- 耿皖荣;江亦潇;朱银莲;马秀良;
氧空位作为一种结构序参量,通过与应变、极化和磁化的协同作用及竞争调控强关联氧化物的功能特性。通过引入可调控的氧空位有序面,利用像差校正透射电子显微镜系统地研究了其对多铁性BiFeO_3薄膜铁电极化与光响应特性的影响机制。研究发现,通过调节退火氧分压和覆盖层工艺,可在BiFeO_3薄膜中实现氧空位有序面的引入和对其密度的精确调控,表现为显著的晶格膨胀、Fe~(3+)/Fe~(2+)混合价态和稳定的尾–尾极化组态,进而提高BiFeO_3薄膜的光吸收性能。本工作阐明了多铁BiFeO_3薄膜中氧空位有序面对铁电极化和光响应性能的调控行为。
2025年09期 v.53;No.438 2421-2429页 [查看摘要][在线阅读][下载 2555K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 范宇昕;贾世杰;廖佳佳;周益春;
铝掺杂氧化铪(Hf_(1–x)Al_xO_2, HAO)铁电薄膜因较高的结晶温度,可与3D NAND架构集成工艺兼容,有望用于大容量、非易失性铁电存储器。高温制备工艺会导致铁电薄膜/电极界面层的形成,探究其对极化翻转行为的影响是实现器件应用的基础。本工作通过HAO薄膜厚度微缩时写入和擦除2种状态下的极化翻转行为,分析了界面效应对极化翻转动力学的影响机理。结果表明:随着HAO铁电薄膜厚度减小,写入和擦除的极化翻转速度差异增大,且该现象在低擦写电场时更为显著。此外,在低擦写电场下HAO薄膜极化翻转特性遵循成核限制模型。随着电场增大至饱和电场,极化翻转行为转变为Kolmogorov–Avrami–Ishibashi模型。该工作为氧化铪基铁电存储器建立铪基铁电薄膜与存储器性能关联提供了一定的基础。
2025年09期 v.53;No.438 2430-2440页 [查看摘要][在线阅读][下载 4422K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 周智强;黄硕;戴乐;刘丽莎;
为在BiFeO_3薄膜中诱导宏观自极化性能,引入晶种层LaNiO_3,在具有高度柔性的云母衬底上制备了具有高度(001)取向的BiFe_(1–x)Mn_xO_3 (x=0, 0.01, 0.03, 0.05)织构薄膜。研究表明,未掺杂和低浓度(x≤0.01)掺杂的薄膜存在向下的自极化行为,并存在内置电场。随着Mn掺杂浓度的增加,薄膜的织构度从92.3%下降至56.7%,自极化程度逐渐减弱,自极化压电系数d_(33, d)从48.6 pC/N下降到14.1 pC/N,由此推断衬底对薄膜产生的应力是产生自极化行为的原因。Mn掺杂虽弱化了自极化程度,但大大提高了薄膜的电学性能。此外,该柔性薄膜具有良好的弯曲稳定性以及耐机械疲劳特性,在5×10~3次弯曲(r=10 mm)后,正压电系数d_(33, d)下降不超过10%。
2025年09期 v.53;No.438 2441-2451页 [查看摘要][在线阅读][下载 2546K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 杨华宇;郭常青;王静;黄厚兵;
铁酸铋薄膜因其卓越的压电和铁电性能,在传感及信息存储领域备受关注。在薄膜体系中,外延应变与结构限域等因素可诱导出丰富的铁电畴结构,从而改变其宏观铁电、压电性能。因此,利用脉冲激光沉积技术精准调控铁酸铋薄膜的畴结构具有重要意义。本工作研究了铁酸铋薄膜的外延应变与生长模式对其畴结构的影响。通过调整沉积次数以增加薄膜厚度,实现了薄膜从T相到R/T混合相再到R’相的转变,并通过调整激光能量实现了薄膜从层状生长到层–岛混合生长的转变。此外,借助有限元模拟分析了外延应变的弛豫规律,并结合靶材蒸发的物质量探讨了沉积速率对薄膜生长模式的影响,从而深入理解了应变及空间结构限域对铁电相结构及畴结构的作用规律,为后续压电性能优化及高密度铁电纳米岛存储等领域的研究奠定了基础。
