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西安交大成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料

西安交大成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料

瓷砖材料 瓷砖的材料 陶瓷艺术

2021-04-14

瓷砖材料。

据悉,西安交通大学材料科学与工程学院先进陶瓷研究所博士生戴培赟在杨建锋教授指导下用物理气相传输法成功制备出多晶致密碳化硅陶瓷材料,首次在不需添加烧结助剂的条件下获得了接近理论密度的纯碳化硅块体陶瓷材料,标志着西安交大在陶瓷研究方面获得重要进展。

物理气相传输法(HTPVT)是制备单晶碳化硅的常用方法,在材料学院碳化硅单晶材料研究的基础上,戴培赟在研究工作中进行了不同原料密度和烧结工艺的对比试验,建立了碳化硅多晶陶瓷的生长模型,并从热力学和动力学角度解释了碳化硅多晶生长的原理。此方法完全不同于现有的碳化硅陶瓷的制备工艺,获得的材料具有优异的性能,在军工、电子、机械等行业具有良好的应用前景,此技术已申请国家发明专利。

目前,戴培赟作为第一作者完成的《FabricationofhighlydensepureSiCceramicsviatheHTPVTmethod》论文已被材料科学领域的国际权威杂志《ActaMaterialia》接收,并准备发表。

该研究受到国家基金委项目、教育部博士点基金项目支持。

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碳化硅纤维的相关介绍


以有机硅化合物为原料经纺丝、碳化或气相沉积而制得具有β-碳化硅结构的无机纤维,属陶瓷纤维类。从形态上分有晶须和连续纤维两种。晶须是一种单晶,碳化硅的晶须直径一般为0.1~2m,长度为20~300m,外观是粉末状。连续纤维是碳化硅包覆在钨丝或碳纤维等芯丝上而形成的连续丝或纺丝和热解而得到纯碳化硅长丝。连续丝于1973年由美国阿芙科公司投产,长丝则于1980年由日本碳公司建成试生产装置,1985年生产能力已达24t,美国埃克森化学公司和日本东海碳素公司等则生产晶须,东海碳素公司的年生产能力为24t。

碳化硅纤维的最高使用温度达1200℃,其耐热性和耐氧化性均优于碳纤维,强度达 1960~4410MPa,在最高使用温度下强度保持率在 80%以上,模量为176.4~294GPa,化学稳定性也好。

碳化硅长丝的制造过程是将聚硅烷在400℃以上,发生热转位反应,使侧链上的甲基以亚甲基的形式,导入主链的硅-硅间,形成聚碳硅烷,然后通过干法纺丝或熔体纺丝制成纤维。为防止纤维在碳化过程中发生熔融粘接,须先在较低温度下作不熔化处理。不熔化纤维在真空或惰性气体中加热至1200~1500℃,侧链的甲基与氢同时脱出后只留下硅-碳的骨架成分,并形成β-碳化硅结构的纤维。最后进行上浆处理及集束卷绕。上浆剂的种类视最终用途而定,用于增强塑料时上浆剂可选用环氧树脂,增强金属及陶瓷时则要求进一步在较低温度下将上浆剂热分解掉。

碳化硅纤维主要用作耐高温材料和增强材料,耐高温材料包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。用做增强材料时,常与碳纤维或玻璃纤维合用,以增强金属(如铝)和陶瓷为主,如做成喷气式飞机的刹车片、发动机叶片、着陆齿轮箱和机身结构材料等,还可用做体育用品,其短切纤维则可用做高温炉材等。

新型透明陶瓷材料研发成功 填补我国空白


一种“晶莹剔透、性能优异”的新型透明陶瓷材料生产的产品上月底在河南洛阳研制成功。新型透明陶瓷材料的研制和成功应用,使我国在透明陶瓷材料领域大大缩短了与国外先进水平的差距,填补了我国特种材料领域的空白,打破了国外在这种材料上对我国的封锁和垄断。

据悉这种新型透明陶瓷材料是由洛阳镭奇系统与材料技术有限公司研制成功的。该公司材料工程部专家冉申介绍,通过与上海硅酸盐研究所王士维课题组的合作,经过两年的投入和技术积累,已经能够生产中等尺寸的氧化铝、氧化钇等透明陶瓷材料,材料的透光性和机械性能已达到国际先进水平,在国内处于领先地位,并正在推进大尺寸(300毫米以上)透明陶瓷生产技术的开发。

