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稀土纳米导电陶瓷材料研制成功

稀土纳米导电陶瓷材料研制成功

瓷砖材料 瓷砖的材料 陶瓷艺术

2021-05-17

瓷砖材料。

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。

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国产陶瓷膜高温过滤管研制成功


由海南大学校长李建保教授、中国石油大学姬忠礼教授主持的“863”课题——大尺寸陶瓷高温过滤管的制备,日前在江苏省宜兴非金属化工机械厂有限公司研制成功,并应用于柳州化工股份公司的壳牌煤气化生产装置。截至目前,装置已连续稳定运行了一个多月,其过滤精度及过滤气体流量等各项技术指标均达到了该公司的生产工艺要求。

该高温高压气―固相分离的陶瓷膜过滤管项目是利用加压粉煤气化技术进行碳转化和炼油企业催化裂化装置能量回收中的一个重要课题。目前国内外在加压粉煤气化技术和炼油厂催化裂化装置上常采用过滤和分离的方法,将含有较多灰分颗粒的合成气送入高温高压过滤器中分离除去灰分颗粒,以提高加压粉煤气化技术中气体的净化度,直接高效率地利用催化裂化装置高温烟气的高品位热能。陶瓷膜过滤管是高温高压过滤器中的核心部件,我国这方面的研究起步较晚,应用于高温高压过滤器中的陶瓷膜过滤管尚需依赖国外进口。

以李建保教授为首的“863”项目组与江苏省宜兴非金属化工厂有限公司合作,经过多年攻关,终于攻克了这一难题。他们研制的高温过滤管具有过滤精度高、通气量大、不易堵塞、易清洗、成本低廉等特点,填补了国内空白。这项关键技术获得突破,不仅可推进壳牌煤气化生产装置的国产化进程,而且对促进我国过滤材料行业的技术升级换代,实现过滤材料产业化发展具有重要的意义。

随着我国粉煤加压气化技术、煤液化技术和整体煤气化联合循环发电等技术的发展,陶瓷膜高温过滤管在煤化工、石油化工、冶金工业、热力发电、环境保护等工业领域具有广阔的应用前景。

中国第一套大型龙泉青瓷乐器研制成功


“东方红,太阳升……”近日,一阵清脆悦耳的音乐从龙泉市双渔瓷庄传出,谁也想不到这悠扬的乐声竟发自翠色可人的龙泉青瓷。

青瓷也会“唱歌”?没错,经过龙泉市年仅23岁的青瓷艺人王军港两年的潜心研制,一套包括瓷编钟、瓷管钟、瓷磬、瓷瓯四种击打类青瓷乐器以及埙、笛、箫等100多件吹奏乐器的大型青瓷乐器经过调试后,已经达到打击乐的基本标准,实现了让青瓷唱起来的梦想。

王军港从15岁时开始青瓷制作,21岁投入青瓷乐器研制,为了让精美的青瓷会“唱歌”,这两年,王军港走遍了全国各地大大小小的乐器厂,学习古代民族乐器制作技术,向音乐老师求教音乐知识,付出了许多常人无法想象的艰辛和努力。他说,烧制青瓷乐器不仅仅是烧制出一个器型就可以了,还要能发出标准悦耳的音色,瓷胎的厚薄、釉的厚薄、烧制时温度的高低等,对音准都有很大的影响,这都是制作龙泉青瓷乐器最困难的问题。因此,青瓷乐器制作的损耗率也很高,光是一件磬作品所需的48件器物,他就烧制了700多件次。每次乐器一烧好,他就立即送到天津、上海等地的乐器厂家,听取调音师的意见和建议,然后又回家继续改进,就是这样经过无数次的失败和坚持,终于实现了乐器制作技术和龙泉青瓷技术的有机结合,烧制成功这套龙泉青瓷乐器,让音乐艺术与青瓷工艺巧妙融为一体。

龙泉市青瓷博物馆馆长吴秋华告诉记者,到目前为止,国内还不曾发现过古代的龙泉青瓷乐器。近年来,龙泉许多青瓷界人士也尝试过这方面的研究开发,但一直没有大的突破,这与青瓷乐器制作的难度有很大的关系。吴秋华认为,龙泉青瓷乐器的面世,是对龙泉青瓷技艺的全面创新,为龙泉青瓷的发展开辟了一条崭新的道路。

王军港表示,接下去,他还要继续创作青瓷二胡和几种大型青瓷击打乐器,等这几样作品都研制成功了,就要组建一个龙泉青瓷演奏乐队,专门演奏“瓷乐”,让更多的人进一步了解龙泉,爱上龙泉青瓷。