2025年09期 v.53;No.438 2452-2460页 [查看摘要][在线阅读][下载 2192K] [下载次数：31 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 许多;孙浩滢;王志超;沈葛梁;张弘毅;文宗涵;韩露;邓昱;聂越峰;
钛酸钡(BaTiO_3, BTO)薄膜因其优异的电光效应在集成光子器件中具有重要的应用潜力。然而,在硅衬底上实现高质量BTO薄膜的外延生长并有效调控其面内极化以实现电光系数最大化仍面临关键挑战。采用氧化物分子束外延技术,结合原位反射高能电子衍射(RHEED)实时监控,Si基片上的外延钛酸锶(SrTiO_3,STO)缓冲层在12.5个单胞层(ML)后完成晶格弛豫,显著降低了BTO薄膜与Si衬底的晶格失配度,为Si基片上外延BTO提供了良好的过渡层。在STO上外延更大晶格常数的BTO薄膜时,晶格在界面至30 nm之间完成弛豫过程。降温时,由于硅衬底的热膨胀系数较低,BTO薄膜受衬底约束,保持了弛豫后的大面内晶格常数,从而获得了面内铁电极化。基于此方法制备的2in的300 nm BTO晶圆膜展现出优异的晶体质量,摇摆曲线半峰宽为0.45°,表面粗糙度小于0.2 nm,c/a=0.994 <1,并具有显著的面内多畴结构。上述原位监控技术为分析BTO薄膜外延过程中的晶格弛豫及畴结构调控提供了关键信息,为硅基BTO电光器件集成奠定了材料基础。
2025年09期 v.53;No.438 2461-2468页 [查看摘要][在线阅读][下载 2218K] [下载次数：72 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 肖泽宇;雷林;刘琳;胡雪莉;黄凤珍;吕笑梅;
构建铁电/半导体异质结构是现代多功能电子器件的重要发展方向。利用溶胶–凝胶方法在不同温度预处理后的n-Si衬底上制备了BiFeO_3薄膜。结果表明,衬底预处理使得样品电滞回线细化变形,同时光电流变弱。结合介电–温度谱以及截面高分辨透射电子显微镜等分析表明,衬底预处理后,n-Si表面的SiO_x层厚度增加,削弱了BFO与n-Si之间的pn结界面接触势垒以及相应的分压,有利于BFO的极化开关。势垒的降低伴随着界面内建电场的减小,对光生载流子分离运动的驱动力减弱。通过揭示不同SiO_x厚度对铁电/半导体异质结界面及电荷迁移的影响,可为基于Si衬底的铁电集成器件的设计提供重要参考。
2025年09期 v.53;No.438 2469-2478页 [查看摘要][在线阅读][下载 2758K] [下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 刘次捷;王思旭;李为;马云鹏;陈昌富;于涵;张洪雷;邓晨光;李千;
BaTiO_3 (BTO)薄膜因其优异的压电性、铁电性和非线性光学性能,在电光功能材料领域具有广泛的应用前景。本工作采用射频磁控溅射法,在(001)(La,Sr)(Al,Ta)O_3 (LSAT)与(110) GdScO_3 (GSO)单晶衬底上成功外延沉积了BTO薄膜,研究了衬底温度、靶材与基板之间的距离(靶基距)、O_2与Ar的体积比、射频功率及溅射时间等参数对薄膜结晶取向、生长速率及表面形貌的影响规律。结果表明,衬底温度是影响BTO薄膜结晶取向的关键因素:当沉积温度低于500℃时,薄膜呈非晶态,需经后续退火处理形成a-轴取向;而当沉积温度高于600℃时,可直接获得具有c-轴取向的结晶薄膜。进一步通过二次谐波产生(SHG)测试验证了薄膜的相结构与极化畴结构。研究明确了BTO薄膜的最佳沉积工艺条件,为其在铁电器件、压电传感器及集成光电子系统等领域的应用提供了重要技术支撑。
