碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展

专题论述?

碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展

裴立宅,肖汉宁,祝宝军,谭　伟

(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)

摘　要:综述了碳化硼粉末的合成方法、碳化硼复相陶瓷的种类及合成方法,并对其发展方向作了展望。 关键词:碳化硼;粉末;复相陶瓷;研究现状;展望 中图分类号:T Q 1741758 文献标识码:A 文章编号:1004-0536(2004)04-0046-05

Latest Development of Boron Carbide P owder and Diphase Ceramics

PEI Li -zhai ,XI AO Han -ning ,ZH U Bao -jun ,T AN Wei

(C ollege of Materials Science and Engineering ,Hunan University ,Changsha 410082,China )

Abstract :The latest development of the synthesis technique of boron carbide powder ,species of boron carbide diphase ce 2ramics are primarily introduced and the development direction is als o forecast in this paper.K ey Words :boron carbide ;power ;diphase ceramics ;latest development ;prospect

碳化硼的硬度在自然界中仅次于金刚石和立方氮化硼,尤其是近于恒定的高温硬度(>30G Pa )是其他材料无可比拟的,故成为超硬材料家族中的重要成员。在碳化硼中,硼与碳主要以共价键相结合(>90%),具有高熔点、高硬度、高模量、容重小(2.52g/cm 3)、耐磨性好、耐酸碱性强等特点,并具有良好的中子、氧气吸收能力,较低的膨胀系数(5.0×10-6/K )、热电性能(140S/m ,室温),故广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、航天航空等领域。

但由于碳化硼本身具有较低的断裂韧性、过高的烧结温度、抗氧化能力较差、以及对金属的稳定性较差等缺点,限制了其在工业上的进一步应用。所以国内外的科研工作者对改善碳化硼陶瓷的性能进行了大量研究,并提出了碳化硼复相陶瓷的概念[1]。如欧洲科学技术委员会早在20世纪80年代制定的几个重要的新材料发展计划(如HI LTI 计划、C OST 计划)中,都包括了对碳化硼(基)超硬材料体系的探索和研究。近年的文献资料表明:由于碳化硼自身的局限性,很难通过工艺优化来大幅度改善其力学性能,但随着超微粉末制备技术的发展和有效烧结

助剂的开发,使碳化硼的常规烧结成为可能,碳化硼材料已经获得实际应用。

1　碳化硼粉末的合成

根据合成碳化硼粉末所采用的反应原理、原料及设备的不同,碳化硼粉末的工业制取方法主要有碳管炉有及电弧炉碳热还原法、高温自蔓延合成法(SHS ),近年来还出现了激光化学气相反应法、溶胶-凝胶碳热还原法等。1.1　碳管炉、电弧炉碳热还原法

这是合成碳化硼粉末最常用的方法,早在化学计量的B 4C 被确定(1934年)后不久,电炉生产工业碳化硼的研究即取得成功,碳化硼作为磨料开始在工业上得到应用。将硼单质或含硼的化合物与碳粉或含碳的化合物均匀混合后放入高温设备,例如碳管炉或电弧炉中,通以保护气体Ar 或N 2在一定温度下合成碳化硼粉末,基本的化学方程式为:

2B 2O 3(4H 3BO 3)+7C =B 4C +6C O (g )+(6H 2O (g )由于硼酸和硼酐分别在低温和高温下有较大的挥发性,所以需要加入过量的硼酸和硼酐,才能获得高纯

收稿日期:2004-03-29;修回日期:2004-08-23

作者简介:裴立宅(1977-),男,河北肃宁人,博士研究生,主要从事纳米材料的研究工作。

第32卷第4期2004年12月 稀有金属与硬质合金Rare Metals and Cemented Carbides

V ol.32　№.4

Dec.　2004

和稳定的碳化硼粉。

采用电弧炉作为合成设备时,由于电弧温度高、炉区温差大,在中心区部位温度(2473～2773K),可能超过碳化硼的熔点,使其发生包晶分解,析出游离碳和其他高硼化合物,而远离中心区温度偏低,反应不完全,残留有硼酐和碳以及以游离态形式存在于碳化硼中的硼和碳,所以电弧炉中制得的碳化硼一般含有较高的硼和碳,碳管炉作为合成设备时,反应在保护气氛下进行,获得的碳化硼其游离碳和硼含量较低,B4C相可控制在96%以上。目前我国牡丹江磨料厂[2]已用上述方法进行了大规模的工业生产,经过细化处理后,d50≤1.0μm,B/C比在3.85～4.10范围内,B4C含量在96%以上。

这种方法的优点是:设备结构简单、占地面积小、建成速度快、工艺操作成熟、稳定。但该法也有较大的缺陷,包括能耗大、生产能力较低、高温下对炉体的损坏严重,尤其是合成的原始粉末平均粒径大(20～40μm)[3],作为烧结碳化硼的原料还需要大量的破碎处理工序,大大增加了生产成本。

1.2　自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法(SHS)是利用化合物合成时的反应热,使反应进行下去的一种工艺方法。由前苏联物理化学研究所的G1Merzhahov L.P.Borovin2 skaya发明,并成功制备了多种高纯度的陶瓷粉末,例如B4C、BN等[4]。由于此法制备碳化硼时多以Mg作为助熔剂,故又称镁热法。与其他方法相比,具有反应温度较低(1273～1473K)、节约能源、反应迅速及容易控制等优点,所以合成的碳化硼粉的纯度较高且原始粉末粒度较细(0.1～4μm),一般不需要破碎处理,是目前合成碳化硼粉的较佳方法,缺点是反应物中残留的MgO必须通过附加的工艺洗去,且极难彻底除去。

1.3　激光诱导化学气相沉积法

激光诱导化学气相沉积法(LIC VD)是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热分解或化学反应,经成核生长形成超细粉末。LIC VD法通常采用高能C O2激光器,具有以下优点:由于反应器壁是冷的,因此无潜在的污染;原料气体分子直接或间接吸收激光光子能量后迅速进行反应;反应具有选择性;可精确控制反应区条件;激光能量高度集中,反应与周围环境之间的温度梯度大,有利于成核粒子快速凝结;反应中心区域与反应器之间被原料气体隔离,污染小,可制得纯度高的纳米粉末。

