ZrB2 及其复合陶瓷的高温抗氧化性能

综述了ZrB_2及其复合陶瓷的高温氧化行为,认为ZrB_2陶瓷是一种优异的高温结构材料,其氧化失效是由于氧化产物B_2O_3保护层挥发失效而导致的;二元陶瓷ZrB_2-SiC由于SiC的加入,高温抗氧化性能大大提高,并对其在不同温度下的氧化物结构进行了阐述。在此基础上提出了进一步提高ZrB_2-SiC陶瓷抗氧化性能和服役温度的方法,并以添加TaC和LaB_6形成三元复相陶瓷为例进行了说明。     

基于冷烧结技术的陶瓷–聚合物复合材料研究进展

传统的陶瓷烧结一般需要1000℃以上的高温,烧结周期长、能耗高。高温会对界面控制、物相稳定、材料共烧等产生不利影响,因此,很难以聚合物为填料实现陶瓷–聚合物复合材料的共烧。冷烧结技术通过引入中间液相溶解–沉淀过程,实现了在≤300℃时陶瓷的快速致密化,有效解决了陶瓷与聚合物的共烧问题。从冷烧结技术的发展概况出发,介绍了冷烧结工艺及致密化机制,详细阐述了冷烧结技术在陶瓷–聚合物复合材料中的应用及发展情况,包括微波介质材料、铁电材料、锂离子电池、压敏材料、半导体材料和热电材料,并分析了冷烧结技术目前待解决的问题,对冷烧结技术的未来发展做出展望。     

面向空心涡轮叶片的氧化铝基陶瓷铸型高温强化制造

针对航空空心叶片氧化铝基陶瓷铸型高温性能较差的问题,研究了不同浸渍材料对氧化铝基陶瓷铸型高温性能的影响规律。结果表明:未经强化处理的陶瓷铸型力学性能较差,高温(1 500℃)强度不足0.5MPa,室温(20℃)强度不足10MPa。经硅溶胶、硅酸乙酯水解液、YCl3溶液以及MgCl2溶液4种不同浸渍液强化处理后陶瓷铸型力学性能有不同程度的提高,其中YCl3溶液以及MgCl2溶液强化效果不理想,陶瓷铸型力学性能没有明显改善,且MgCl2溶液浸渍强化后陶瓷铸型存在较大的体积膨胀,不能满足使用要求;硅溶胶、硅酸乙酯水解液浸渍强化可显著改善陶瓷铸型的高温性能,硅溶胶强化处理后,陶瓷铸型1 500℃高温强度可达10MPa左右,满足空心涡轮叶片定向凝固过程中对铸型高温强度的要求。通过复合浸渍的方法制造了一体化陶瓷铸型并成功浇铸了空心涡轮叶片。     

航空结构陶瓷的发展

20多年来,航空结构陶瓷领域最重要的进展之一是研究出与氧化物、硼化物陶瓷性能迥然不同的氮化硅、碳化硅陶瓷材料,实现了较高强度、较高可靠性和较高的热震抗力,并且能制造出复杂的形状,利用三维有限元分析法能合理地设计出复杂受力的零件。因此,重新激起了人们把结构陶瓷应用于航空发动机的兴趣。 一、航空结构陶瓷的性能特点 与高温合金相比,结构陶瓷的使用温度提高了200～250℃。在非冷却情况下工作温     

21世纪航空制造技术展望（四）

２１世纪航空制造技术展望（四）中国航空信息中心高柱，任晓华５．韧性陶瓷与陶瓷基复合材料制取与结构成形技术陶瓷有极好的高温性能，可耐２２０４℃甚至更高的温度，且相对重量轻，但因性脆尚不能用作结构材料。目前的开发工作从两个方面进行，一是探索具有足够韧性，...     

新型透波准陶瓷基体材料

对含乙烯基陶瓷前驱体PSN1的固化工艺及其经准陶瓷化后所得材料的性能进行了研究。采用TGA、DMA对准陶瓷基体的热性能进行了表征。结果表明:其分解温度及800℃残重率随准陶瓷化温度升高而升高,N2气氛下分别达到580℃和87%,空气气氛中分解温度高于550℃,残重率达95%以上,Tg也随准陶瓷化温度上升而升高,420℃准陶瓷化基体在400℃以下没有明显的玻璃化转变。运用网络矢量分析仪测定了介电常数随温度和频率的变化情况,结果表明准陶瓷基体介电常数小于3,并且随温度和频率变化不大。准陶瓷基体吸水率较低,最低达到0.03%。初步研究表明PSN1准陶瓷基体具有良好的热、介电稳定性,吸水率低,有望用作耐高温透波复合材料基体。     

