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自蔓延技术是利用化学反应自身放热合成材料的一种新技术,反应一旦引发,完全(或部分)不需要外热源就能维持反应,是制备六方氮化硼陶瓷材料比较先进的方法。

俄罗斯贵宾会 ,碳化硅陶瓷作为现代工程陶瓷之一,其硬度仅次于金刚石,具有热膨胀系数小、热导率高、化学稳定性好、耐磨性能高、在高温下仍具有良好力学性能和抗氧化性能等突出的物理化学性质,成为最具发展前景的结构陶瓷,可以广泛应用于石油化工、冶金机械、微电子器件和航空航天等领域。同时,SiC还具有低的中子活性、良好的耐辐照损伤能力和高温结构稳定性等优点,成为新一代核裂变以及未来核聚变反应堆中的重要结构材料之一。

在碳化物陶瓷材料领域,有这样一个多才多艺的成员,因其具有高熔点和热稳定性好的特质而被广泛应用于耐火材料领域;由于其具有极高的耐磨性,又被用于磨料和耐磨涂层;由于其硬度高、比重小,在弹道性能方面具有优异的性能,可以算得上是目前轻型装甲材料之王;在核领域它还可用作中子辐射吸收剂;此外,它还是一个高温半导体的理想材料,可用于新的电子应用。这个多才多艺的成员便是碳化硼,别名“黑钻石”。但由于碳化硼具有很强的共价键,导致其陶瓷材料的致密化非常困难,从而影响其在某些领域的“发扬光大”。

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然而,碳化硅是强共价化合物,原子扩散能力低,因此在高温下很难烧结致密。为了促进烧结、降低烧结温度,通常需要添加高温烧结助剂来实现,如以Al-B-C-B4C为主的固相烧结助剂体系,和以Al2O3-Y2O3,AlN-Re2O3(其中Re2O3通常是Y2O3、Er2O3、Yb2O3、Sc2O3、Lu2O3等稀土元素的氧化物)为主的液相烧结体系。大量烧结助剂的使用会造成碳化硅陶瓷高温强度下降和热学性质恶化,因此探索合适的碳化硅陶瓷烧结法是陶瓷学界关注的重点。

在碳化物陶瓷的致密化问题上,目前的研究集中在引入烧结助剂促进其致密化,但烧结助剂的加入可能对材料性能产生不利影响,如理论密度的升高和硬度的下降等,这在一定程度上限制了碳化硼陶瓷的应用。因此,实现单相碳化硼的致密化具有重要意义。碳化硼粉体自身性能是影响烧结的重要因素,粉体的形貌、粒径以及氧含量对烧结过程有重要影响。要实现在无添加剂条件下碳化硼陶瓷的致密化,关键在于制备粒径细小均匀和低氧含量的粉体。目前,超细碳化硼粉体合成方法有很多,但往往很难同时兼顾品质及制备成本,因此低成本的超细碳化硼粉体的制备方法也成为了一个推动碳化硼陶瓷产业化发展的重要因素。

自蔓延反应温度高,反应剧烈,合成过程难以控制,可通过添加六方氮化硼粉作为稀释剂降低反应的剧烈程度。科学家以无定形硼粉和氮气为原料,六方氮化硼粉为稀释剂,通过自蔓延燃烧结合热等静压制备出了六方氮化硼陶瓷。由于原料的不充分燃烧会降低氮化硼的纯度,通过添加稀释剂和结合热等静压使氮气与硼粉较充分地接触并反应,提高了转化率。制备过程中的高温烧结作用、燃烧生成六方氮化硼时产生的体积膨胀效应和气相压力作用会使产物致密化,但是如稀释剂质量分数过高,使膨胀不足以充满空隙,使密度有所下降。

金沙贵宾会 ,另外,陶瓷常规工艺均采用粉末冶金的方法实现烧结助剂和基体陶瓷粉体的混合,该方法存在着添加剂混合不均匀、球磨介质杂质引入等缺点。传统的球磨混合法只是达到了所添加烧结助剂在碳化硅粉末中的随机分散,从单个碳化硅颗粒微观角度来说并未达到均匀接触烧结助剂。如何实现烧结助剂均匀分布于待烧结的碳化硅晶粒界面,这对于陶瓷致密化动力学过程起着至关重要的作用。

www553311com ,如果你想对这个有才、有潜力的材料“碳化硼”感兴趣,想要对其做进一步了解,现在摆在你面前的将是一个不可多得的机会。9月16日,粉体圈将在河南开封举办「2018年全国碳化物粉体与陶瓷制备技术交流会」。粉体圈届时将为大家特邀苏州纳朴材料科技有限公司总经理徐常明博士为大家深度讲解「碳化硼基础研究与产业化中的几个基本问题」。徐常明博士从最初在中科院从事基础研究,到之后又进入外企从事市场开发,再最后全职创业进行碳化硼、氮化硼等粉体产品的开发,十多年来一直在碳化硼行业相关的上下游活动,相信徐博士本次演讲,一定会有干货“让你好看”。

千赢官网正规官网 ,与传统的无压烧结和热压烧结相比,自蔓延法具有节能、生产过程简单、反应迅速、生产效率高等特点,并且避免了助烧剂的加入使六方氮化硼高温使用性能下降的缺点。但是,坯体内部原料相互接触不充分、反应气体留下的气孔难以排出会影响产物的转化率和致密度。因此,对于如何提高转化率和降低气孔率还需做进一步的研究。

金莎娱乐场官方网站,中国科学院宁波材料技术与工程研究所核能材料工程实验室前期研究中子吸收硼化物陶瓷发展出颗粒表面包裹的新技术(加拿大28在线预测 ,Journal
of European Ceramic Society,
2017,37, 4524-4531; qy8com千赢手机版 ,Journal of American
Ceramic Society,
澳门威利斯人0907的网址 , 2018, 101,
3780-3786),该方法突破传统的陶瓷球磨工艺效率低的难题,成功制备了亚微米级均匀分布的两相复合粉体,合成烧结助剂均匀包裹碳化硼的核壳结构,对于低温致密化烧结效果显著。该方法对于纤维和晶须表面包裹MAX相陶瓷涂层也获得了成功,显示出良好的合成工艺普适性(Advanced
Electronic Materials,
2018, 4 , 1700617; Journal of Materials
Science,
2018, 53 , 9806-9815; