1 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110135
2 中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院，辽宁 沈阳 110169
4 航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110850
针对目前激光选区熔化难以直接成形大尺寸、高强度铝合金构件的问题，对定向能量沉积（DED）连接激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的工艺进行研究，分析缺陷分布的位置、形貌以及对力学性能的影响，对比分析定向能量沉积参数以及超声外场辅助下连接试样的微观组织、元素分布和力学性能，并通过热等静压进一步提升力学性能。结果表明：缺陷主要分布在基材与连接区交界的熔合区，密集气孔聚集导致熔合区硬度远低于连接区和基材的硬度，并使整体拉伸性能弱化。在75~150 J/mm2激光能量密度范围内，随能量密度增大，致密度和抗拉强度均提升。采用3000 W激光功率、5 mm/s扫描速率、3.7 g/min送粉速率，得到最高的熔合区硬度、连接区致密度以及抗拉强度，分别为90 HV、90.83%、203.38 MPa。超声外场辅助会促进Al3（Sc，Zr）强化相的析出并细化晶粒，且能够有效减少气孔的数量和缩小气孔的尺寸。超声后试样的综合力学性能得到显著提升，熔合区硬度为95 HV，致密度为93.06%，抗拉强度为292 MPa，较未加超声时分别提高了5%、2.4%和44%。超声后采用热等静压的后处理方法，可使综合力学性能得到进一步提升，熔合区硬度为160 HV，致密度为99.99%，抗拉强度为405.71 MPa，较未热等静压时分别提高了68.4%、7.4%和38.9%。
光学设计 定向能量沉积 连接 Al-Mg-Sc-Zr合金 超声外场辅助 力学性能 热等静压
利用选区激光熔化技术制备GH3536试样，研究了热等静压处理前、后选区激光熔化GH3536微观结构演变对力学性能各向异性的影响。利用扫描电镜、电子背向散射衍射和拉伸试验等方法对沉积态和热等静压态试样进行了微观组织、晶体织构和力学性能表征分析。研究结果表明，与传统工艺相比沉积态试样形成了超细晶组织且拉伸性能较高。X-Y面中的等轴晶存在〈001〉和〈101〉择优取向；Y-Z面中外延生长的柱状晶结构的〈001〉晶向近似与增材方向平行。受晶粒尺寸及织构强度的影响，相对于纵向试样，横向试样的屈服和抗拉强度更高，但其延展性偏低，在断口中观察到脆性断裂特征及未熔合缺陷。经热等静压处理后，柱状晶粒发生等轴化转变，晶粒取向随机分布，碳化物沿晶界析出，裂纹愈合，但是试样拉伸强度降低，塑性升高，并且各向异性消失。
激光技术 选区激光熔化 GH3536合金 热等静压 微观结构 拉伸性能
1 北京有色金属研究总院有研国晶辉新材料有限公司, 河北廊坊 065001
2 北京有色金属研究总院有研资源环境技术研究院(北京)有限公司, 北京 101407
3 北京有色金属研究总院有研稀土新材料股份有限公司, 河北三河 065201
镁铝尖晶石透明陶瓷是一种优异的中红外材料, 被广泛应用在**领域和民用领域, 具有典型的军民通用特点。本工作研究了烧结工艺对镁铝尖晶石透明陶瓷物相、显微结构及光学性能的影响, 确定了适合高质量镁铝尖晶石透明陶瓷烧结工艺路线, 对加快大尺寸透明陶瓷装甲材料产业化具有重要意义。结果表明: 热压 MgAl2O4透明陶瓷中 Li离子可能以 LiAlO2形式存在；热等静压 MgAl2O4透明陶瓷的优先取向生长面为(311)；热压和热等静压工艺制备的 MgAl2O4陶瓷中 Al离子、 Mg离子偏离化学计量配比且 Al和 Mg摩尔比大于 2, 随着热等静压压力增大, 陶瓷内部小晶粒增多, 同时发现 MgAl2O4陶瓷晶粒尺寸控制在 20~40 μm有利于提升 3~5 μm平均透过率, 处理温度 1 750℃、压力 170 MPa条件下有利于提升 MgAl2O4透明陶瓷 3~5 μm波段的平均透过率, 平均透过率大于 85 %。同时, 发现热等静压烧结时间对提升 MgAl2O4透明陶瓷的红外透过率作用较小。
镁铝尖晶石透明陶瓷 热压 热等静压 物相分析 显微结构 光学性能 magnesia.alumina spinel transparent ceramic hot pressing hot isostatic pressing phase analysis microstructure optical performance
1 1.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