此法是以含有碳源及硼源的气体(BCl3、B2H6、CHCl3、CH4等)为原料,在激光的强烈辐射下,混合气体迅速加温并发生反应生成B4C纳米颗粒,与石墨、氯仿等挥发物以烟灰形态沉积在有微细孔的碳-铜栅格上,再经过一定的处理得到具有较高纯度的纳米碳化硼粉。Oyama等[5]以钕钇铝石榴石激光作为激光源,C6H6+BCl3为反应气体,制备出了石墨包覆B4C的纳米粉末,B4C粒度为14～33nm。

1.4　溶胶凝胶碳热还原法

溶胶凝胶法(s ol-gel)是指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化,再经热处理合成化合物的方法。由于提供硼源的硼化物很难与其他无机物或有机物形成凝胶,故用此法合成碳化硼粉的报道较少。若能找到合适的硼源、碳源而形成凝胶,利用原料的分子级混合更加均匀、反应温度低、产物膨松等特点,对制备超细碳化硼粉末必大有裨益。

A.Sinha[6]等通过研究不同碳源,包括淀粉、蔗糖、葡萄糖、甘油、酒精及柠檬酸等,发现硼酸与柠檬酸的混合水溶液在pH=2～3(添加A.R.级25%氨水)、84～122℃的情况下,硼酸与柠檬酸可以形成稳定透明的金黄色凝胶体,于真空炉中加热至700℃可得到多孔松软的块状硼酸/柠檬酸凝胶前驱体;将制备好的凝胶前驱体置于石墨模具内加竖直轴向压力20MPa,在真空状态下于1000～1450℃保温2 h,得到了原始粉末粒径分布范围窄、平均粒径为2.25μm的碳化硼微粉。

2　碳化硼复相陶瓷

为了降低碳化硼的烧结温度及改善其性能,在原料粉末中添加烧结助剂或第二增强相取得了较好的效果,得到了具有不同主晶相的碳化硼陶瓷,下面简要介绍几种重要的碳化硼复相陶瓷。

2.1　碳化硼/单质复相陶瓷

主要通过添加C粉或有机物及单质B作为烧结助剂,通过热压工艺制得。有机物主要包括葡萄糖、酚醛树脂、硬脂酸及聚碳硅烷等,有机物在烧结过程中分解出新生态的活性碳,在碳化硼的表面留下一层很薄的残碳,碳的加入使B4C表面的氧化物还原,有效防止了B4C颗粒通过硼的氧化物的蒸发-冷凝和溶解-析出机制长大、粗化,有利于获得高致密度的产品[7]。

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第4期 裴立宅,等:碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展

K alandadze等[8]以单质硼作烧结助剂,1900～2100℃、20～40MPa的热压条件下制备了具有良好中子吸收性能的碳化硼陶瓷,显微硬度达10G Pa。K arl[9]采用炭黑作烧结助剂,当掺碳量为4%时, 2150℃无压烧结获得了95%T.D.的相对密度。实验发现掺碳量小于4%时,掺碳量显著影响烧结体密度,掺碳量大于4%时,掺碳量对烧结体密度影响不大。李平等[10]研究了C含量对碳化硼粉末的热压烧结行为及对B4C/C陶瓷的强度和断裂韧性的影响,制得的含C量(质量分数)为7%的B4C陶瓷相对密度高达98.5%,断裂韧性为7.65MPa?m1/2,抗弯强度仍达到460MPa。作者认为由于晶界碳对晶界的弱化及晶界的分层诱韧化作用使裂纹偏转、钝化,可能是造成热压碳化硼随碳含量的增多,其强度下降和韧性升高的主要机制。王零森等[11]研究了有机物添加剂对碳化硼烧结密度的影响,认为葡萄糖的作用最显著,加入3%的葡萄糖,350MPa下压制成形,2270℃无压烧结时,碳化硼的烧结密度达到2.06g/cm3,比相同条件下纯B4C粉的烧结密度(1.90g/cm3)提高近0.16g/cm3。

2.2　碳化硼/氧化物复相陶瓷

Lee等[12]在碳化硼粉末中添加质量分数为3%的Al2O3,2150℃无压烧结15min得到了相对密度为96%T.D,以B4C、Al2O3为主晶相的复相陶瓷, Auger电子光谱表明制品中存在少量的AlB12C2相。李世波等[13]于1850℃、35MPa的热压条件下制备了相对密度为98%T.D的B4C/Al2O3复相陶瓷,B4C -20%Al2O3(体积分数)的K IC值达5.43MPa?m1/2,抗弯强度为370.4MPa。研究认为较高致密度是提高强度的主要原因,强韧化机制是颗粒细化、微裂纹及残余应力共同作用的结果。

2.3　碳化硼/硼化物复相陶瓷

主要包括B4C/T iB2、B4C/T iB2/W2B5、B4C/CrB2等数种。研究发现[14,15]在碳化硼粉末中直接加入高硬度、高熔点过渡金属的硼化物作第二相,利用第二相颗粒和基体之间热膨胀系数不匹配产生的残余应力导致的裂纹偏转机理可以改善碳化硼陶瓷的韧性。通过添加其他的烧结助剂,如金属单质、氧化物或过渡金属碳化物,利用热压反应烧结法进行活化烧结,得到了主晶相为B4C和硼化物的复相陶瓷。直接加入硼化物虽然较大幅度地提高了碳化硼的性能,但不能降低烧结温度。

Suzuya[16]采用25%CrB2活化碳化硼的烧结行为,2050℃、5MPa的压力下热压,制品的抗弯强度和韧性分别为684MPa和3.2MPa?m1/2,研究认为B4C/CrB2共熔液相的形成是CrB2强化碳化硼烧结致密化的主要原因。唐军等[17]采用热压工艺制备的B4C-35%(体积分数)T iB2复相陶瓷,其断裂韧性从基体B4C的3.2MPa?m1/2提高到6.5MPa?m1/2,分析认为由B4C和T iB2颗粒之间热膨胀系数不匹配产生残余应力而引起的裂纹偏转和微裂纹增韧是主要的增韧机理。