2025年09期 v.53;No.438 2479-2488页 [查看摘要][在线阅读][下载 2248K] [下载次数：69 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 韩易滔;梁雄;李亚伟;潘丽萍;李江涛;杜建国;Sung-Soo RYU;
多孔介质燃烧具有燃烧效率高、污染物排放低和清洁利用低热值燃料的特点,对当前高温工业的节能降碳意义重大。针对高温多孔介质燃烧用氧化铝多孔陶瓷表面辐射效率低的问题,首先采用低温共沉淀法制备具有特殊花状结构的氧化铈(CeO_2)粉末,再结合浆料喷涂工艺在氧化铝多孔陶瓷表面形成高辐射、高催化活性的CeO_2涂层。结果表明:以NH_4HCO_3和Ce(NO_3)_3·6H_2O为原料,通过共沉淀法和500℃热处理能分别制备出具有花瓣结构的花状CeO_2前体和花状CeO_2。同普通CeO_2相比,花状CeO_2具有更大的比表面积、更高的表面活性氧比例。所制备的花状CeO_2涂层因具有发达的花瓣孔隙和微孔结构,能将红外发射率由0.52提升至0.71。相比于负载普通CeO_2涂层的多孔陶瓷燃烧器,负载花状CeO_2涂层多孔陶瓷燃烧器表面温度最高提升至1032.6℃,加热速率由32.38℃/min提升到41.81℃/min,CO排放仅为4.58 mg/m~3,NO_x排放低至0.19 mg/m~3,贫燃极限拓宽至3.5%(体积分数)。
2025年09期 v.53;No.438 2539-2549页 [查看摘要][在线阅读][下载 3739K] [下载次数：41 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 马晨红;李勇;罗华明;职佳爽;高原;高长贺;
基于高温下金属Al、Si对氧分压敏感特性,将Al–Si–Al_2O_3复合材料在1550℃氮气气氛下保温3 h烧成,制备了“多型体硅铝氧氮(21R-SiAlON)致密层AlN–SiC固溶体增强刚玉多孔结构层”梯度功能材料。结合反应热力学计算,研究了其合成机理。结果表明:试样表面的氧分压较高,金属铝、硅的“活性氧化–间接氮化”为主导反应机制。表面层金属铝、硅优先发生活性氧化反应,生成Al_2O、SiO等气态亚氧化物,使氧分压降低。高温低氧分压氮气气氛下,体系中金属铝、硅和活性氧化铝微粉进一步与氮气发生反应,生成21R-SiAlON。在浓度梯度作用下,Al_2O、SiO气相扩散至试样外层氮化沉积,促进了片状21R-SiAlON的交错生长发育,形成致密功能层(气孔率<4%);随着外层铝、硅的活性氧化对O_2的逐层消耗,试样内部的氧分压降至极低值,金属铝、硅的“直接氮化/碳化”反应机制成为主导。试样内部的铝、硅直接与氮气和酚醛树脂残碳反应,原位生成粒状AlN–SiC固溶体增强相,形成高强度多孔结构(气孔率约为15%),缓解温度梯度导致的应力集中。
2025年09期 v.53;No.438 2550-2558页 [查看摘要][在线阅读][下载 3878K] [下载次数：25 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 辛亚楼;简云铃;尹洪峰;袁蝴蝶;汤云;任小虎;刘宇驰;刘国齐;
采用反应熔融浸渗法将硅铝合金渗透到Al_2O_3–TiC–C预制体中,经过高温反应获得了与Ti_3Si(Al)C_2结合的低碳Al_2O_3–Ti_3Si(Al)C_2–C耐火材料。研究了石墨添加量和熔渗介质对Al_2O_3–Ti_3Si(Al)C_2–C耐火材料相组成、显微结构以及性能的影响。结果表明,预制体中的石墨对合金的润湿性较差,不利于合金向预制体内部渗透,最终影响预制体中Ti_3Si(Al)C_2的原位生成。当耐火材料遭受破坏时,由于Ti_3Si(Al)C_2层状结构引发的扭结、分层等多种变形机制,可以在裂纹传播过程中消耗大量能量从而赋予材料优异的力学性能。尤其是在热震过程中,新形成的Al_2O_3和TiO_2等氧化物在耐火材料中形成致密氧化层,有助于恢复甚至增强耐火材料的强度,当预制体中不含石墨,使用Al_(50)Si_(50)合金在1500℃熔渗后,所制备的Al_2O_3–Ti_3Si(Al)C_2–C耐火材料的常温抗折强度为75.5 MPa,在热震后提升到110.5 MPa。