国家十五攻关项目--大规格超薄建筑陶瓷砖研制成功


5月17日,国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心华夏建陶分中心、学院及广东科达机电股份有限公司共同研制出的第一块大规格超薄建筑陶瓷砖(1m×1.8m×3mm),在广东佛山成功下线。大规格超薄砖项目是国家“十五”重点攻关项目,它的研制成功将对我国建筑陶瓷及陶瓷装备都会起到很大的推动作用,也将引起着一场能源与原料的革命。

这种大规格超薄砖,具有体轻,超薄,耐酸耐碱等特点,解决了在建筑装饰中减轻载荷的一大难题。同时,节约了大量的原料、燃料和产品的运输成本。在相同面积产量下,整个产业链将大大减少,符合国家“节能、降耗、绿色制造”的战略政策。广泛应用于各类建筑室内外的墙面与各类桌面、橱柜面板的装饰,部分取代目前各类压木板、夹板、云石板、花岗岩板、不锈钢灯建筑装饰材料。

该项目采用独特的工艺与坯体配方,利用专门设计的成型装备,经专用窑炉制成。由于超薄砖很薄,尺寸规格又大,成型时,容易造成布料不均,从而导致成型后坯体密度不均,烧成时变形,或开裂。同时,因为大规格超薄砖成型后、干燥前的生坯强度很低,降生坯从模腔中送出时,很容易变形、折断或破坏。超薄砖生坯在输送带运行过程中,如果受到微小的震动外力,由于尺寸大,极易导致坯体开裂。针对以上等难点,大规格超薄砖项目从原料制备工艺技术、成型工艺技术、烧成工艺技术、装饰工艺技术、清洁生产工艺技术等五个方面进行了研究,形成具有自主知识产权的大规格超薄砖建筑陶瓷砖生产制造工艺技术。

景德镇研制成功“釉下汾水七彩”艺术瓷


“集天下名窑之大成,汇各地良工之精华”的世界陶瓷圣地景德镇,继千百年来创造了青花、粉彩、玲珑、高温颜色釉、古彩、斗彩、珐琅彩等精美绝伦的名瓷后,近期景德镇釉下五彩陶瓷艺术研究所又研制成功了富有高难度的国画风格的“釉下汾水七彩”艺术瓷,标志釉下装饰艺术瓷步入新纪元。

据悉,自元朝以来,景德镇的青花和釉里红达到了非常高的艺术造诣。而近百年来,湖南醴陵的“釉下五彩”色彩丰富,1915年曾获巴拿马博览会金奖。为了创新和提升釉下彩瓷艺术,景德镇釉下五彩陶瓷艺术研究所江爱民历经数千次试烧,终于研制成功了赋有国画特色的“釉下汾水七彩”。“釉下七彩”(赤、橙、黄、绿、蓝、黑、紫)不仅色彩丰富、亮丽莹润。且与湖南醴陵的“釉下五彩”有着本质的区别,其一,景德镇釉下五彩研究所研制的“釉下七彩”颜色,在科技难度上高于湖南醴陵。尤其是赤、橙、黄、绿、蓝、黑、紫这七种颜料中的“黑料”湖南醴陵的“黑料”直接用在泥胎上,尚存在要解决的诸多问题,更不能与其它颜色掺接使用。而景德镇釉下五彩研究所研制的“黑料”解决了在泥胎上作画、书法,与其它色彩搭配诸多难题;其二,“釉下七彩”颜料用在泥胎上汾水作画干、湿、浓、淡、涩能发挥到最佳效果。而湖南醴陵的“釉下五彩”仅局限于釉中,在浇了釉的素烧胎上就难以达到这种完美效果;其三,景德镇釉下五彩研究所的釉下七彩,采用“一烧制”而湖南醴陵的釉下五彩目前还须用“二烧制”、“三烧制”。而景德镇“七彩”更节约能源、更环保。

景德镇五彩研究所“釉下汾水七彩”的研制成功,彻底改变了釉下绘画色彩不完全丰富的面貌,从而使在釉下艺术方面的艺术语言更加丰富,将助推艺术迈向新的更高境界;景德镇“釉下汾水七彩”的研制成功,是景德镇敞开大门,海纳百川地吸收外来技艺精华而大胆创新的结果,是景德镇人民智慧的结晶。

美国专家研制新纳米陶瓷材料 可用于计算机存储


美国北卡罗来纳州立大学的专家日前宣布,他们已经研制出了一种新的类陶瓷材料,有可能用于芯片制造,将现有计算机的存储能力提升数十倍。

此项研究由北卡州立大学材料科学与工程教授,美国国家科学基金会先进材料和智能结构研究中心总监Jagdish“Jay”Narayan博士主持,成果除了用于计算机存储外,还有可能使用在发动机制造、新能源采集等领域。