金属单质主要通过两个途径强化碳化硼的烧结过程:一是通过液相烧结致密化机制(如毛细流动)来促进致密化,二是与B4C发生化学反应,生成的金属硼化物作为增强相起到弥散强化作用。M oghevsky等[18]以T i、Cr作助剂制备了B4C/T iB2、B4C/CrB2复相陶瓷,并证实了T iB2、CrB2的生成有利于材料致密化。Lange[19]研究了Ni、Cu对碳化硼烧结行为的影响,结果表明10%(质量分数)的助剂能显著降低烧结温度。

Levin[20,21]研究了添加T iO2对碳化硼烧结过程的影响,T iO2添加量(质量分数)为40%时,2190℃无压烧结60min,得到了晶粒细小、相对密度达到95%T.D的B4C1-x/T iB2复相陶瓷。研究发现T iO2和B4C在1500℃时发生反应生成了亚化学含量的B4C1-x,温度高于2000℃时,B4C、T iB2两相混合物以明显高于B4C单相烧结的速率快速致密化。笔者认为:T iO2与B4C的化学反应导致了碳化硼晶格常数的改变,产生了结构缺陷,加速了物质的传质过程,同时富硼碳化物B4C1-x中的硼具有很高的活性,其快速的蒸发-冷凝机制也促进了制品烧结致密化。

碳化硼与过渡金属碳化物(T iC、WC、VC、CrC 等)在一定条件下发生如下反应:

B4C+Me x I V～VI C y→Me x I V～VI B y+C

生成具有很高反应活性的碳和金属硼化物,利用反应生成的活性碳和金属硼化物来活化碳化硼的烧结过程。Radev[21]的研究证实了烧结过程中添加相Me x I V～VI C y到Me x I V～VI B y的转变及石墨的生成,烧结后碳化硼晶格常数发生了改变,制品的硬度达到了76G Pa。Deng[2]研究了固溶体添加剂对碳化硼烧

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结行为的影响,实验结果表明添加(W,T i)C固溶体的碳化硼制品密度和力学性能优于纯碳化硼陶瓷,随着(W,T i)C含量的增加,烧结制品密度增加,烧结温度从2150℃下降到1850℃,制品的断裂强度和韧性提高,但硬度下降。

2.4　其他碳化硼复相陶瓷

Turv ov[24,25]研究发现当加入铁作烧结助剂时,在1000～1100℃时Fe与B4C发生化学反应,生成了具有更高显微硬度的新相Fe3(C,B),由于液相的生成,制品致密化速率加快。Liu[26]通过添加5%～20%的单质Al,在1820℃、45MPa的热压条件下得到了以B4C、B11C3Al和Al8B4C7为主晶相的碳化硼复相陶瓷,研究发现这种复相陶瓷在300～500℃之间比纯碳化硼有更低的电导率和热导率。

3　展　望

碳化硼陶瓷本身具有的优异特性使得其在现代高新技术领域的应用日益广泛,然而科学技术的发展对碳化硼陶瓷材料综合性能提出了更高的要求。为满足应用市场对碳化硼陶瓷综合性能的需要,国内外许多科学工作者对碳化硼陶瓷进行了一系列的研究,尤其是对碳化硼粉末的细化工艺及其活化烧结表现出了极大的兴趣,并取得了一定的进展,但仍有待深入研究。

3.1　碳化硼粉末的细化

碳化硼的粒度、粒度分布对制品的组织结构和性能有较大的影响[27]。表面能的减小是粉末制品烧结的原动力。粉末的粒度越小,比表面积越大,烧结的驱动力越大,同时粉末越细,在制备过程中产生的结构缺陷越多,因此烧结速度快,制品密度大。

机械粉碎是目前细化碳化硼粉末的主要方法,包括滚动球磨、振动球磨和气流粉碎。王零森等[28]对这三种方法的粉碎机理及效率研究后认为:滚动球磨以表面粉碎为主,效率最低;振动球磨以体积粉碎为主,效率最高;而气流粉碎以体积粉碎为主,表面粉碎起一定的作用,效率介于前两者之间,但由于前两者不可避免的带入一些杂质,需酸洗,从而提高生产成本及污染环境,而气流粉碎工艺几乎不引入任何杂质,故有较好的应用价值。

机械粉碎也只能达到亚微米级水平,但现代工业及科研中常需要超细磨料,曹保鹏等[28]以填碳化硼固体粉末(粒径1mm)为阳极、高纯石墨棒为阴极,在He气氛下,用直流电弧法制备出了粒径为数十纳米的超细碳化硼粉末,为细化碳化硼粉提供了一种可行的方法。

3.2　活化烧结

活化烧结能有效改善碳化硼粉末难以烧结的问题。广义上讲,采用化学或物理的措施,使烧结温度降低,烧结过程加快或使烧结体的密度和其他性能得到提高的烧结方法都称为活化烧结。碳化硼属斜方晶系,碳含量可从8.8%连续变化到20%。在非化学计量的碳化硼中存在较高的空位浓度,而结构空位的非平衡状态可以活化扩散物质的转移机构,提高硼和碳的扩散能动性,晶格畸变增加,扩散激活能和位错运动阻力降低,使烧结过程得到活化。目前细化原料粉末以及在碳化硼基体中添加具有助熔作用或增强作用的烧结助剂能改善烧结条件,有很大的发展前途。

细化原料粉末:大量研究表明细化原料粉末能有效促进碳化硼的烧结过程,优点是不带入有害杂质,缺点是产品的制备成本增加。

添加硼、碳或有机物:优点是不引入除碳、硼以外的第三元素,较加入其他添加剂的材料,碳化硼的结构和性质没有大的变化,故而受到特别的重视。加入的碳通常由葡萄糖、酚醛树脂、硬脂酸、聚碳酸酯硅烷等有机前驱体热分解而获得。

添加金属单质:主要有Al、C o、Fe、T i、Cr、Ni、Cu 等。金属单质强化烧结过程、提高材料性能主要通过两个途径来实现:一是在烧结过程中通过液相烧结致密化机制来促进致密化;二是添加物与B4C发生化学反应,生成的金属硼化物作为增强相起到弥散强化的作用。

