以电熔镁砂、鳞片石墨和金属铝粉为原料,酚醛树脂为结合剂,在氮气气氛中,经1 300~1 600 ℃热处理后制备了镁碳耐火材料。分析了镁碳耐火材料的物相重构和微结构演变,揭示了化学气相沉积反应形成两种不同形貌氧化镁的机制。结果表明:在1 300~1 500 ℃时,试样的非氧化物组成为碳化铝(Al₄C₃)、氮化铝(AlN)和镁铝氮化物(Mg₃Al_nN_n+2, n=2或3);在1 600 ℃时,热处理后试样中碳化铝和氮化铝的衍射特征峰值强度急剧降低,出现氮碳化铝(Al₇C₃N₃)的尖锐衍射特征峰。铝热还原MgO和碳热还原MgO产生了Mg(g)。在试样表面,Mg(g)与氧气反应形成MgO晶须;在试样内部,Mg(g)与氧气发生CVD化学沉积反应形成立方MgO晶体。在热处理后试样的微区组织结构中,片状AlN与片状Mg₃Al_nN_n+2存在一定的位相关系,二者伴生存在,形貌难以区分。

将15 cm×15 cm×1 cm的粘胶纤维模板放入浓度为1、2及3 mol·L^-1的ZrOCl₂溶液,分别在20、40、60 ℃下浸渍20 h,经过洗涤、离心、干燥得到ZrO₂纤维前驱体,再对前驱体进行600、800、1 000、1 200 ℃保温 2 h热处理制得ZrO₂纤维。研究浸渍温度、浸渍液浓度、热处理温度对ZrO₂纤维形貌和相组成的影响。结果表明,随着浸渍温度由20 ℃提高到60 ℃,浸渍液浓度由1 mol·L^-1提高到3 mol·L^-1,纤维横截面微观形貌由扁平状向圆柱状变化,同时纤维的平均直径逐渐增大,说明提高浸渍温度和浸渍液浓度有利于粘胶纤维模板对Zr⁴⁺的吸附。ZrO₂纤维经过热处理后,主要是以单斜相ZrO₂存在。随着热处理温度的增加,ZrO₂纤维晶粒变大,结晶程度增加,同时纤维表面经历由光滑到小晶粒出现再到裂纹出现的转变。

为了提高ρ-Al₂O₃结合刚玉浇注料的抗爆裂性能,在其中分别外加0、0.025%、0.050%、0.075%、0.100%、0.125%(w)的防爆剂H₂O₂,经混练、浇注成型后,一部分在室温下养护12 h后脱模,然后分别在450、500、550、600、650、700、750、800 ℃下进行抗爆裂试验;另一部分经养护、干燥、烧成后,检测其致密度、常温力学性能、透气度、孔径分布。结果表明:1)随着H₂O₂加入量的增大,浇注料的抗爆裂性能逐渐增强,平均孔径逐渐增大,致密度和强度逐渐减小。2)综合考虑,H₂O₂的适宜加入量应控制在0.075%(w)以内。

以光敏丙烯酸树脂与分散剂SP-710为液相,以d₅₀=2.38 μm的Al₂O₃粉和添加剂TiO₂粉为固相,制备了固含量为78%(w)的Al₂O₃陶瓷浆料。采用数字光固化成型技术(DLP)打印Al₂O₃陶瓷素坯,经1 450、1 500、1 550、1 600 ℃保温4 h烧后,分析TiO₂加入量(质量分数分别为0、1%、2%、3%、5%)对Al₂O₃陶瓷试样性能的影响。结果表明:TiO₂的加入可促进Al₂O₃陶瓷的烧结,显著提高致密性,降低烧结温度,并确定TiO₂最优掺量为3%(w),烧结温度最优为1 600 ℃,此时试样在x轴、y轴、z轴的收缩率分别为15.7%、15.8%与23.8%,显气孔率为2.41%,体积密度为3.74 g·cm^-3,三点弯曲强度为251.1 MPa,与未添加TiO₂的Al₂O₃陶瓷对比,体积密度提高了0.56 g·cm^-3,显气孔率由20.19%降低为2.41%,三点弯曲强度增大为原来的2.5倍。因此,加入适量TiO₂,可以有效提高DLP打印陶瓷体的致密度与强度,使打印试样的性能接近压制成型的试样,有望使打印工艺应用于耐火材料领域。