3 3.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
彩色氧化锆陶瓷具有鲜艳色彩、高折射率、耐磨损、耐腐蚀及对人体无毒等优点, 被广泛应用于电子、装饰等领域。本研究采用共沉淀法合成了平均粒径为15.9 nm的立方相Ce:8YSZ纳米粉体。以经过800 ℃煅烧4 h的粉体为原料, 通过两步烧结技术制备了具有高光学透过率和高红色度的Ce:8YSZ透明陶瓷,并系统研究了空气预烧温度对红色Ce:8YSZ透明陶瓷微观结构、直线透过率和色度的影响。当预烧温度从1200 ℃升高到1300 ℃时, Ce:8YSZ陶瓷的平均晶粒尺寸从0.3 μm增大到2.2 μm, 同时相对密度从87.2%增加到97.1%。经过1275 ℃空气预烧2 h并结合1700 ℃热等静压烧结3 h所得的Ce:8YSZ透明陶瓷表现出最佳的光学质量和最大的红色度值, 在700 nm处的直线透过率为47.6%, 红色度为52.0。
Ce:8YSZ 红色透明陶瓷 空气预烧 热等静压烧结 光学性能 Ce-doped 8YSZ red transparent ceramics air pre-sintering hot isostatic pressing optical property
1 江苏大学 材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
2 中国科学院上海硅酸盐研究所 透明光功能无机材料重点实验室，上海 201899
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
4 Istituto di Fisica Applicata “N. Carrara”，Consiglio Nazionale delle Ricerche，CNR⁃IFAC，Via Madonna del Piano 10C，50019 Sesto Fiorentino（Fi），Italy
5 Istituto Nazionale di Ottica，Consiglio Nazionale delle Ricerche，CNR‑INO，Via Madonna del Piano 10C，50019 Sesto Fiorentino（Fi），Italy
以NH4HCO3为沉淀剂，通过共沉淀法合成了分散性良好的Dy，Tb∶LuAG纳米粉体，并研究了前驱体的热分解行为、粉体的物相及显微形貌。在不添加任何烧结助剂的情况下，采用真空预烧结合热等静压烧结技术首次制备出高透明的Dy，Tb∶LuAG陶瓷，并研究了预烧温度对陶瓷显微形貌及光学质量的影响。当预烧温度为1 600 ℃时，退火后的Dy，Tb∶LuAG陶瓷（厚度为1.5 mm）在578 nm处的直线透过率达到83.6%，平均晶粒尺寸为0.9 μm。此外，退火后的3%Dy，1%Tb∶LuAG透明陶瓷在447 nm的吸收截面积为1.3×10-21 cm2，半高宽为3.0 nm，与商用GaN蓝色激光二极管具有良好的匹配性。研究表明，Dy，Tb∶LuAG透明陶瓷在黄光激光领域具有潜在的应用价值。
Dy，Tb∶LuAG 透明陶瓷 共沉淀法 热等静压烧结 Dy，Tb∶LuAG transparent ceramics co-precipitation method hot isostatic pressing
1 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
2 北京理工大学, 北京 100081
3 云南北方光学科技有限公司, 云南 昆明 650217
4 云南大学物理与天文学院, 云南省高校光电器件工程重点实验室, 云南 昆明 650550
多光谱波段透过型ZnS体材料在整流罩、红外透镜、红外窗口等领域具有广泛应用。本文全面梳理和总结了ZnS体材料制备技术的最新研究进展, 包括热压技术、化学气相沉积+热等静压技术等。分析了不同制备方法对ZnS体材料光学性能的影响因素。最后展望了ZnS体材料的未来发展方向。
硫化锌体材料 红外光学窗口 热压法 化学气相沉积 热等静压 ZnS bulk material, infrared optical window, hot pr
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 中国科学院 上海硅酸盐研究所， 上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院， 北京 100049
3 厦门大学 材料学院， 福建 厦门 361005