由于陶瓷材料与玻璃、金属或高聚物等其他材料相比,具有硬度高、强度高、耐高温、抗腐蚀,能经受放射性物质的强烈辐照等许多优势。应用已经扩展到电子、医疗、军事、航空航天、激光、新能源等领域。

稀土纳米导电陶瓷材料研制成功


由哈尔滨工业大学韦永德教授负责的省科技攻关课题"新型稀土纳米导电陶瓷的新工艺及器件研制"近日通过黑龙江省科技厅鉴定,并已申报了国家发明专利。

据了解,课题组采用哈工大曾获国家发明二等奖的材料改性新技术--稀土多元渗技术,利用陶瓷材料具有多孔疏松的组织结构特征,对陶瓷材料进行稀土元素的渗入,为新型导电材料的制备方法提供了新的思路。

同时,课题组改变了目前多采用的固相法,采用气相化学热扩渗方法,使稀土元素在高温下气化,并在气态下通过气-固界面反应,进入固体材料的表面及体相,使钛酸盐陶瓷的性能得到显著改善,为高效功能陶瓷材料的制备开辟了新的途径。

该项目制备出的具有导电性能的纳米陶瓷粉具有抗氧化、导电性能强、抗腐蚀、抗辐射、耐高温和长寿命等特点,不仅可以大幅度降低生产成本,而且能够提高产品的应用性能。目前本项目所制备的钛酸盐纳米导电粉末已替代黄金作为电极用于新型传感器上,获得了良好的应用性能。

鉴定委员会认为,该项目成果在国内外具有首创价值,可以替代贵金属等开发科技含量高、成本低、有独特性能的新型导电陶瓷器件,具有重要的现实意义,建议尽快对器件和导电涂料等进行批量试生产,将成果转化为生产力创造经济效益。

透明陶瓷材料已研发成功 填补国内空白


一种“晶莹剔透、性能优异”的新型透明陶瓷材料生产的产品上月底在河南洛阳研制成功。新型透明陶瓷材料的研制和成功应用,使我国在透明陶瓷材料领域大大缩短了与国外先进水平的差距,填补了我国特种材料领域的空白,打破了国外在这种材料上对我国的封锁和垄断。

据悉这种新型透明陶瓷材料是由洛阳镭奇系统与材料技术有限公司研制成功的。该公司材料工程部专家冉申介绍,通过与上海硅酸盐研究所王士维课题组的合作,经过两年的投入和技术积累,已经能够生产中等尺寸的氧化铝、氧化钇等透明陶瓷材料,材料的透光性和机械性能已达到国际先进水平,在国内处于领先地位,并正在推进大尺寸(300毫米以上)透明陶瓷生产技术的开发。

由于陶瓷材料与玻璃、金属或高聚物等其他材料相比,具有硬度高、强度高、耐高温、抗腐蚀,能经受放射性物质的强烈辐照等许多优势。应用已经扩展到电子、医疗、军事、航空航天、激光、新能源等领域。

国瓷材料:电子陶瓷材料技术先锋


电子信息材料是电子材料及精细化工结合的高新技术产品。随着技术创新的发展,电子信息材料的应用领域不断扩大,已渗透到国民经济和国防建设的各个领域。

国内首家使用高温高压水热工艺生产钛酸钡基础粉的企业国瓷材料功能材料股份有限公司(国瓷材料,股票代码:300285)即将完美亮相资本市场。

据了解,国瓷材料是中国大陆地区规模最大的批量生产并对外销售片式多层陶瓷电容器(MLCC)配方粉的厂家,也是继日本堺化学之后全球第二家成功运用高温高压水热工艺批量生产高纯度、纳米级钛酸钡粉体的厂家。

产品领跑行业手握优质客户

国瓷材料是国内首家实现水热法批量化生产钛酸钡的企业,公司主要技术人员通过多年摸索和研究,成功研发了高品质钛酸钡粉的批量化生产工艺技术,在全球范围内突破了日本厂商的技术封锁,填补了国内空白。