以粒度分别为0.6~0.9和0.5~0.6 mm的镁铝尖晶石空心球以及d ₅₀=2.38 μm 的Al₂O₃微粉为主要原料,氧化铝溶胶为结合剂,十二烷基硫酸钠为发泡剂,十二醇和羧甲基纤维素钠为稳泡剂,采用发泡法制备镁铝尖晶石空心球隔热材料,主要研究了镁铝尖晶石空心球粒度级配和氧化铝溶胶加入量对烧后试样致密度、强度、烧后线收缩率、重烧线变化、热导率、物相组成和显微结构等的影响。结果表明:1)随着0.5~0.6 mm空心球加入比例的增大,试样的显气孔率和烧后线收缩率逐渐减小,体积密度、重烧线变化、常温耐压强度和热导率逐渐增大。2)0.6~0.9 mm空心球加入量为0,0.5~0.6 mm空心球加入量为60%(w),每100 g主料中氧化铝溶胶加入量为13.972 7 g时,试样的体积密度为1.13 g·cm^-3,常温耐压强度为19.3 MPa,1 600 ℃保温3 h重烧线变化率为0.22%,1 200 ℃的热导率为0.517 W·m^-1·K^-1。3)随着氧化铝溶胶加入量的增加,试样的显气孔率和烧后线收缩率逐渐增大,体积密度、重烧线变化和常温耐压强度逐渐减小。4)0.5~0.6 mm空心球加入量为60%(w),每100 g主料中氧化铝溶胶加入量为16.188 7 g时,试样的显气孔率为69.7%,常温耐压强度为7.1 MPa,1 600 ℃保温3 h条件下的重烧线变化率为0.05%。

采用Ca²⁺-Fe³⁺掺杂的铝酸镧为辐射粉体基料,分别以磷酸二氢铝、水玻璃、硅溶胶和铝溶胶为黏结剂制备了铝酸镧涂层材料,将其涂覆于刚玉空心球砖表面,研究了黏结剂种类对涂层材料的物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:以铝溶胶为黏结剂所制得涂层杂质相对较少,为最佳的黏结剂选择;以铝溶胶为黏结剂的钙铁掺杂铝酸镧辐射剂在刚玉空心球砖表面的抗剥落性最好。

以α-Al₂O₃微粉、CaCO₃(分析纯)为主要原料,以去离子水为溶剂,丙烯酰胺为单体,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用凝胶注模工艺合成CA₆多孔陶瓷,研究了分散剂 (NaPO₃)₆加入量(分别占粉体质量的0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1%)、pH(pH分别为7、8、9、10、11、12和13)和固相含量(固相体积分数分别为40%、42%、44%、46%和48%)对α-Al₂O₃-CaCO₃复合浆料流变性以及CA₆多孔陶瓷性能的影响,从而确定凝胶注模法制备CA₆多孔陶瓷的最佳工艺。结果表明:随着α-Al₂O₃-CaCO₃复合浆料中(NaPO₃)₆加入量的增加和pH的升高,其黏度呈现出先减小后增大的趋势;随着固相含量的增加,α-Al₂O₃-CaCO₃复合浆料的黏度逐渐增大,CA₆多孔陶瓷的体积密度随之增加,显气孔率随之降低。最佳工艺条件为:分散剂(NaPO₃)₆加入量为 0.4%(w),pH为11,固相含量为46%(φ),此时所制备的CA₆多孔陶瓷在保持高气孔率的同时具有较高的力学强度,且显微结构均匀性较好。

为了实现钛铁渣的有效利用,以钛铁渣、焦炭和SiO₂为原料通过碳热还原氮化法制备了含TiCN的复合材料,研究了工艺条件对反应产物的影响。TiCN的最佳合成条件为在流动氮气下经1 400 ℃保温4 h,且焦炭加入量的增加可促进TiCN的生成。采用Kissinger法、Ozawa法和Coats-Redfern法研究了以钛铁渣为原料制备TiCN的反应非等温动力学。反应的最概然机制函数为G(α)=[-ln(1-α)]³,反应机制为随机成核和随后生长,反应级数n=3。反应的活化能E=115.34 kJ·mol^-1,指前因子A=6.76×10⁴⁷ min^-1。