添加金属氧化物:主要有T iO2、MgO和Al2O3。氧化物与B4C在一定条件下进行化学反应可生成亚化学含量的B4C1-x,导致B4C晶格常数改变,产生结构缺陷。晶格常数的改变和结构缺陷的产生加速传质过程,促进烧结致密化速率。

添加过渡金属硼化物和碳化物:主要包括T iB2、W2B5、CrB2及T iC、VC、CrC、WC等。利用过渡金属硼化物的热膨胀系数和基体B4C不匹配而产生残余应力所引发的裂纹偏转效应可提高碳化硼的力学性能。利用过渡金属碳化物与碳化硼不相容的特性,向碳化硼粉末中添加适量的过渡金属碳化物,反应生成的活性碳和硼化物可活化碳化硼烧结过程。

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第4期 裴立宅,等:碳化硼粉末及其复相陶瓷的研究现状与进展

其他添加剂:AlF3、Be2C、MgF2、钠硅酸盐、Si等都能促进碳化硼的烧结过程,但有关机理缺乏深入的研究,其中Si在元素周期表中的位置与C和B毗邻,性能相近,根据相似相容原理,Si对碳化硼的烧结肯定有特殊作用。此外,Si与B4C之间如果发生化学反应,则可能生成Si m B n和SiC,对碳化硼的力学性能和抗氧化性能有利。

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05稀　有　金　属　与　硬　质　合　金 第32卷

功能陶瓷材料研究进展综述

功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________

功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.wendangku.net/doc/6113013589.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。

压电陶瓷发电技术研究报告综述

压电陶瓷发电技术的研究 摘要：信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展，电源的能量密度没有明显的提高［1］。虽然化学能电池因使用方便而被广泛使用，但环境污染、回收困难、浪费材料等问题也日益突出。压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置，压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视，在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。 Abstract: The rapid developme nt of in formatio n tech no logy has n ot led to the progress of power source, an dsupply en ergy den sity is no tsig nifica ntly improved. Although the chemical batteries are widely used, but the disadva ntage that they waste materials, pollute environment and recycle difficulty. Piezoelectric vibration generator is an inno vative type ofpersiste nt, clea n and maintenan ce-free power gen erati on d evice. The research of piezoelectric ceramic tech no logyfor power gen erati on has received wide atte ntio n, which has good prospect of applicati ons in wireless sensorn etworks.

防弹陶瓷碳化硼的介绍

防弹陶瓷碳化硼的介绍 近四五十年来，随着科学技术的发展，原子能、火箭、燃气轮机等技术领域对材料提出了更高的要求，迫切需要比耐热合金更能承受高温、比普通陶瓷更能抵御化学腐蚀的材料。而某些陶瓷因为能满足这些要求，因此，这类陶瓷得到了迅速的发展。这些新发展起来的陶瓷，无论从原料、工艺或性能上均与传统陶瓷有很大的差异，被称为特种陶瓷。由于特种陶瓷具有许多独特的性能，潜力很大。而且制作特种陶瓷的主要原料在地球上储量丰富，价格便宜，容易得到。近20年来，各主要工业国家都十分注重特种陶瓷的开发和研究，形成世界性的“陶瓷热”，并取得了很大的进展。所以，特种陶瓷被誉为“万能陶瓷”，是21世纪最有发展前景的重要新材料之一。 碳化硼就是一种有着许多优良性能的重要特种陶瓷。碳化硼最早是在1858年被发现的，然后英国的Joly于1883年、法国的Moissan于1894年分别制备和认定了B3C、B6C。化学计量分子式为B4C的化合物直到1934年才被认知。随后，俄国学者提出了许多不同的碳－硼化合物分子式，但这些分子式未能得到确认。事实上，由B－C相图可以知道，碳－硼化合物有一个从B4.0C到B10.5C的很宽的均相区，在这个均相区内的物质习惯上通称为碳化硼，从20世纪50年代起，人们对碳化硼，尤其是对其结构、性能进行了大量的研究，取得了许多研究成果，推动了碳化硼制备和应用技术的长足发展。由于碳化硼具有其它材料不可比拟的优异性能，人们对碳化硼陶瓷的研究深度与力度不断加大，除高纯度、超细碳化硼粉体合成新方法不断涌现外，人们更多地致力于开展先进实用的成型工艺及烧结工艺技术研究，以使碳化硼制品能够在某些高技术领域实用化并进一步工业化生产。

现代陶瓷研究进展

材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师：

目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8

无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景

无铅压电陶瓷的研究现状与发展前景 Tadashi Takenaka，Hajime Nagata Faculty of Science and Technology，Tokyo University of Science，Y amazaki 2641，Nada， Chiba-ken 278-8510，Japan 摘要：钙钛矿结构的陶瓷和铋层结构BLSF陶瓷因具有优良的绝缘性、铁电性和压电性，成为污染环境的含铅压电陶瓷的良好替代材料。钙钛矿陶瓷广泛应用于高能换能器，具有较高的压电常数d33(>300pC/N)和高的居里温度Tc(>200℃)。采用固相法制备的BaTiO3，即(1-x) BaTiO3-x(Bi0.5K0.5)TiO3[BTBK-100x]陶瓷,Tc随着x的增加而增加。BTBK-20+MnCO30.1wt%陶瓷显示出高的Tc（~200℃），同时机电耦合系数k33=0.35。固相法得到的a Bi0.5Na0.5)TiO3-b BaTiO3-c Bi0.5K0.5)TiO3[BNBK(100a/100b/100c)陶瓷,相对于BNBK(85.2/2.8/12)的d33和Tc 分别为191pC/N和301℃。另一方面，BLSF陶瓷是优良的高温压电传感器和具有高机械品质因数Qm的陶瓷共振器，并且在低温下谐振频繁(Tc-f r)。施主掺杂Bi4Ti3O12的陶瓷例如Bi4Ti3-x Nb x O12[BINT-x]和Bi4Ti3-x V x O12[BIVT-x]表现出高的Tc（~650℃）。BINT-0.08陶瓷初始晶粒的k33值为0.39并在350℃时保持这一值。基于固相体系的Bi3TiTaO9(BTT)Sr x-1Bi4-x Ti2-x Ta x O9[SBTT2(x)](1≤x≤2)在x=1.25的P型半导体中表现出高的Qm值(=13500)。 关键词：铁电性，压电性，钙钛矿，铋层结构铁电体 1. 前言 压电性是电子和机电材料表现出来的重要性质。应用最广泛的压电材料是三元系的PbTiO3-PbZrO3(PZT)。然而，近年来为了环境保护人们期望使用无铅材料。例如，欧盟将在电子和电器设备(WEEE)方面执行立法草案,限制有毒物质(RoHS)的排放和控制生活交通工具(ELF)。因此，无铅压电材料作为PZT陶瓷的替代材料吸引了广泛的注意力。 无铅压电材料，如压电单晶，有钙钛矿结构的铁电陶瓷，以及钨青铜和铋层结构铁电陶瓷(BLSF)已有报道。然而，没有哪种材料显示出优于PZT体系的压电性能。为了替代PZT体系，要求划分和发展各种应用领域的压电性能。例如，钙钛矿陶瓷能够应用于高能态的调节器。另一方面，铋层结构铁电陶瓷(BLSF)可应用于陶瓷过滤和谐振器的可选择材料。 本文将详细介绍钙钛矿铁电陶瓷和BLSF陶瓷的绝缘性、铁电性和压电性，这两种陶瓷是可优先选择并能减少对环境损害的无铅压电材料。