2025年09期 v.53;No.438 2559-2567页 [查看摘要][在线阅读][下载 2522K] [下载次数：35 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 袁蝴蝶;刘宇驰;尹洪峰;辛亚楼;汤云;任小虎;高云琴;归冬云;张新悦;
镁铬砖以其优异的高温使用性能常被用于镍熔炼炉的工作衬,随着国家环保监管力度不断加强,环境执法力度持续强化,镁铬砖使用过程中产生的Cr~(6+)对环境与人体的危害不容忽视。为明晰不同性质耐火材料与镍渣的侵蚀作用机理,从相组成和显微结构入手,对比了半再结合镁铬砖、高铝砖和黏土砖与镍渣的侵蚀行为变化。借助高温热力学计算,构建3种耐火材料与镍渣的界面侵蚀反应模型。结果表明:镁铬砖与镍渣侵蚀反应过程中生成的尖晶石隔离层阻滞了熔渣向材料内部的渗透;当刚玉相在渣中达到饱和溶解度后,高铝砖中可形成侵蚀隔离层;黏土砖无法通过侵蚀反应形成隔离层,但随着莫来石向渣中的不断溶解,熔渣中SiO_2含量增加,Si–O的网状结构增大了熔渣黏度,使得渣向黏土砖中的渗透减少。
2025年09期 v.53;No.438 2568-2576页 [查看摘要][在线阅读][下载 3232K] [下载次数：49 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 时义红;曹荣;余王志;邓先功;刘翔;陈玥;丁祥;葛雪祥;张毅;冉松林;张海军;
以碳化硅粉为主要原料、硅粉和炭黑为碳化硅自结合相粉体、AlF_3·3H_2O为添加剂,采用发泡结合反应烧结法制备了碳化硅晶须自增强多孔陶瓷。研究了AlF_3·3H_2O添加量(质量分数)对碳化硅晶须自增强多孔陶瓷的物相组成、显微结构和力学性能等的影响。结果表明:添加适量的AlF_3·3H_2O可以促进碳化硅晶须的形成,并提高多孔陶瓷样品的强度。当AlF_3·3H_2O添加量为2%时,所制备孔隙率为76.9%的碳化硅晶须自增强多孔陶瓷样品的常温抗折强度和耐压强度分别为2.6 MPa和3.7 MPa,样品中生成的SiC_w晶须的长度约为4 μm,直径约为62 nm,其生长是由气–固反应机理控制。
2025年09期 v.53;No.438 2577-2585页 [查看摘要][在线阅读][下载 2081K] [下载次数：47 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 柯文丽;廖宁;颉付博;李亚伟;蔡国庆;秦建涛;
针对氢基竖炉炉衬在强还原环境下的安全长寿服役需求,重点研究了氧化铁–氧化钛赋存形态对莫来石质耐火材料还原稳定性的影响机制。通过构建H_2/CO(体积比5:2)强还原环境,考察了不同预处理工艺对材料结构稳定性的作用规律。结果表明:不预烧的氧化钛–氧化铁复合试样在950℃处理后呈现显著结构劣化,表现为基质中形成大量微米级孔隙及骨料–基质界面结合弱化,导致耐压强度峰值仅38.6MPa,强度衰减率高达17.3%～26.5%。预烧处理的氧化钛–氧化铁复合试样在1050℃还原后保持良好结构完整性,当TiO_2与Fe_2O_3质量比>2.0时,材料耐压强度最低值仍达71.9MPa,显微结构分析显示试样未出现明显裂隙,强度衰减率控制在10%以内。作用机理在于:不预烧复合物引入试样中形成的Al_2TiO_5与Fe_2O_3复合相难以有效抑制Fe_2O_3还原反应,导致金属铁析出和体积收缩;而预烧形成的Fe_2TiO_5在还原过程中优先转化为亚铁化合物FeTiO_3相,通过构建Fe—O—Ti协同稳定结构,显著提升材料抗H_2/CO还原侵蚀能力,为开发高稳定性氢基竖炉耐火材料提供了理论依据。
