1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春长光精瓷复合材料有限公司，吉林 长春 130033
碳化硅陶瓷具有力学和热学综合性能优势，已广泛应用于光学/精密结构构件的制造。综述了应用于天/地基先进光电系统领域的碳化硅陶瓷制备技术国内外现状，对比分析了常压烧结、反应烧结、气相转化/沉积三种已获得工程化应用的致密化技术，以及预制体成型技术和材料性能调控方法；介绍了碳化硅陶瓷的增材制造技术，及其应用于光学/精密结构构件制备的进展；总结了超大口径、超高复杂度碳化硅陶瓷的连接技术。阐述了不同应用场景对碳化硅陶瓷的性能需求及其面临的挑战，展望了碳化硅陶瓷制备技术的发展趋势。
光学材料 碳化硅陶瓷 光学/精密结构构件 致密化技术 增材制造 连接技术
西安建筑科技大学材料科学与工程学院，西安 710055
Ca2Mg2Al28O46 (C2M2A14)耐火材料具有优异的高温使用性能，为了将这类耐火材料应用在高温窑炉，本工作采用高温固相反应烧结法合成了三元化合物C2M2A14，研究了烧成温度及添加1% (质量分数) Fe2O3对试样相组成演变与组构及其致密化进程的影响。结果表明：C2M2A14在1 650 ℃由六铝酸钙(CA6)与尖晶石反应生成，在1 750 ℃大量生成，随着六方板状CA6转化为多面体C2M2A14和低共熔液相的出现，致密化进程加快。加入Fe2O3后，由原来(1,1,15)晶面择优取向的六方板状晶体转变为(119)晶面择优取向的菱面体，同时由于Fe离子的固溶活化作用，促进了致密化进程，相同烧成温度可获得更加致密的合成产物，经1 780 ℃保温3 h烧成制备的C2M2A14试样显气孔率为12.5%、吸水率为3.9%、体积密度为3.20 g瘙簚cm?偉d3，获得了一种高温耐火材料。
钙镁铝氧化物 相组成演变 组构 致密化进程 calcium magnesium aluminum oxide phase composition fabric densification evolution
内蒙古科技大学材料与冶金学院, 包头 014010
铬酸镧基陶瓷具有优异的性能, 在诸多领域内得到广泛的应用。致密的铬酸镧基陶瓷可作为高温固体氧化物燃料电池的连接体材料。本文综述了使用固相法、溶胶-凝胶法、燃烧及水热法等方法制备铬酸镧粉体的过程, 分析了铬酸镧基陶瓷难致密化的原因, 基于现阶段的制备方式总结了能实现致密化过程的多种新型烧结方式, 同时调研了不同位置的掺杂改性及复合等方式在电性能改善方面的研究进展, 最后对后续的研究发展方向进行了展望。
陶瓷 固态氧化物燃料电池连接体 铬酸镧 粉体合成 致密化 掺杂改性 电性能 ceramics solid oxide fuel cell connector lanthanum chromate powder synthesis densification doping modification electrical property
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 3.南京工业大学 材料科学与工程学院, 南京 211816
目前光固化3D打印技术因打印成型精度高而被广泛应用于陶瓷增材制造, 其中非氧化物陶瓷如碳化硅、氮化硅等因打印材料粉体折射率和吸光度比较高, 光固化陶瓷浆料存在分散稳定性差、入射光难穿透并产生光固化反应的固化层厚度低等问题, 导致其固含量很难提高甚至于无法打印成型。高固含量的非氧化物陶瓷打印成型成为光固化3D打印的主要难点, 吸引了广大学者对其光固化机理、粉体调控等机制进行研究。本文系统地总结了几种非氧化物陶瓷光固化浆料的制备、光固化成型、有机物去除及烧结致密化的研究工作, 并就如何对光敏树脂组成进行调节、对陶瓷粉体进行改性的几种方法进行分析与讨论, 针对性地提出创新方案来改善非氧化物陶瓷的浆料性能、光固化打印优化和致密化缺陷修复及性能提升, 最终推动大尺寸、复杂结构的非氧化物陶瓷部件光固化增材制造高精度制备技术的进步。
光固化 3D打印 非氧化物 致密化 综述 stereolithography 3D printing non-oxide densification review
BiFeO3-BaTiO3陶瓷的低温快速烧结致密化有助于抑制Bi元素的挥发, 降低能耗以及快速筛选出具有优异电学性能的BiFeO3-BaTiO3基陶瓷材料。在200 V/cm的直流电场和280 mA的限制电流作用下, 通过反应闪烧Bi2O3、Fe2O3、TiO2和BaCO3混合粉体, 能够在415 ℃的炉温下, 30 s内获得具有良好铁电及压电性能的致密BiFeO3-BaTiO3陶瓷。反应闪烧过程中, 固相化学反应和烧结致密化同时发生; 限制电流值的大小对样品的相变和致密化程度有重要影响。反应闪烧技术可通过一步闪烧陶瓷材料的前驱体混合粉末而获得单相且致密的陶瓷材料, 为陶瓷材料的快速制备提供了一个新的途径。
铁酸铋-钛酸钡 无铅压电陶瓷 反应闪烧 相变 致密化 bismuth ferrite-Barium titanate lead-free piezoelectric ceramics reactive flash sintering phase transformation densification
西南科技大学，制造过程实验技术教育部重点实验室，四川 绵阳 621010
利用光学显微镜、摩擦磨损试验机和光学轮廓仪，研究了摩擦引起的硼硅酸盐玻璃次表面损伤对玻璃腐蚀行为的影响规律。结果表明：玻璃的腐蚀行为取决于次表面损伤的类型。当摩擦诱导产生玻璃次表面致密化时，玻璃磨痕处因腐蚀导致的体积增量比非损伤区的大，但其经(0.9×Tg) K退火后其磨痕体积增量几乎为零。当摩擦诱导产生玻璃次表面裂纹时，腐蚀诱导的玻璃磨痕体积增量较大，并且经(0.9×Tg) K退火处理后其腐蚀诱导的磨痕体积增量仍然存在，但经更高温度和时长的退火可消除其腐蚀导致的磨痕体积增量。