目前报道的高热导AlN-CaAlSiN3∶Eu红色复相荧光陶瓷由于放电等离子体烧结(SPS)产生的碳污染问题导致发光性能难以提高。本研究工作提出了一种减少氮化物荧光陶瓷碳污染的有效方法，即采用热等静压(HIP)在N2气氛中处理SPS烧结的样品。实验表明，经过HIP处理后样品的发光强度和量子效率最高均提高了一倍左右，光通量提高了51%，发光饱和阈值提高了15%以上。其中，性能最佳的样品在入射激光功率高达15 W时依然保持完好且未发生发光饱和，光通量高达197 lm。本研究工作利用HIP处理制备出具有优异发光性能和极高发光饱和阈值的红色荧光陶瓷，促进了大功率激光照明领域的发展。
激光照明 氮化物 荧光陶瓷 热等静压烧结 发光饱和 laser lighting nitrides phosphor ceramics hot isostatic pressing luminance saturation
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.江苏大学 材料科学与工程学院, 镇江 212013
钴掺杂的镁铝尖晶石透明陶瓷是用于近红外区域工作的无源调Q固态激光器的有效材料。为制备具有高吸收截面和高透过率的Co:MgAl2O4透明陶瓷, 采用共沉淀法合成钴掺杂的纯相镁铝尖晶石纳米粉体, 并通过真空烧结结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP), 制备得到了高质量的0.05at% Co:MgAl2O4透明陶瓷, 同时系统研究了预烧结温度对Co:MgAl2O4陶瓷微观结构和光学性能的影响。当预烧结温度从1500 ℃升高至1650 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度从95.2%增大到98.5%, 而当预烧温度升高至1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度降低至97.7％。真空预烧后Co:MgAl2O4陶瓷的相对密度较低, 因此预烧后的Co:MgAl2O4陶瓷均为不透明的。当预烧温度从1500 ℃升高到1700 ℃, Co:MgAl2O4陶瓷的平均晶粒尺寸从2.3 μm增大到11.3 μm。经过HIP后处理后, 在1550~1700 ℃×5 h真空预烧条件下的Co:MgAl 2O4陶瓷都是透明的, 而经过1650 ℃×5 h真空预烧结合1800 ℃×3 h HIP后处理的Co:MgAl2O4透明陶瓷表现出最佳的光学质量, 在400和900 nm处的直线透过率分别为81.4%和85.9%, 平均晶粒尺寸为16.8 μm。在500~700 nm和1200~1600 nm波长范围内的宽吸收带表明Co 2+已掺入尖晶石晶格中。此外, 经计算, 最佳光学质量的样品在1540 nm处的基态吸收截面为6.18×10-19 cm2, 表明Co:MgAl2O4已经成为固态激光器中被动调Q可饱和吸收体的最有潜力的材料之一。
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 透明光功能无机材料重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
3 3.上海师范大学 物理系, 上海 200234
Ce:SrHfO3陶瓷因具有高密度和高有效原子序数, 对高能射线具有很强的阻止能力。同时, Ce:SrHfO3陶瓷还具有快衰减和高能量分辨率等优异的闪烁性能, 引起了研究人员的广泛关注。由于传统的烧结方法难以实现非立方结构Ce:SrHfO3陶瓷的透明化, 本研究采用真空长时烧结和短时真空预烧结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP)方法制备Ce,Y:SrHfO3陶瓷。以金属氧化物和碳酸盐为原料, 1200 ℃下煅烧8 h可以获得平均粒径为152 nm的纯相Ce,Y:SrHfO3粉体。1800 ℃真空烧结20 h获得平均晶粒尺寸为28.6 μm的不透明的Ce,Y:SrHfO3陶瓷, 而两步烧结法可以制备光学透过率良好的Ce,Y:SrHfO3陶瓷。本研究详细分析了陶瓷致密化过程中微结构的演变, 探究了预烧结温度对Ce,Y:SrHfO3陶瓷密度、显微结构和光学透过率的影响。真空预烧(1500 ℃×2 h)结合HIP后处理(1800 ℃×3 h, 200 MPa Ar)所获得的Ce,Y:SrHfO3陶瓷在800 nm处的最高直线透过率为21.6%, 平均晶粒尺寸仅为3.4 μm。在X射线激发下, Ce,Y:SrHfO3陶瓷在400 nm处产生Ce3+ 5d-4f发射峰, 其XEL积分强度比商用锗酸铋(BGO)晶体高3.3倍, Ce,Y:SrHfO3陶瓷在1 μs门宽下的光产额约为3700 ph/MeV。良好的光学和闪烁性能可以拓宽Ce,Y:SrHfO3陶瓷在闪烁探测领域的应用。