耐高温陶瓷基结构吸波复合材料研究进展

陶瓷基结构吸波复合材料具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化等诸多优点,是解决武器装备热端隐身问题的关键材料,具有重要应用前景和战略意义。本文介绍了陶瓷吸波材料的微观-宏观多级设计方法,综述了掺杂改性碳化硅陶瓷、钡铁氧体陶瓷、聚合物转化陶瓷(PDCs)、3D打印多孔陶瓷及陶瓷蜂窝、连续纤维增强陶瓷基复合材料(CFCMC)等新型陶瓷基复合材料的最新研究进展,展望了结构吸波一体化的陶瓷基复合材料的发展趋势,提出微观-宏观多级结构设计的纤维增强陶瓷基复合材料将是未来高温隐身材料领域的重要发展方向。     

强化处理对单晶叶片用氧化铝基陶瓷型芯的影响

对一种单晶叶片用的氧化铝基陶瓷型芯材料进行了特定的强化处理，研究其对型芯组织和性能的影响，发现强化后的陶瓷型芯体内形成了片状的莫来石晶体，其线膨胀峰值温度要比未经强化的型芯高出２００℃以上，高温性能得到了显著提高。     

航天器用薄膜温度传感器的研制及性能研究

飞行器以高超声速飞行时瞬间温升可达1 600℃以上,为了保证飞行器的可靠和运行安全,准确实时测量热防护系统表面温度显得尤为重要。针对高温环境实时测温的技术难题,结合磁控溅射技术和陶瓷烧结技术,提出了一种引线和传感器基底一体化的微小型高温薄膜温度传感器结构。采用高温检定炉对传感器陶瓷基底的高温绝缘性进行了测试,并使用多种微观形貌表征方法对传感器主要结构材料进行筛选,得到薄膜温度传感器制备所需的最佳材料组合。进行了薄膜温度传感器静态标定和综合性能高温考核试验,结果表明,所研制传感器灵敏度、重复性的变化与标准热电偶基本保持一致,在实际环境温度低于1 500℃时,传感器测量误差不超过4‰,可在1 200℃高温环境中连续准确测温6 h以上,且测温上限高达1 800℃,验证了该传感器在高温环境中进行测温的可行性和实用性,为航天器表面温度测量和热防护系统优化提供科学依据。     

强化处理对单晶叶片用氧化基陶瓷型芯的影响

对一种单晶叶片用的氧化铝基陶瓷型芯材料进行了特定的强化处理，研究其对型芯组织和性能的影响，发现强化后的陶瓷型芯体内形成了片状的莫来石晶全，其线膨胀峰值温度要比未经强化的型芯高出２００℃以上，高温性能得到了显著提高。     

超高温抗氧化碳陶复合材料研究进展

综述了国内外近年来陶瓷涂层抗氧化改性C/ C 复合材料和陶瓷基体抗氧化C/ C 复合材料研究

与应用的新进展, 主要包括1 800℃以下、1 800 ~2 200℃和2 200℃以上不同使用温度范围的抗氧化陶瓷涂层

以及SiC 陶瓷和超高温陶瓷基体改性复合材料。指出了目前高超声速飞行器2 200℃以上超高温抗氧化热防

护材料研究中存在的问题,提出了今后研究的方向。

     

氮化物基陶瓷高温透波材料的研究进展

氮化物基陶瓷材料具有高强度、高模量、耐高温、抗热震和透波等优异的综合性能,是高温透波构件的主要候选材料,目前应用报道较少,制备工艺和性能有待进一步完善和提高。本文综述了氮化物陶瓷、氮化物复相陶瓷及氮化物陶瓷基复合材料的研究现状,发现多孔氮化硅陶瓷、BN-Si3N4复相陶瓷和BNw/Si3N4复合材料的综合性能较为优异,可达到介电常数低于5,介电损耗低于0.01,室温弯曲强度高于200 MPa的水平。本文分析了氮化物基陶瓷高温透波材料研究的现存问题,主要是力学性能与介电性能难以协同提高;最后对高温透波材料体系的选择及其制备工艺的未来发展方向进行了展望。     

镍基合金空心叶片浇铸用硅基陶瓷型芯的制备及性能

采用热压注工艺成型氧化硅基陶瓷型芯。分析焙烧后型芯的化学成分、微观结构、孔隙率、线膨胀系数以及力学性能。结果表明:型芯的孔径呈多峰分布,且主要分布在0.1～5μm之间;从室温至1400℃,型芯的线膨胀系数随温度的升高而减小,在1170～1350℃之间其线膨胀系数下降趋势骤然加剧;经1200℃焙烧制备的陶瓷型芯主晶相为β-方石英相与无定形石英玻璃共存,经1550℃高温2h处理后型芯烧结程度提高,骨架致密度增大,孔结构更加分明,表面及内部裂纹的数量、长度均增大。采用实验室自制的硅基陶瓷型芯进行镍基高温合金单晶空心叶片的浇注实验,结果表明所制备的型芯可以满足单晶叶片精密铸造的要求。     