玻璃 次表面损伤 摩擦 磨损 裂纹 致密化 腐蚀 glass subsurface damage friction wear cracking densification dissolution
1 中材高新氮化物陶瓷有限公司，山东 淄博 255000
2 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001
3 山东工业陶瓷研究设计院有限公司，山东 淄博 255000
以Yb2O3-Al2O3作为烧结助剂，采用烧结-热等静压工艺制备了具有高致密度和优异力学性能的Si3N4-SiCw复合材料，研究了TiO2含量对Si3N4-SiCw复合材料致密化和力学性能的影响。结果表明：TiO2的加入促进了Si3N4-SiCw复合材料的致密化。随着TiO2含量的增加，Si3N4-8%SiCw复合材料的抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度均呈现出先提高后降低的变化趋势。当TiO2含量(质量分数)为3%时，Si3N4-8%SiCw复合材料的相对密度和综合力学性能最佳，其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和Vickers硬度分别为(99.5±0.1)%、(1 301±87) MPa、(7.8±0.1) MPa?m1/2、(16.2±0.1) GPa。TiO2和Si3N4之间的原位反应生成的SiO2和TiN对Si3N4-SiCw复合材料的界面结合强度及力学性能产生了重要影响。
氮化硅 碳化硅晶须 致密化 力学性能 烧结-热等静压 silicon nitride silicon carbide whisker densification mechanical properties sinter-hot isostatic pressing
1 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 中国科学院 过程工程研究所, 湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室, 中国科学院绿色过程与工程重点实验室, 北京 100190
3 中国科学院 理化技术研究所, 北京 100190
La2O3-TiO2-ZrO2玻璃具有很高的折射率, 在镜头材料和上转换发光基质材料等领域表现出良好的应用前景, 但其玻璃形成能力低, 通常只能采用快速冷却的方法制备, 因此难以获得大尺寸材料。为了获得大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2玻璃, 本研究采用La2O3-TiO2-ZrO2非晶粉末为原料, 利用非晶在玻璃转变温度以上的塑性行为, 在温度动力学窗口ΔT内进行热压烧结制备了大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2玻璃, 在保持非晶的前提下实现了La2O3-TiO2-ZrO2粉末的完全致密化。采用SEM、XRD等方法研究了样品的显微结构和相组成。研究发现, 当烧结温度高于910 ℃时, 烧结过程中会析出La4Ti9O24晶相; 当烧结温度低于900 ℃时, 样品保持良好的非晶性, 并随着烧结温度的增加, 样品的致密度有所升高。烧结压力也会影响烧结过程, 样品的致密度随着烧结压力升高而增加。大尺寸La2O3-TiO2-ZrO2非晶材料具有很高的折射率, 在587.6 nm处折射率可达到2.33。在La2O3-TiO2-ZrO2非晶粉末烧结过程中, 塑性流动是其主要的传质机理。
无容器凝固 非晶 热压烧结 致密化 塑性流动 containerless method amorphous hot-pressed sintering densification plastic flow
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
为了得到性能良好的Al-Si合金零件, 对选区激光熔化成形Al-Si合金的成形特性以及成形试样中裂纹进行了研究, 得到了成形样致密度和工艺参量的关系以及裂纹的形成机制。在合适的工艺区间内, 随着激光能量密度的增大, 致密度先上升后下降; 大部分试样底部存在沿熔覆层扩展的冷裂纹; 其形成机制是Al-Si合金粉末成形过程中, 生成大量共晶Si相, 使材料的抗裂性能不足以抵抗成形过程中的高温度梯度导致的残余应力所致。结果表明, 通过调整成形工艺参量, 可以得到无裂纹的性能良好的成型零件。
激光技术 选区激光熔化 Al-Si合金 致密度 裂纹 laser technique selective laser melting Al-Si alloy densification crack
华中科技大学 武汉光电国家实验室，武汉 430074
为了研究激光直写技术在薄膜器件成型工艺中的应用，采用波长为1．07μm的连续光纤激光器对SiO2／Si基表面SiO2－TiO2多孔溶胶－凝胶薄膜进行致密化的方法，得到了激光功率密度对薄膜收缩率的影响规律以及热处理温度对薄膜的激光致密化功率密度阈值和厚度变化的影响结果。结果表明，薄膜收缩率随着激光功率密度的增加而增大。薄膜热处理温度越高，激光致密化功率密度阈值越高，达到薄膜致密化极限需要的激光能量越大。激光致密化机制是通过硅衬底吸收激光能量，然后以热传导的形式加热溶胶－凝胶疏松薄膜，实现薄膜致密化。
激光技术 激光致密化 溶胶－凝胶 机理 laser technique SiO2－TiO2 SiO2-TiO2 laser densification sol-gel mechanism