以板状刚玉、α-Al₂O₃微粉、鳞片石墨和Mg粉为原料,以酚醛树脂为结合剂,制备了添加Mg粉的Al₂O₃-C材料,研究了不同温度埋炭处理后(600~1 400 ℃)Mg粉对不烧Al₂O₃-C材料性能的影响。结果表明:金属Mg活性高,Mg在600 ℃即可与O₂、CO或CO₂反应生成MgO陶瓷相,保护树脂碳不被氧化,且原位形成的MgO陶瓷相形成了紧密结合,产生强化作用,使不烧Al₂O₃-C材料的中低温强度提高;在1 000~1400 ℃,MgO和Al₂O₃生成MgAl₂O₄,且MgAl₂O₄的晶粒尺寸和生成量随着温度的升高而增加,对材料有增强作用;但 1 400 ℃烧后试样的强度明显下降,这是由于生成MgAl₂O₄产生膨胀致使材料中产生了微裂纹。

以Y₂O₃/Al₂O₃、Al₂O₃/MgO和Y₂O₃/Al₂O₃/MgO等为复合烧结助剂,研究烧结助剂类别及烧结温度(1 750、1 800、1 850 ℃)对气压烧结Si₃N₄陶瓷致密化、显微结构以及力学性能的影响。结果表明:以Y₂O₃/Al₂O₃为烧结助剂所制备样品的抗折强度、硬度和断裂韧性优于其他两种复合助剂制备试样的;Y₂O₃/Al₂O₃复合助剂有利于显微结构中高长径比β-Si₃N₄晶粒的形成。当烧结温度为1 800 ℃时,以Y₂O₃/Al₂O₃为烧结助剂样品的致密度和力学性能最优,此时体积密度为3.24 g·cm^-3,线收缩率为20.73%,强度、硬度和断裂韧性达到最大值,分别为821.9 MPa、14.25 GPa和7.16 MPa·m^1/2。

以全细粉碳化硅(d₅₀=3.6 μm、w(SiC)≥98%)为主要原料,加入炭黑、石墨、减水剂和分散介质等混合均匀后注浆成型,80 ℃烘干并于1 720 ℃反应烧结制备全细粉碳化硅陶瓷材料。考察了搅拌时间1~5 h、炭黑加入质量分数5.62%~6.93%对素坯性能的影响,并对素坯及烧后试样微观结构进行表征。结果表明:添加石墨所得试样的物理性能明显改善,炭黑的最佳添加量为5.94%(w),烧后试样的体积密度最大为3.02 g·cm^-3,抗弯强度可达580 MPa。

针对充气式再入减速系统再入返回地球过程的热防护需求,在陶瓷纤维布和高强芳纶织物的基础上,使用氧化铝纤维毯、氧化铝复合二氧化硅纤维毯、二氧化硅纤维毯和气凝胶复合玻璃纤维,设计并制备了多层柔性热防护材料。通过热导率测试、静态热冲击试验、动态高焓风洞试验对材料的性能进行了验证。结果表明,所研制的多层柔性热防护材料在动态高焓风洞试验中结构保持完整,具有较好的隔热能力,保证内部承载层的温度在许用范围内,隔热层在试验后性状无明显变化,柔软、可折叠。

以高纯碳化硅、单质硅为原料,树脂为结合剂,在氮气气氛1 400 ℃下保温5 h制备出2种高氮化硅含量的氮化硅结合碳化硅耐火材料(试样S1和试样S2的单质硅添加质量分数分别为25%、35%)。与市售氮化硅结合碳化硅耐火制品S0(单质硅添加质量分数为15%)对比,研究了3种材料的物相组成、抗折强度、透气性、耐磨性、显微结构等。结果表明:3种试样均具有优异的抗折强度及耐磨性,其中试样S0的锋利性最强,试样S1的次之,试样S2的锋利性最弱。就材料的锋利性而言,试样S0对工件的磨损性最大,试样S1次之,试样S2最小。因此,试样S2对工件的长期服役最有利。