碳化硼

碳化硼 科技名词定义 中文名称：碳化硼 英文名称：boron carbide 定义：以碳化硼为主体的磨料。 应用学科： 机械工程（一级学科）；磨料磨具（二级学科）；磨料（三级学科） 百科名片 碳化硼（boron carbide ），又名一碳化四硼，分子式为B4C，通常为灰黑色粉末。俗称人造金刚石，是一种有很高硬度的硼化物。与酸、碱溶液不起反应，容易制造而且价格相对便宜。广泛应用于硬质材料的磨削、研磨、钻孔等。 目录 1简介管制信息 1名称 1化学式 1相对分子质量 1性状 1储存 1用途 1质检信息质检项目指标值 理化常数 物理化学性质 制备 1应用控制核裂变 1研磨材料 1涂层涂料 1喷嘴 1其他 包装及储存 简介 管制信息 本品不受管制

名称 中文名称：碳化硼英文别名：Boroncarbide，Tetraboroncarbide 化学式 B4C 相对分子质量 55.26 性状 坚硬黑色有光泽晶体。硬度比工业金刚石低，但比碳化硅高。与大多数陶器相比，易碎性较低。具有大的热能中子俘获截面。抗化学作用强。不受热氟化氢和硝酸的侵蚀。溶于熔化的碱中，不溶于水和酸。相对密度(d204)2.508～2.512。熔点2350℃。沸点3500℃。 储存 密封保存。 用途 防化学品陶器、耐磨工具制造。 质检信息质检项目指标值 质检项目项目指标值 含量(B4C) ≥90.0% 游离炭及三氧化二硼和其它杂质总量≤10.0% 理化常数 名称；碳化硼 IUPAC英文名Boron carbide 别名B4-C、B4C、黑钻石、一碳化四硼 CAS号12069-32-8 化学式B4C 摩尔质量55.255 g mol 外观黑色粉状 密度 2.52 g/cm （固） 熔点2350 °C (2623.15 K)

压电陶瓷应用研究进展

压电陶瓷应用研究进展 程院莲,鲍 鸿,李 军,李小亚 (广东工业大学自动化学院,广东广州510090) 摘 要:阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果;给出了具体的最新应用实例。 关键词:压电陶瓷;超声换能器;压电驱动器 中图分类号:TN712+ 5 文献标识码:A 文章编号:1672-4984(2005)02-0012-03 Research progress in applications of piezoelectric ceramic C HENG Yuan -lian,BAO Hong,LI Jun,LI Xiao -ya (College of Automation,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510090,China) Abstract:The applications to the aspects such as piezoelectric resonators ,piezoelectric transducer,photo devices,and the newest research outcomes made in the recent years are expounded,some newest application examples are also given Key words:Piezoelectric ceramic;Ultrasonic transducer;Piezoactuator 收稿日期:2004-06-09;收到修改稿日期:2004-08-17基金项目:广东省教育厅科研基金项目资助(030058)作者简介:程院莲(1978-),女,硕士研究生,主要从事检测技术与自动化装置研究。 1 引 言 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,它具有压电效应。所谓压电效应是指由应力诱导出极化(或电场),或由电场诱导出应力(或应变)的现象,前者为正压电效应,后者为负压电效应,两者统称为压电效应。目前为止,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。随着新工艺和新材料的出现,压电陶瓷应用日新月异,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。 2 压电陶瓷的广泛应用 压电陶瓷的应用十分广泛。大体说来,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。2 1 压电陶瓷频率控制器件 压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。压电陶瓷片(压电振子)在外加交变电压作用下,会产生一定频率的机械振动。在一般情况下这种振动的振幅很小,但是当所加电压的频率与压电 振子的固有机械振动频率相同时会引起共振,振幅 大大增加。这时,交变电场通过逆压电效应产生应变,而应变又通过正压电效应产生电流,电能和机械能最大限度地互相转换,形成振荡。利用压电振子这一特点,可以制造各种滤波器、谐振器等,其频率稳定性好,精度高,适用频率范围宽,体积小,不吸潮,寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,所以目前已取代了相当大一部份电磁振荡器和滤波器,而且这一趋势还在不断发展中。2 2 压电换能器及传感器 压电陶瓷在交变电场作用下,会产生伸缩振动,从而向介质中发射声波。当交变电场的频率与压电陶瓷的固有机械频率相近时会产生共振,它能发出很强的超声波振动。因而可利用所产生的高强度超声波来改变物质的性质和状态,如超声清洗、超声乳化以及制作各种超声切割器、焊接装置及烙铁,对塑料甚至金属进行加工等。压电晶体产生的超声波在介质中传播,遇到障碍物时,大部分声能被折回形成回波,回波再被压电晶体接收转变成电信号,电信号的幅度与给定频率下的声信号的幅度成比例。根据此电信号的各种参量,可以进行超声医疗,对金属进行无损探测以及探测水下物体等。其中把声能转换为电能的换能器叫作接收器或水听器;把电能转换为声能的换能器叫作发射器。声纳就是这方面的一个广泛应用,有些声纳用同一只换能器来发射和接收声音;另一些则使用分开的发射器和水听器。其 第31卷第2期 2005年3月中国测试技术 C HINA MEASUREME NT TECHNOLOGY Vol 31 No 2Mar,2005