2025年09期 v.53;No.438 2586-2596页 [查看摘要][在线阅读][下载 5829K] [下载次数：32 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 钟子晴;张乾宇;徐泽;曾繁达;邢志鹏;刘亦轩;赵纯林;王轲;
(K, Na)NbO_3(KNN)基无铅压电陶瓷具有较高的居里温度和优异的综合性能,被认为是替代铅基压电陶瓷的重要候选材料之一。为进一步提升其性能,研究者们采用元素掺杂等方法进行优化。Mn元素的化学改性机理在常压烧结的KNN陶瓷中被广泛研究,然而,掺杂后的KNN陶瓷致密度差异明显,从而给解析Mn元素掺杂改性的物理化学机制带来挑战。本工作以热压烧结制备的KNN陶瓷为研究对象,系统探究Mn掺杂对热压烧结的KNN陶瓷微观结构及电学性能的影响。结果表明,所制备的陶瓷均具有高的致密度,相对密度超过98%,且Mn掺杂并未改变KNN的相结构。同时Mn掺杂后材料依然保持了较高的压电性能,当掺杂量为1.5%(摩尔分数)时,d_(33)达到106 pC/N,剩余极化提高至15 μC/cm~2;而PFM微观畴翻转测试表明,随着Mn掺杂量的增加,铁电畴的局域翻转电压逐渐提升,陶瓷机械品质因数Q_m提高到175,表现出“硬性”掺杂效应。上述结果表明,Mn掺杂在热压烧结制备的KNN陶瓷中展现出与传统掺杂机制所不同的Q_m和P_r同时提升、d_(33)保持在较高值的非典型“硬性”掺杂效应。本研究为理解Mn掺杂对KNN的作用机制提供了新的视角,并为无铅压电陶瓷的设计与优化提供参考。
2025年09期 v.53;No.438 2613-2621页 [查看摘要][在线阅读][下载 2939K] [下载次数：75 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 刘永平;丁奇;范宇驰;江莞;
在航空航天领域的高速发展中,能够在高温氧化环境下提供可靠电磁屏蔽性能的材料显得尤为重要。然而,目前针对高温氧化条件下电磁屏蔽材料的研究仍较为匮乏。本研究采用高熵化设计策略,成功制备了A位多元掺杂的高熵钙钛矿氧化物陶瓷,并系统研究了其在X波段(8.2～12.4GHz)的电磁屏蔽性能,以及高温退火处理对材料电磁屏蔽性能的影响机制。结果表明:基于SrTiO_3陶瓷的高熵化设计显著提升了材料的电导率和晶格畸变,使复介电常数和介电损耗显著增大,从而增强了材料对电磁波的反射与吸收能力,最终使总屏蔽效能提升至25 dB以上。然而,经高温退火处理后,由于氧空位的湮灭导致陶瓷电导率急剧下降,介电极化和介电损耗显著降低,致使电磁屏蔽性能明显劣化。本工作不仅阐明了高温退火处理对钙钛矿氧化物陶瓷电磁屏蔽性能的影响机制,还揭示了高熵效应在提升钙钛矿陶瓷电磁屏蔽性能方面的作用。
2025年09期 v.53;No.438 2622-2631页 [查看摘要][在线阅读][下载 3644K] [下载次数：246 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 林奇发;鲁齐铃;高旻;赵纯林;林枞;林腾飞;吴啸;