凭借出色的技术实力,公司生产的产品品质均超过国家标准中对同类产品的相关要求,位居国内前列。

目前国瓷材料的主要客户包括风华高科、深圳宇阳、潮州三环、韩国三星电机、韩国三和、美国JDI、台湾禾伸堂等;公司已与日本京瓷、日本村田、台湾华新科及台湾国巨等建立了良好的合作关系。

风华高科、深圳宇阳及潮州三环均为国内领先的MLCC生产厂家,其中风华高科、深圳宇阳已分别在国内及香港上市。日本村田、韩国三星电机等均为国际一线MLCC厂家,技术水平较高、经营业绩稳定、产品市场占有率较高。

高端研发团队创造卓越成果

国瓷材料通过多年发展,借鉴国内外先进管理经验和模式,培养了一批优秀的技术专业人才和管理人才。

公司拥有一支高素质的员工队伍,其中本科以上学历人员为41人,大专以上学历人员达225人,分别占公司员工总数的10.99%、60.32%。主要员工均在公司从事专业技术工作3年以上,是公司发展的中坚力量。

公司与山东大学合作的“钛酸钡电子陶瓷材料的关键制备技术”、本公司的“高端多层陶瓷电容器用纳米级钛酸钡粉体材料”两项成果均取得山东省科技厅颁发的“科技成果鉴定证书”,包括济南大学校长程新教授、清华大学李龙土院士在内的鉴定委员会一致认定本公司的上述技术成果均已达到国际先进水平。

2010年11月,本公司与山东大学、风华高科共同合作的“多层陶瓷电容器用钛酸钡基介电陶瓷材料的产业化关键技术及应用”项目荣获2010年度国家科技进步二等奖。

相信随着国内电子信息材料不断发展,国瓷材料依托于持久的领跑者地位,实现股东利益的最大化,三年内力争将公司发展为领先的MLCC电子陶瓷材料供应商之一;五年内将公司打造为全国功能陶瓷材料产业化基地。

陶瓷材料有什么性能


陶瓷材料有什么性能?

一、力学特性

陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料,其硬度大多在1500HV以上。陶瓷的抗压强度较高,但抗拉强度较低,塑性和韧性很差。

二、热特性

陶瓷材料一般具有高的熔点(大多在2000℃以上),且在高温下具有极好的化学稳定性;陶瓷的导热性低于金属材料,陶瓷还是良好的隔热材料。同时陶瓷的线膨胀系数比金属低,当温度发生变化时,陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

三、电特性

大多数陶瓷具有良好的电绝缘性,因此大量用于制作各种电压(1kV~110kV)的绝缘器件。铁电陶瓷(钛酸钡BaTiO3)具有较高的介电常数,可用于制作电容器,铁电陶瓷在外电场的作用下,还能改变形状,将电能转换为机械能(具有压电材料的特性),可用作扩音机、电唱机、超声波仪、声纳、医疗用声谱仪等。少数陶瓷还具有半导体的特性,可作整流器。

四、化学特性

陶瓷材料在高温下不易氧化,并对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。

五、光学特性

陶瓷材料还有独特的光学性能,可用作固体激光器材料、光导纤维材料、光储存器等,透明陶瓷可用于高压钠灯管等。磁性陶瓷(铁氧体如:MgFe2O4、CuFe2O4、Fe3O4)在录音磁带、唱片、变压器铁芯、大型计算机记忆元件方面的应用有着广泛的前途。

什么是先进陶瓷材料


先进陶瓷材料又称精密陶瓷材料,是指采用精制的高纯、超细的无机化合物为原料及先进的制备工艺技术制造出的性能优异的产品。根据工程技术对产品使用性能的要求,制造的产品可以分别具有压 电、铁电、导电、半导体。磁性等或具有高强、高韧,高硬、耐磨。耐腐蚀、耐高温、高 热导、绝热或良好生物相容性等优异性能。

