 并在惰性气氛下高温烧结制备了镁黄长石生物陶瓷支架, 并对比研究了镁黄长石支架与斜硅钙石(Ca2SiO4)、镁橄榄石(Mg2SiO4)支架在结构、抗压强度、体外降解能力以及体外生物学性能等方面的差异。结果表明: 镁黄长石支架与斜硅钙石、镁橄榄石支架具有相似的三维多孔结构, 抗压强度、降解速率介于镁橄榄石和斜硅钙石之间, 但促进骨髓间充质干细胞的成骨基因表达能力显著强于镁橄榄石和斜硅钙石支架。本研究证实采用3D打印制备的镁黄长石支架有望作为骨组织工程较理想的支架。
聚合物前驱体 3D打印 生物陶瓷 polymer precursor 3D printing bioceramics
国防科技大学空天科学学院,新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，长沙 410073
超高温陶瓷（UHTC）在航空航天的热防护领域具有重要作用，高质量的UHTC粉体是制备高性能UHTC的重要原料。在制备UHTC粉体的工艺中，前驱体转化法制备的粉体纯度高、粒径小、各组分分布均匀，具有广阔的应用前景。本文根据前驱体合成机理将UHTC前驱体转化法分为金属醇盐配合物合成法、基于格氏反应合成法以及引入支链合成法，综述了近年来通过三种方法制备UHTC粉体的研究进展，分析总结了三种方法的优缺点，指出了UHTC前驱体转化法目前存在的问题以及未来发展方向。
前驱体转化法 超高温陶瓷粉体 反应机理 碳热还原 陶瓷产率 微观结构 precursor-derived method ultra-high temperature ceramics powder reaction mechanism carbothermic reduction ceramic yield microstructure
1 中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学，国家煤加工与洁净化工程技术研究中心，江苏 徐州 221116
结晶是材料生产和加工过程中非常重要的一步，也是自然环境中矿物生成的重要步骤。结晶演化过程中，最基本和最重要的步骤是成核。本文综述了近年来具有代表性的非经典成核路径，包括：旋节线分解、预成核团簇以及无定形前驱体等，论述了多种成核路径在同一体系共存的证据，探讨了将非经典成核纳入经典成核的理论体系建设，并展望了晶体成核未来的研究方向。本文为晶体成核提供了一个新视角--经典与非经典成核在同一体系共存，有助于对晶体成核理论提供更深入的认识。
晶体成核 非经典成核 旋节线分解 预成核团簇 无定形前驱体 crystal nucleation non-classical nucleation spinodal decomposition pre-nucleation clusters amorphous precursors
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071001
建立了原子层沉积 (Atomic Layer Deposition, ALD)反应腔室的三维模型, 利用ANSYS Fluent软件模拟分析了ALD过程中压强、前驱体脉冲时间、温度等工艺参数变化对前驱体分布的影响。模拟结果表明: 反应压强越低, Mg(Cp)2前驱体分子的扩散系数越高, 能更快且更均匀地分布在整个反应腔室之中; 前驱体脉冲时间越长, 在反应腔室内的分布越均匀; 当脉冲时间为250ms时, Mg(Cp)2在反应腔室内分布基本均匀, 反应腔室内各部位的前驱体质量分数基本一致; 当脉冲时间为200ms时, H2O基本均匀分布在反应腔室内。在MgO薄膜的ALD温度窗口内, 反应腔室内温度越高, Mg(Cp)2前驱体分子的扩散效应越强。
原子层沉积 计算流体力学 数值模拟 前驱体分布 atomic layer deposition computational fluid dynamics numerical simulation precursor distribution
二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯之后的新型二维材料，由于其自身的独特物理化学性质在半导体、光电材料、能源储存和催化制氢等方面备受瞩目。化学气相沉积(CVD)是目前适合实现大规模制备二维材料的工艺之一，制备过程中参数的高度可控性使其具有很大优势。本文综述了近期通过CVD制备TMDs的研究进展，探讨了在CVD制备工艺中各种参数对产物生长和最终形貌的影响，包括前驱体、温度、衬底、辅助剂、压力和载气流量等。列举了一些改进的CVD制备工艺，并对其特点进行了总结。最后讨论了目前CVD制备TMDs所面临的挑战并对其发展前景进行展望。