为了研究新疆尖山菱镁矿制备的烧结镁砂的性能,分别以其块状原矿,经破粉碎的粉状原矿以及经破粉碎、浮选提纯后的精矿为原料,采用一步煅烧工艺,在1 750 ℃保温6 h煅烧制备烧结镁砂,检测烧结镁砂的理化性能,并分析其物相组成和显微结构。结果表明:1)块状原矿直接煅烧制成的烧结镁砂的MgO、CaO、SiO₂含量(w)分别为88.66%、2.88%、5.13%,粉状原矿压块后煅烧制成的烧结镁砂的MgO、CaO、SiO₂含量(w)分别为89.15%、2.32%、4.22%,二者均不符合《GB/T 2273—2007烧结镁砂》中MS88牌号烧结镁砂的要求;2)精矿压块后煅烧制成的烧结镁砂的MgO、CaO、SiO₂含量(w)分别为94.18%、1.43%、1.21%,体积密度为 3.25 g·cm^-3,符合《GB/T 2273—2007烧结镁砂》中MS94牌号烧结镁砂的要求。

为得到可用于增材制造的分散性好、粒度均匀的Cr₂O₃粉体,使用行星式球磨机对Cr₂O₃粉进行研磨,对球料质量比 (1∶1.5、1∶1.3、1∶1.1、1.1∶1、1.3∶1和1.5∶1)和不同球(直径分别为 6和 10 mm)质量比(1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1和5∶1)两因素进行研究。结果表明,当球料质量比为1.3∶1时,粉体的d₁₀=0.694 μm,d₅₀=2.042 μm,d₉₀=4.569 μm,Cr₂O₃粒度最小;当不同球质量比为5∶1时,粉体的d₁₀=0.550 μm,d₅₀=1.843 μm,d₉₀=4.516 μm,为最优粒度。

为了降低高铝浇注料的体积密度和热导率,研究了分别以轻质微孔莫来石、高铝多孔熟料和氧化铝空心球为骨料的三种高铝浇注料的烘干及1 250 ℃热处理后的性能。结果表明:1)浇注料的烘干强度主要取决于所用轻质骨料的强度,1 250 ℃热处理后的强度还与浇注料的烧结程度有关;热导率主要受骨料的致密度以及气孔的大小和分布影响。2)比较后发现,以轻质微孔莫来石为骨料制备的浇注料的常温强度和高温抗折强度较大,热导率较低。

为了提高干熄焦炉冷却段用耐磨砖的使用寿命,在原有B级莫来石砖的基础上,通过调整骨料粒度级配、加入SiC粉和红柱石微粉等研制了新型耐磨砖,并介绍了其在140 t·h^-1干熄焦炉上的实际应用。结果表明:新型耐磨砖的耐压强度为160 MPa,磨损量仅为1.92 cm³,均优于原用B级莫来石砖的 。在140 t·h^-1干熄焦炉冷却段使用7 a,炉衬表面仍然光洁平整,侵蚀量较小;预计该冷却段炉衬能使用10 a以上。

BN多孔陶瓷因具有高孔隙率、高比表面积、低热导率、优异的化学稳定性等优点,在吸附、保温隔热、环境修复及电子包装等领域应用潜力巨大。简要综述了近年来BN多孔陶瓷制备方法的进展,概述了模板法与非模板法所制备BN多孔陶瓷的结构及性能,总结了各种制备方法的优缺点,提出了BN多孔陶瓷制备及其应用方面所面临的挑战和未来的发展方向。

微电子技术的飞速发展对芯片基板和封装材料性能的要求越来越高。AlN陶瓷因其高热导率、高强度、线膨胀系数与硅接近、介电常数小、耐高温和耐腐蚀性能优异而被用作芯片基板和封装材料。主要从烧结技术和烧结助剂对AlN陶瓷性能影响方面综述了AlN陶瓷的研究进展,并指出了AlN陶瓷在制备及应用过程中存在的问题,展望了AlN陶瓷的发展趋势。