先进陶瓷材料一般分为结构陶瓷、陶瓷基复合材料和功能陶瓷三类。

先进陶瓷材料是新材料的一个重要组成部分,广泛应用于通讯、电子、航空、航天、军事等高技术领域,在信息与通讯技术方面有着重要的应用。大部分功能陶瓷在电子工业中应用十分广泛,通常也称为电子陶瓷材料。如用于制造芯片的陶瓷绝缘材料、陶瓷基板材料、陶瓷封装材料以及用于制造电子器件的电容器陶瓷、压电陶瓷、铁氧体磁性材料等。 电子技术、大规模集成技术电路,离不开压电、铁电和磁性陶瓷;电子计算机的记忆系统需要具有方形磁滞回线的铁磁体陶瓷;高速硬盘转动系统需要陶瓷轴承;在火箭和导弹的发射中,鼻锥和透波陶瓷天线罩是关键部件,它要承受高温气流的摩擦和冲刷,要求材料具有高的高温强度和好的抗氧化性能,只有陶瓷材料才能满足这些要求;作为新能源的磁流体发电机,需要采用陶瓷做电极材料;高温燃料电池、高能量蓄电池,需要采用陶瓷块离子导体做隔膜材料等等。

目前先进陶瓷已形成一个巨大的高新技术产业。全世界先进陶瓷产品的销售总额超过300亿美元,并以每年l0%以上的速度增长。美国与日本在该领域处于领先地位。先进陶瓷材料因其优异的高温力学性能及特有的光、声、电、磁、热或功能复合效应在高新技术产业、传统产业改造和国防军工等领域发挥着越来越大的作用。

我国新型智能陶瓷材料已成主要材料


智能陶瓷材料包括对使用环境敏感且能对环境变化作出灵敏反应的材料,目前已成为材料科学及工程领域中研究的亮点。智能陶瓷将包括功能材料、驱动系统与反馈系统结合的智能材料系统或结构。由于其综合性的功能的发挥,它可适时感知与响应外界环境的变化,实现自测、自诊断、自修复、自适应等诸多性能。用于智能陶瓷系统的材料与制品,已形成仿生聚合物、导电聚合物,电流变流体、光纤传感系统、磁致伸缩材料、微电机系统、压电及电致伸缩陶瓷,压电聚合物、压电陶瓷/聚合物复合材料,形状记忆材料及聚合物等。其中功能陶瓷材料将是智能陶瓷及其器件进行设计与发展使用的主要核心材料。

当前有些功能陶瓷制品已具有智能化的功能、如半导体钛酸钡正温度系数热能电阻及氧化锌变阻器,它们对于温度和电压已经具备自身诊断、候补保护与自身修复的功能,可以使材料本身抵抗环境的突然变化,并可重复多次使用。在智能陶瓷系统中,压电陶瓷是最重要的品类。由于压电陶瓷具有机电、声、光、热、弹等多种功能及耦合效应。可以用作压力、温度、光等多种传感器。压电驱动器又具有位移控制精度高、响应快、推动力大、驱动功率低和工作频率宽等优点。所以常使用压电陶瓷材料用于结构减震、控制震动,结构破坏及有源消声等。现在已经普及使用及正拟开发研制的压电类智能陶瓷制品及材料系统如下:

(1)高级轿车减震装置:利用正压电效应、逆压电效应和电致伸缩效应综合研制成功智能减震器,具有识别路面并自我调节的功能。可将粗糙路面形成的震动减到最低限度,提供乘车人员乘车的舒服感。整个感知与调节过程只需要20秒。另外,采用智能陶瓷材料制成的减震装置还可以推广应用到精密加工的稳固工作平台等。

(2)智能雨刷:由利用钛酸钡陶瓷的压阻效应制成智能陶瓷雨刷,可以自动感知雨量,自动将轿车挡风玻璃上的雨刷调节到最佳速度。

(3)有源消声:主要使用于震动频率低于500赫兹的消声,系由压电陶瓷拾音器、谐振器、模拟声线圈和数字信号处理集成电路组成。

(4)可以利于智能陶瓷材料开发智能安全系统与智能传输系统。

(5)热释电电压变压器:此产品由两种或两种以上功能陶瓷进行组合后形成的新型复合陶瓷功能块。它能够产生一些新效应亦称组合功能效应。简单讲它是由一片半导性PTC陶瓷膜与一片热诱导相变特性的PZT型陶瓷膜组合而成。由于前者的输入与后者的输出导致发热及将热量传输,从而产生诱导相变。

智能陶瓷材料的开发研究正处于刚刚兴起时期,它的应用将对汽车、造船、建筑、机械、家电、航天、国防等工业领域产生重要影响,大大提高其智能与自动化的水平。

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