在随机取向或织构陶瓷中,通常难以同时实现高压电性与高光学透过率,这限制了其在光电子领域的进一步应用。因此,如何打破这种权衡关系成为功能陶瓷实现电–光耦合的研究焦点。本工作基于流延成型制备了x%(摩尔分数)Er~(3+)掺杂的随机取向(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3(xEr–KNN–R)和织构化(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3(xEr–KNN–T)陶瓷。其中,xEr–KNN–T陶瓷展现出较高的取向度及相对密度(最高可达98.8%),特别是,xEr–KNN–T陶瓷的压电系数d_(33)为121 pC/N,远高于xEr–KNN–R陶瓷(d_(33)=30 pC/N),且其居里温度未出现明显下降。此外,通过细化晶粒并引入弛豫铁电特性后,xEr–KNN–T陶瓷具有适中的透明度(在可见光区域透光率约为30%),同时表现出较强的上转换绿光和红光发光强度,这种半透明压电陶瓷为高性能光电子器件的发展提供了新的思路。
2025年09期 v.53;No.438 2632-2642页 [查看摘要][在线阅读][下载 3736K] [下载次数：29 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 秦锦成;马名生;张发强;李永祥;刘志甫;
介电常数的机器学习预测模型准确性虽然较经典Clausius-Mossotti方程更高,但模型解释性仍需提升。本工作提出了领域知识和机器学习双向嵌入的方法,在C–M方程中引入机器学习修正项以提升方程准确性。以机器学习模型所识别出的介电常数关键参量作为修正项的自变量,结合符号回归和遗传算法生成修正项的数学表达式。基于Pareto前沿选出了平衡精准度和复杂度的结果,并采用偏导数揭示了“低值补偿、高值抑制”的极化纠偏机制。对于采用Shannon极化率数据的介电常数计算,修正后的C–M方程R~2提升了42.30%,RMSE下降了14.72%。本工作初步探索了“双向嵌入”方法在兼顾模型准确性和解释性方面的潜力,并尝试为材料设计提供新的思考角度。
2025年09期 v.53;No.438 2643-2650页 [查看摘要][在线阅读][下载 1696K] [下载次数：77 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张帅;娄程广;李汶金;苏兴华;
采用微波溶剂热和煅烧处理相结合的方法制备了空心球状的高熵钙钛矿La(Cr_(0.2)Mn_(0.2)Fe_(0.2)Ni_(0.2)Cu_(0.2))O_3粉体(HSHEPs),并研究了其超级电容和电催化析氧(OER)性能。结果表明,HS-HEPs在1 A/g的电流密度下具有406F/g的比电容,经过5000次充放电循环后,电容保持率为65%;HS-HEPs//AC(活性炭)非对称超级电容器在746W/kg的功率密度下,能量密度可达39.4 W·h/kg。此外,HS-HEPs在碱性电解液(1 mol/L KOH溶液)中,表现出较好的OER性能,在10 mA/cm~2电流密度下的过电位为347 mV,Tafel斜率为54.13 mV/dec,并具有良好的电化学稳定性。本研究提供了一种制备空心球状高熵氧化物的方法,并为设计和开发具有优异超级电容及OER性能的材料提供了思路。
2025年09期 v.53;No.438 2651-2663页 [查看摘要][在线阅读][下载 3669K] [下载次数：151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 杨亮;李晓东;穆浩洁;史树君;徐维富;孙旭东;