碳化硼涂层的研究进展

碳化硼涂层的研究进展 作者：孙军龙， 邓建新， 刘长霞， 丁明伟 作者单位：山东大学 刊名： 工具技术 英文刊名：TOOL ENGINEERING 年，卷(期)：2006,40(5) 被引用次数：1次 参考文献(14条) 1.O Conde;A J Silvestre;J C Oliveira Influence of carbon content on the crystallographic structure of boron carbide films[外文期刊] 2000(1-3) 2.S J Harris;G G Krauss;S J Simko;R J Baird, S A Gebremariam, G Doll Abrasion and chemical-mechanical polishing between steel and a sputtered boron carbide coating[外文期刊] 2002(1-2) 3.A A Grossman;R P Doerner;S Luckhardt;R Seraydarian, A K Burnham Transport properties of hydrogen isotopes in boron carbide structures[外文期刊] 1999(266-269) 4.D C Reigada;R Prioli;L G Jacobsohn;F L Freire Jr Boron carbide films deposited by a magnetron sputter-ion plating process:film composition and tribological properties[外文期刊] 2000(3-6) 5.V Cholet;R Herbin;L Vandenbulcke Chemical vapor deposition of boron carbide from BBr3/CH4/H2 mixtures in a microwave plasma 1990(01) 6.U Jansson;J-O Carlsson;B Stridh;S Soederberg, M Olsson Chemical vapor deposition of boron carbides Ⅰ:Phase and chemical composition 1989(01) 7.E Pascual;E Martìnez;J Esteve;A Lousa Boron carbide thin films deposited by tuned-substrate RF magnetron sputtering[外文期刊] 1999(2-5) 8.J C Oliveira;O Conde Deposition of boron carbide by laser CVD:a comparison with thermodynamic prediction[外文期刊] 1997(1-2) 9.Kyu-Wang Lee;Stephen J;Harris Boron carbide films grown from microwave plasma chemical vapor deposition[外文期刊] 1998(10) 10.Yi Zeng;Chuanxian Ding a;Soo W Lee Young's modulus and residual stress of plasma-sprayed boron carbide coatings[外文期刊] 2001(01) 11.C I Chiang;O Meyer;Rui M C da Silva The modification of mechanical properties and adhesion of boron carbide sputtered films by ion implantation[外文期刊] 1996(117) 12.F Kustas;B Mishra;J Zhou Wear behavior of B4C-Mo cosputtered wear coatings[外文期刊] 2001(01) 13.H S Ahn;P D Cuong;K H Shin;Ki-Seung Lee Tribological behavior of sputtered boron carbide coatings and the influence of processing gas[外文期刊] 2005(7-12) 14.T Eckardt;K Bewilogua;G van der Kolk;T Hurkmans, T Trinh, W Fleischer Improving tribological properties of sputtered boron carbide coatings by process modifications[外文期刊] 2000(01) 本文读者也读过(10条) 1.曾毅.张叶方.黄静琪.丁传贤等离子喷涂碳化硼涂层的性能研究[期刊论文]-材料保护1999,32(4) 2.刘宗德.陈蕴博.刘静静.林涛.姜超.LIU Zong-de.CHEN Yun-bo.LIU Jing-jing.LIN Tao.JIANG Chao电磁加速

无铅压电陶瓷材料的研究现状

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/6113013589.html, 无铅压电陶瓷材料的研究现状 作者：吴思华王平付鹏 来源：《佛山陶瓷》2008年第02期 摘要本文综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展，重点介绍了钛酸钡 基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系以及钨青铜结构无铅压电陶瓷体系的研究现状，并对无铅压电陶瓷的发展作了展望。 关键词无铅压电陶瓷，铋层状结构，钛酸铋钠基，钨青铜结构 1引言 随着社会可持续发展战略的实施和人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用更日益引起人们的关注。压电陶瓷被广泛应用于通信、家电、航空、探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一，然而，目前使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%，由于氧化铅是一种易挥发的有毒物质，在生产过程中，氧化铅粉尘以及高温合成或烧结过程中挥发出来的氧化铅极易造成环境污染，在使用和废弃后的处理过程中也会给人类及生态环境造成严重危害。于是近年来，为了保护人类及生态环境，许多国家都在酝酿立法禁止使用含铅的压电陶瓷材料，因此，开发无铅基的环境协调性（绿色）压电陶瓷材料是一项紧迫而具有重要科学意义的课题。 近年来，国内外研究的无铅压电陶瓷体系主要有：钛酸钡基、铋层状结构、钛酸铋钠基、碱金属铌酸盐系及钨青铜结构无铅压电陶瓷。 2钛酸钡基无铅压电陶瓷 钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平，难以通过掺杂改性来大幅度改善其压电性能,且在室温附近存在 相变，所以其在压电方面的应用受到限制。目前，BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有：（1）（1-x）BaTiO3-xABO3(A=Ba、Ca等；B=Zr、Sn、Hf、Ce等)； （2） (1-x）BaTiO3-xA′B′O3（A′=K、Na等；B′=Nb、Ta等）；