高温结构陶瓷和复合材料及其在航空发动机上的应用

结构陶瓷具有耐高温、低密度、良好的高温抗氧化性、抗腐蚀性和耐磨性。与高温合金相比,结构陶瓷的使用温度提高了约400℃,在非冷却情况下工作温度可达1600℃;密度仅为高温合金的40％,相同体积的零部件可减轻重量约60％,特别对高速转子可大大减轻离心负荷;使用陶瓷还可因减少或取消冷却系统而简化结构,使发动机紧凑;节省高温台金中镍、铬和钻等战略金属。为提高航空发动机的推重比和降低燃料消耗,提高发动机的涡轮前温度是关键,如推重比10一级发动机涡轮前温度为1500℃以上,而目前高温台金和金属间化物最高使用温度不到1200℃,…     

高温材料研究进展及其在航空发动机上的应用

随着航空发动机推重比的提高,急需发展集轻质、高强韧、耐高温、长时间、抗烧蚀于一体的高温结构材料,如TiAl系和Ni3Al基金属间化合物、Cf/C复合材料、陶瓷、CMC-SiC复合材料等,以满足航空发动机愈加苛刻的工作环境。简要介绍了适用于高推重比航空发动机的高温结构材料的研究进展、成果、应用现状及存在问题,指出了高推重比航空发动机用高温结构材料是今后的研究目标和发展方向。     

SiC陶瓷与GH128镍基高温合金反应连接研究

采用 Fe-Ni(重量比为 65∶ 3 5)金属粉末焊料,利用 Gleeble1 50 0热模拟机对镍基高温合金 ( GH1 2 8)和 Si C陶瓷进行反应连接,研究了连接温度、连接压力和高温保温时间对试样连接强度的影响,确定了最佳工艺参数,并制备了剪切强度超过 3 4.3 MPa的陶瓷 /金属连接件。界面结构分析表明陶瓷 /焊料界面反应层的形成主要受 Fe,Ni原子向陶瓷中的扩散引起     

Characterization and Microstructure of PLZT RAINBOW Ceramics

RAINBOW陶瓷是一种具有内部应力偏移，并具有特殊的拱形结构的大位移驱动材料，它是通过将普通的压电陶瓷在高温下化学还原制备所得。实验表明，PLZT压电陶瓷具有较好的还原性能，还原层厚度与时间有线性关系，理想的还原条件为：950℃保温1～1．5h；电镜照片显示RAINBOW陶瓷有明显的分层结构，还原层表现出穿晶断裂而未还原层则是沿晶断裂的特征。XRD谱发现还原层主要由金属Pb及PbO，ZrO2，ZrTiO4等氧化物组成，原先的晶体结构已不存在；还原机制的理论分析与实验结果一致。     

烧结温度对SiO2-ZrO2体系陶瓷型芯材料性能影响研究

采用传统的热压铸工艺制备可快速脱芯的定向、单晶空心涡轮叶片用SiO2 -ZrO2体系陶瓷型芯材料,研究结果表明,该材料随烧结温度从1150℃增加到1200℃,收缩率变大,当烧结温度超过1200℃时,烧结收缩增加显著,1200℃烧结的陶瓷型芯晶粒发育比较完善,主要相组成为非晶SiO2、方石英、ZrO2,其综合性能最佳,室...     

耐超高温材料研究

综述了可用于2200—3000℃高温环境下难熔金属、陶瓷及碳／碳复合材料等研究进展和各种材料的优缺点；介绍了提高材料性能所采取的方法，指出了耐超高温材料研究的发展方向。     

BiFeO_3掺杂K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-LiSbO_3无铅压电陶瓷的相变及退极化性能研究

采用传统陶瓷常压烧结工艺,制备了BiFeO3掺杂0.95K0.5Na0.5NbO3-0.05LiSbO3(0.95KNN-0.05LS)无铅压电陶瓷,研究了该陶瓷的相转变、热滞与退极化性能。未掺杂和掺杂0.4mol%BiFeO3的0.95KNN-0.05LS陶瓷在室温下分别为正交相结构和正交相与四方相共存结构。掺杂后的陶瓷样品具有明显的热滞现象,热滞的温区约为300～380℃,对应陶瓷四方相与立方相共存的温区。所有陶瓷样品的平面机电耦合系数kp随温度的升高均减小,在300℃以下均有kp≥0.30。掺杂与未掺杂的KNN-LS陶瓷的退极化温度分别为360℃和370℃。