这种新材料是在纳米尺度下,将金属镍原子加入氧化镁陶瓷材料中。该材料中的镍原子簇尺寸不过10平方纳米,比目前半导体行业中使用的存储单元小90%。如此一来,研究者声称采用该材料的存储芯片可在指甲盖大小的尺寸下,提供1TB以上的容量,相当于存储20部高清电影或250万页文档,是目前闪存容量的50倍左右。

除此之外,这种陶瓷掺杂金属的材料还可耐受相当高的温度。如果使用在汽车发动机中,其耐热性可达到现有机型的两倍,从而实现极高的燃油经济性,汽车百公里耗油可降至3升以下。而如果使用在太阳能等新能源的采集设备中,同样可大大提高采集效率。

稀土在功能陶瓷材料中的应用


稀土,是包括15个镧系元素和钪、钇共17个金属元素的总称。稀土元素自18世纪末相继被人们发现以来,已在冶金、陶瓷、玻璃、石化、印染、农林等行业得到广泛应用。随着科学技术的进步,稀土的应用范围不断扩大。特别是近20余年来,稀土在高新技术领域的应用得到了迅猛发展。稀土在功能陶瓷中的应用,就是其中的一个重要方面。

功能陶瓷,是20世纪特别是第二次世界大战以后随着电子信息、自动控制、传感技术、生物工程、环境科学等领域的发展而开发形成的新型陶瓷材料,它可利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能。因功能陶瓷的品种类型繁多,性能特点丰富且适用面广,现已在电器装置、信号处理、传感计测、半导体元件、超导材料等方面得到广泛应用,倍受相关材料研究人员和生产者们的普遍关注。

稀土与功能陶瓷有着密切的关系。众所周知的超导陶瓷中大部分都含有稀土,如钇钡铜氧(ybco)就是一种具有优良高温超导性的氧化物陶瓷,它可将所需的环境工作温度由低温超导材料的液氦区(tc=4.2k)提高到液氮区(tc=77k)以上,极大地提升了超导材料的实用价值。同时,在许多功能陶瓷的原料中掺加一定的稀土元素,不但可改善陶瓷的烧结性、致密度、强度等,更重要的是可使其特有的功能效应得到显著提高。

稀土在功能陶瓷中的应用

1.在超导陶瓷中的应用

自1987年中、日、美等国材料科学家发现氧化物陶瓷钇钡铜氧(ybco)具有优良的高温超导性(tc高达92k)以来,人们在稀土高温超导陶瓷的性能研究及应用开发方面做了大量工作,并取得了许多重大进展,日本已有研究表明,用nd、sm、eu、gd等轻稀土(ln)取代ybco中的y后,所得超导陶瓷材料lnbco的临界磁场强度显著提高,磁通钉扎力也大为增强,在电力、储能和运输等方面极具实用价值。如经一定生产工艺所制得的lnbco块材,能在77k捕集大于10t的磁场,可代替nd-ti用作磁悬浮列车的磁体。

北京大学以zro2为衬底并加热至约200℃,分别将y(或其它稀土)、ba的氧化物和cu分层蒸发在衬底上进行扩散处理,并于800~900℃温度区间热处理,所制得的超导陶瓷在100k以上表现出具有良好的金属性电阻温度系数。日本鹿儿岛大学将稀土la掺加到sr、nb氧化物中所制成的陶瓷薄膜,在255k即发生超导现象。

2.在压电陶瓷中的应用

钛酸铅(pbtio3)是一种典型的具备机械能-电能耦合效应的压电陶瓷,其居里温度高(490℃)、介电常数低,适于高温和高频条件下应用。但在其制备冷却过程中,因产生立方-四方相变而易出现显微裂纹。为了解决这一问题,采用稀土对其进行改性,经1150℃温度烧结后可获得相对密度为99%的re-pbtio3陶瓷,显微组织得到明显改善,可用于制造在75mhz的高频条件下工作的换能器阵列。分析认为,由于稀土离子re3+的置换作用,使pbtio3陶瓷介电常数减小及压电各向异性(kt/kp)增强,特别适用于电子扫描医用超声系统中的换能器。并且因陶瓷的介电常数和径向机电耦合系数减小,其高频谐振峰变得单纯,利于制造高灵敏度、高分辨率的超声换能器。

在具有高压电系数的锆钛酸铅(pzt)压电陶瓷中,通过添加la2o3、sm2o3、nd2o3等稀土氧化物,可明显改善

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。

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。

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