电子工程师必备知识

电子工程师的设计经验笔记(经典) 关键字：电子工程师设计经验 电子工程师必备基础知识(一) 运算放大器通过简单的外围元件，在模拟电路和数字电路中得到非常广泛的应用。运算放大器有好些个型号，在详细的性能参数上有几个差别，但原理和应用方法一样。 运算放大器通常有两个输入端，即正向输入端和反向输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。 光敏电阻的阻值随着光线强弱的变化而明显的变化。所以，能够用来制作智能窗帘、路灯自动开关、照相机快门时间自动调节器等。 干簧管是能够通过磁场来控制电路通断的电子元件。干簧管内部由软磁金属簧片组成，在有磁场的情况，金属簧片能够聚集磁力线并使受到力的作用，从而达到接通或断开的作用。 更多阅读：电容性负载的稳定性—具有双通道反馈的RISO(1) 电子工程师必备基础知识(二) 电容的作用用三个字来说：“充放电。”不要小看这三个字，就因为这三个字，电容能够通过交流电，隔断直流电;通高频交流电，阻碍低频交流电。 电容的作用如果用八个字来说那就：“隔直通交，通高阻低。”这八个字是根据“充放电”三个字得出来的，不理解没关系，先死记硬背住。 能够根据直流电源输出电流的大小和后级(电路或产品)对电源的要求来先择滤波电容，通常情况下，每1安培电流对应1000UF-4700UF是比较合适的。 电子工程师必备基础知识(三) 电感的作用用四个字来说：“电磁转换。”不要小看这四个字，就因为这四个字，电感能够隔断交流电，通过直流电;通低频交流电，阻碍高频交流电。电感的作用再用八个字来说那就：“隔交通直，通低阻高。”这八个字是根据“电磁转换”三个字得出来的。

特种陶瓷材料的研究进展[1]

文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.wendangku.net/doc/6113013589.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期

PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势

PZT压电陶瓷国内外发展现状及趋势 摘要：PZT压电陶瓷是目前最有效地实现机械能与电能的转换的陶瓷，所以在现代工业上有着广泛的应用。本文对压电陶瓷的发展现状及制作流程进行了介绍，以及对复合、无铅压电陶瓷发展趋势作出简要的预测。 关键词：压电陶瓷，发展状况，制作流程，趋势，复合材料，无铅 前言 压电陶瓷作为功能陶瓷的重要组成部分，在19世纪80年代，居里兄弟发现压电效应后，得到了迅速的研究及发展。目前具有压电效应的研究在三个方面：压电陶瓷、压电高分子、压电晶体，最具有压电效应的是压电陶瓷。压电陶瓷作为一种重要的力、热、电、光敏感性强的功能材料，已经在传感器、超声换能器、微位移器和其它电子元器件等方面得到了广泛的应用。并且因其低成本、高压电转换的优点，随着加工工艺的进步及优化，它在航空航天、电子、信息等高科技方面有着很高的研究及应用价值。 1、压电陶瓷的基本原理及概念 压电效应，顾名思义是压电陶瓷所特有的性质，在某些电介质上加载负荷后，使其电荷产生极化现象，在其表面正负电荷分离；当去除外力后，极化现象不消失，称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加电场，电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的

变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 晶体构造上不存在对称中心是产生压电效应的必要条件。当没有外力作用时晶体的正反电荷中心重合，晶体对外不显极化，单位体积中的电偶极矩为零，因而表面净电荷为零。但是当晶体沿某一方向加载机械力时，晶体发生形变时，正负电荷中心分离，晶体就对外呈现极化。对于有对称中心的电介质无论有无外力作用都不可能发生压电效应。 在压电陶瓷中，综合性能最好的为1954年美国贾菲等人发现的PbZrO3—PbTiO3(PZT)系固溶体系统,占压电陶瓷总产量的70%。纯的PbZrO3和PbTiO3的熔融温度均在1573K以上，但含杂质的PbZrO3与PbTiO3的熔融温度远比纯的低。由液相冷却可形成Pb(Ti，Zr)O3。固溶体．冷却温度在居里温度以上时，其结构为立方晶系钙钛矿型，到居里温度时发生相变并发生自发极化转成铁电相。PZT的晶格常数随组成的不同而不同，在四方铁电相区域，随着PbZrO3含量的增加a(=b)轴显著增大，c轴稍有缩短，晶胞体积增大，使得它有良好的机电耦合系数和机械品质因素。此后，研究者们利用掺杂的办法利用三元系不断改进其压电性能。 机电耦合系数：压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能，这种表示能量相互变换的程度用机电耦合系数表示，即：k33=E c/E e.通常用K33表示。 机械品质因数：压电振子在谐振时贮存的机械能与在一个振动周期内损耗的机械能之比称为机械品质因数，它是一个无因次的物理

压电陶瓷测量基本知识

压电陶瓷及其测量原理 近年来，压电陶瓷的研究发展迅速，取得一系列重大成果，应用范围不断扩大，已深入到国民经济和尖端技术的各个方面中，成为不可或缺的现代化工业材料之一。由于压电材料的各向异性，每一项性能参数在不同的方向所表现出的数值不同，这就使得压电陶瓷材料的性能参数比一般各向同性的介质材料多得多。同时，压电陶瓷的众多的性能参数也是它广泛应用的重要基础。 （一）压电陶瓷的主要性能及参数 （1）压电效应与压电陶瓷 在没有对称中心的晶体上施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷，这一现象称为正压电效应；反之，在晶体上施加电场时，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这一现象称为逆压电效应。这两种正、逆压电效应统称为压电效应。晶体是否出现压电效应由构成晶体的原子和离子的排列方式，即晶体的对称性所决定。在声波测井仪器中，发射探头利用的是正压电效应，接收探头利用的是逆压电效应。 （2）压电陶瓷的主要参数 1 、介质损耗 介质损耗是包括压电陶瓷在内的任何电介质的重要品质指标之一。在交变电场下，电介质所积蓄的电荷有两种分量：一种是有功部分（同相），由电导过程所引起；另一种为无功部分（异相），由介质弛豫过程所引起。介质损耗是异相分量与同相分量的比值，如图 1 所示，I C为同相分量，I R为异相分量，I C与总电流I的夹角为，其正切值为