Y_2O_3透明陶瓷以其卓越的透光性和低发射率特性,在固体激光器、透明窗口材料及高温结构部件等领域展现出广阔的应用潜力。随着Y_2O_3透明陶瓷应用领域的持续扩展,传统的干压成型方法在满足陶瓷尺寸和形状多样性需求方面存在局限性。凝胶注模成型技术在大尺寸、复杂形状陶瓷零部件的制备上具有显著优势,但干燥开裂和微观结构不均匀一直是影响陶瓷零部件良品率的关键因素。针对丙烯酰胺凝胶注模体系中的坯体微观结构不均匀问题,深入研究凝胶反应速率的精确控制。实验设计了8组不同条件,包括催化剂加入量[0.02%(质量分数)、0.04%、0.08%、0.12%]和凝胶反应温度(25、40、60、80℃),以探讨凝胶反应速率对成型坯体微观结构均匀性的影响。研究表明,当催化剂加入量为0.04%、反应温度控制在60℃时,既能确保浆料的充分充型,又能获得完整且微观结构均匀的陶瓷样品。通过精确调控凝胶反应速率,成功构建了均匀的凝胶网络,进而实现了Y_2O_3坯体的微观结构均匀化。最终,采用1850℃真空烧结6 h工艺制备出的Y_2O_3透明陶瓷(厚度为2 mm)在800 nm波长处的透过率高达82%。
2025年09期 v.53;No.438 2664-2674页 [查看摘要][在线阅读][下载 3698K] [下载次数：37 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 徐博文;潘丽萍;梁雄;王宇;李亚伟;戴亚洁;ALBERTO Ortona;RYU Sungsoo;
针对传统陶瓷浆料复制聚氨酯泡沫工艺中存在的孔隙率难以精确控制和孔结构均匀性不足的问题,本工作引入一种基于规则六面体胞体结构的双斜方体设计方法,用于制备高性能多孔介质燃烧器用多孔陶瓷部件。通过精细调控一系列设计参数,如胞元体边长、孔筋直径以及阵列层数,探讨了这些参数对多孔陶瓷材料强度和燃烧特性的影响机制。结果表明,在低孔隙率(<90%)区域,通过增加孔筋直径降低孔隙率的方法,对多孔陶瓷材料强度和燃烧特性的影响更明显。在高孔隙率(≥90%)区域,通过减小胞元体边长和增加阵列层数降低孔隙率,其对多孔陶瓷材料的燃烧特性影响更为显著,当孔隙率降低3%时,燃烧时最高表面温度均降低50.0℃左右;发现孔筋直径降低孔隙率对多孔陶瓷材料的强度影响更为显著,当孔隙率降低约8%时,其耐压强度均可以提升1倍左右,在该区域,通过适当增加多孔陶瓷材料的孔筋直径(从1.4 mm增加到2.0 mm),可以使其耐压强度提升到0.60 MPa,而燃烧时最高表面温度仅降低12.7℃,CO排放仅增加11.26 mg/m~3从而达到强度和燃烧特性的协同作用。
2025年09期 v.53;No.438 2675-2686页 [查看摘要][在线阅读][下载 5337K] [下载次数：54 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 薛蓉;黄睿;罗龙飞;严钰轩;王继平;
以复合石墨球、纳米炭黑为碳源,PVA溶液为黏结剂,通过模压成型和反应熔渗制备出力学和自润滑性能优异的硅化石墨复合材料。研究了复合石墨球的粒径对硅化石墨复合材料的碳含量、力学性能和摩擦磨损的影响,讨论了高碳含量的硅化石墨复合材料在往复摩擦状况下的成膜机理和润滑机理。结果表明:纳米炭黑由于其更高的反应活性,在复合石墨球表面形成连续且致密的碳化硅层,有效抑制了复合石墨球与硅反应生成β-SiC。随着复合石墨球粒径增加,硅化石墨复合材料的碳含量从20.08%增加至43.03%,力学性能从151 MPa逐渐降低至96 MPa,摩擦系数和磨损率均明显降低(最低为0.11,5×10~(–7) mm~3·N~(–1)·m~(–1),15 N),展现出优异的自润滑性能。硅化石墨复合材料润滑性能的提高是由表面润滑膜的形成实现的,致密且连续的润滑膜能够避免对磨材料之间的直接接触,有效降低摩擦系数和磨损率。
2025年09期 v.53;No.438 2687-2695页 [查看摘要][在线阅读][下载 2878K] [下载次数：42 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 闫硕;鲍崇高;李世佳;董文彩;邱皓泓;