过渡金属硫族化合物 化学气相沉积 盐辅助化学气相沉积 金属有机化学气相沉积 二维材料 前驱体 影响因素 transition metal dichalcogenide chemical vapor deposition salt-assisted chemical vapor deposition metal-organic chemical vapor deposition two-dimensional material precursor influence factor
1 广东工业大学机电工程学院，广州 510006
2 中广核研究院有限公司，广东 深圳 518026
由于高脆性、高硬度、高耐磨等特点，SiC陶瓷较难直接加工成大型结构复杂的零部件，发展连接技术是推动其工程化应用的主要方法之一。在众多连接方法中，以SiC为连接层主相的连接方法制备的接头具有连接强度高、接头应力小、抗辐照、抗化学腐蚀和耐高温等优势，成为SiC陶瓷连接重点关注的技术，包括纳米浸渍瞬态共晶相连接(NITE相连接)、硅-碳反应连接(Si-C反应连接)和前驱体连接。本工作从连接机理、连接工艺、接头成分、微观结构和连接强度等方面综述了上述3种以SiC为连接层主相的SiC陶瓷及其复合材料的连接技术，并对3种连接技术的优缺点进行了对比分析，最后对发展趋势进行了展望。
碳化硅陶瓷连接 纳米浸渍瞬态共晶相连接 硅-碳反应连接 前驱体连接 joining of silicon carbide ceramics nano-infiltrated transient eutectoid phase joining silicon-carbon reaction joining precursor joining
内蒙古科技大学材料与冶金学院, 白云鄂博矿多金属资源综合利用重点实验室, 内蒙古 包头 014010
高能球磨法是材料制备过程中常用的方法, 通过物料在高速运转的过程中进行磨合而产生晶体空位缺陷, 实现元素的掺杂, 进而发生化学吸附或化学反应, 合成产生新的物相, 对于后续合成材料的性能有很大影响。 钡铁氧体具有良好的磁性能, 被用于功能材料制备的诸多领域。 采用高能球磨法制备钡铁氧体前驱体, 利用XRD, SEM和FTIR检测方法考察不同高能球磨时间下钡铁氧体前驱体物相、 微观形貌及官能团的变化规律, 并通过红外二阶导数光谱、 拟合平滑光谱计算法, 定量分析高能球磨过程中物相的变化规律。 XRD及SEM检测结果表明, 随球磨时间增加, 钡铁氧体前驱体各物相的衍射峰宽度变宽, 粉末细化, 晶格逐渐发生畸变, 产生晶体空位缺陷, 从而使Ba溶入Fe2O3晶格中生成BaxFe2-xO3的固溶体, 且产生吸附“团聚”现象; 当球磨时间大于40 h时, 发生“纳米尺寸效应”, 生成有磁性的Fe3O4及BaxFe3-xO4固溶体。 红外光谱分析结果显示, 随着球磨时间的增加, BaCO3和α-Fe2O3的特征峰均存在峰强减小、 峰位发生明显移动的规律, 表明随着球磨时间增加, BaCO3和α-Fe2O3颗粒粒度变小, 且发生化学吸附。 通过红外光谱的平滑拟合光谱和二阶导数光谱计算可知, 随球磨时间的增加, 各吸收峰面积均明显减小。 相对于球磨0 h, 在球磨10, 20和40 h后, 波数473 cm-1的Fe—O键振动吸收峰的峰面积分别减少48.84%, 65.97%和93.54%; 而在波数540 cm-1处的Fe—O键吸收峰的峰面积则分别减少37.11%, 51.76%和82.85%; 同理, 在波数856 cm-1处的O—C—O键的面内弯曲振动吸收峰的峰面积分别减少30.62%, 44.71%和67.10%; 在波数1 446 cm-1处的C—O键不对称伸缩振动峰的峰面积则分别减少0.03%, 27.63%和57.90%。 从定量分析的角度考察了钡铁氧体前驱体高能球磨过程中物相的变化规律并精准确定反应产物含量变化的百分比, 对于后续材料的合成与性能随钡铁氧体前驱体物相不同而发生变化的研究有重要的指导意义。
钡铁氧体前驱体 高能球磨 光谱拟合 二阶导数光谱 Barium ferrite precursors High energy ball milling Spectral fitting Second derivative spectrum 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1634