2、机械品质因数 机械品质因数是描述压电陶瓷在机械振动时， 材料内部能量消耗程度的一个参数， 它也是衡 量压电陶瓷材料性能的一个重要参数。 机械品质因数越大， 能量的损耗越小。产生能量损耗 的原因在于材料的内部摩擦。机械品质因数 Q m 的定义为: 谐振时振子储存的机械能 c Qm 谐振时振子每周所 损失的机械能 2 兀 机械品质因数可根据等效电路计算而得 式中 R 1为等效电阻 （Q ） , s 为串联谐振角频率（Hz ）, C 1为振子谐振时的等效电容 （F ），L 1为振子谐振时的等效电感。 Q m 与其它参数之间的关系将在后续详细推导。 不同的压电器件对压电陶瓷材料的 Q m 值的要求不同，在大多数的场合下（包括声波 测井的压电陶瓷探头），压电陶瓷器件要求压电陶瓷的 Q m 值要高。 3、压电常数 压电陶瓷具有压电性， 即在其外部施加应力时能产生额外的电荷。 其产生的电荷与施加 tan 1 CR 其中3为交变电场的角频率, R 为损耗电阻，C 为介质电容。 s R 1C 1 s L 1 图1交流电路中电压-电流矢量图（有损耗时）

碳化硼材料研究进展

碳化硼材料研究进展 摘要: 综述了碳化硼粉末的合成方法、碳化硼复相陶瓷的种类及合成方法 ,并对其发展方向作了展望。 关键词：碳化硼；材料；研究；记载 1前言 碳化硼为菱面体结构，晶格属于D3d5- R3m空间点阵,晶格常数 a = 0. 519 nm , c = 1. 212 nm ,α = 66°18′,目前可被广泛接受的碳化硼模型是:B11C组成的二十面体和 C-B-C 链构成的菱面体结构。由于碳原子和硼原子半径相似，存在类质同相替代，所以碳化硼中的碳硼比并不固定，但多在1：4附近变化，且碳硼比= 1：4时碳 化硼的各项性能指标也最好。碳化硼中原子间共价键比超过90 %，这种特殊的结 合方式，使其具有具许多优良性能(参见表1)，如：①高熔点、高硬度、高模量，高温强度高（>30GPa），具有很强的耐磨能力；②密度小、③较低的膨胀系数； ④很高的热中子吸收能力；⑤具有热电性；⑥在具备良好的物理性能的同时具 有优越的抗化学侵蚀能力。 表1 碳化硼陶瓷的主要性能 Table1 Main properties of boron carbide ceramics 密度 gcm-3 熔点 ℃电阻率 X104Ω/m导热系数 W/mk 线性膨胀系数 X10-6/K 弹性模量 GPa 显微硬度 GPa 抗弯强度 MPa 抗压强度 GPa 热电性能 S/ m室温 2.52 2450 0.2~7 29 4.5 448 50 490 2854 140, 正是由于碳化硼自身的优异性能使碳化硼在耐火材料、耐磨材料、装甲防护、核 工业、航空航天等领域得到了广泛的应用。 2碳化硼粉末的制备 2.1碳化硼的合成 2.1.1碳热还原法 碳热还原法是指以碳为还原剂，还原硼酸或硼酐制备碳化硼的方法。反应方程式为： 2B2O3+7C==B4C+6CO(g)或4H3BO3+7C==B4C+6CO(g)+6H2O(g) 碳热还原法制备碳化硼时通常使用碳管炉和电弧炉。采用电弧炉作为合成设备时,由于电弧温度高、炉区温差大。在中心区部位温度可能超过碳化硼的熔点，使其 发生包晶分解，析出游离碳和其他高硼化合物；而远离中心区温度偏低，反应不 完全，残留有硼酐和碳。所以电弧炉中制得的碳化硼一般杂质含量偏高。碳管炉 作为合成设备时，反应在保护气氛或真空状态下进行，反应条件更容易控制，生 产的碳化硼质量会更高一些，但产量低、成本高不利于大规模生产。 碳热还原法原料成本低、设备简单、产量大是目前碳化硼工业化生产的主要方法。

陶瓷材料的研究进展

论文 题目：陶瓷材料的研究进展 姓名： 专业：化学工程与工艺 学号： 日期：2009-6-21

陶瓷材料的研究进展 摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。 关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development. Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology

碳化硼-铝复合材料的研究进展

碳化硼－铝复合材料的研究进展 刘明朗１，韩增尧２郎静３马南钢１吴骁行１ １华中科技大学材料成型与模具技术国家实验室，武汉４３００７４２中国空间技术研究院，北京１０００９４； ３华中科技大学能源与动力工程学院，武汉４３００７４ 碳化硼陶瓷具有高硬度、高熔点、低密度的特点，将其与金属铝复合能克服自身缺陷，使其得到更广泛 的应用。碳化硼－铝复合材料按照基体的不同可分为铝基和碳化硼基两大类，分别综述了其制备工艺、界面反应以及 润湿性，并展望了其发展方向，最后指出，随着研究的深入该复合材料将在大面积防护领域得到广泛应用。 铝基；碳化硼基；制备；界面反应；润湿性 Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｂｏｒｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ－Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＬＩＵ　Ｍｉｎｇｌａｎｇ　ＨＡＮ　ＺｅｎｇｙａｏＬＡＮＧ　ＪｉｎｇＭＡ　ＮａｎｇａｎｇＷＵ　Ｘｉａｏｘｉｎｇ 国家科技项目（ＸＸＸＸ－４０１）；中国空间研究院创新基金 刘明朗：男，１９８８年生，硕士研究生Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｌ＿　ｌｉｕ１９８８＠　１６３．　ｃｏｍ 马南钢：通讯作者，男，１９６２年生，博士，教授Ｔｅｌ：０２７－８７５５７９４９ Ｅ－ｍａｉｌ：　ｎｇｍａ＠ｍａｉｌ．　ｈｕｓｔ．　ｅｄｕ．　ｃｎ

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＠＠１． Ｔｏｐｃｕ　Ｉ，ｅｔ　ａｌ．　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｂ４Ｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．　Ｊ　Ａｌｌｏｙｓ　Ｃｏｍｐｄ，２００９， ４８２：５１６ ＠＠２． Ｌｉｕ　Ｃ　Ｈ，Ｓｕｎ　Ｊ　Ｌ．　Ｅｒｏｓｉｏｎ　ｂｃｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　Ｂ４Ｃ　－ｂａｓｅｄ　ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．　Ｃｅｒａｍ　Ｉｎｔ，　２０１０，３６　：　１２９７