采用基于立体光固化数字光处理技术(DLP)结合造孔剂法,制备多维孔隙结构氧化钇稳定的四方晶体氧化锆陶瓷(3Y-TZP陶瓷)。为了提升光固化陶瓷浆料的可打印性,系统探讨了分散剂种类和含量对浆料流变性的影响,并分析了分散剂的作用机理。此外,还研究了固含量及有机液态造孔剂聚乙二醇(PEG)400含量对3Y-TZP陶瓷浆料流变行为的影响。结果表明:3%(质量分数)的KOS110对改善氧化锆陶瓷浆料的流变行为效果最佳。PEG400可以游离于氧化锆陶瓷颗粒之间或部分吸附于陶瓷颗粒表面,当添加量为10%(体积分数)时能够使颗粒间形成有效的润滑层,改善浆料的流变性能。优化后的3Y-TZP陶瓷浆料固含量为50%,光固化打印得到层间结合良好的复杂结构陶瓷生坯,经1500℃保温2 h后,复杂宏孔结构烧结试样兼具合适的孔隙率和强度,显气孔率4.03%,抗弯强度达717 MPa。
2025年09期 v.53;No.438 2696-2705页 [查看摘要][在线阅读][下载 2093K] [下载次数：70 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 化帅斌;彭畅;程立金;吴甲民;张笑妍;王秀梅;史玉升;
性能良好的松质骨种植体需要同时具备高孔隙率和良好的机械性能,但这很难通过均一的结构来实现。采用数字光处理技术打印了一系列径向内孔隙率为50%、外孔隙率为70%的分层状羟基磷灰石–镁黄长石支架,用以模拟松质骨结构和性能。随着过渡直径的增大,弹性模量增大,骨支架的抗压强度提升。当过渡直径达到支架直径的75%时,抗压强度超过2 MPa。在降解过程中,镁黄长石释放出的离子和微孔的存在使G75支架在第一天的降解率较快(5.73%),这使得支架的抗压强度略有下降。随着浸泡时间的持续增加,降解速度减慢,14 d时由于磷灰石的沉积,支架的重量和抗压强度上升。最后,精确制备了具有松质骨几何形状的分层陀螺支架,其最大载荷比均匀结构高8倍。
2025年09期 v.53;No.438 2706-2717页 [查看摘要][在线阅读][下载 2799K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张彪;益恒;陈毕谣;刘泓宇;李学林;朱建锋;殷澍;施佩;
以MXene-Ti_3C_2和钛酸丁酯为原料,通过水热法在不同水热温度下制备出TiO_2/Ti_3C_2复合材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附脱附、Raman光谱等对制备出的TiO_2/Ti_3C_2复合材料进行了结构和形貌表征。对TiO_2/Ti_3C_2复合材料进行了室温氨气敏感性能研究。结果表明:复合材料相较于纯相TiO_2纳米颗粒和Ti_3C_2具有更加优异的响应性,150℃水热得到的复合材料(样品TiO_2/Ti_3O_2-150),TiO_2颗粒负载较均匀且团聚现象较弱,比表面积较高,孔径较小,相较于180℃和210℃的样品响应值更高;当氨气浓度为300μL/L时,样品TiO_2/Ti_3O_2-150气敏响应值达到34.77,相比于纯相TiO_2响应值提升了7倍以上,响应时间也由43 s缩短到了28 s,恢复时间由49 s缩短为37 s。此外,该样品在5种气体中表现出对氨气极高的选择性,且具有长期的响应稳定性。复合材料较纯相TiO_2具有更优异的气敏性能:一方面归因于Ti_3C_2的负载提升了复合材料的电子传输速率;另一方面两者复合产生的异质结界面势垒增大了气敏响应过程的电阻变化,从而使得气敏响应更加灵敏。
2025年09期 v.53;No.438 2718-2727页 [查看摘要][在线阅读][下载 2285K] [下载次数：60 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]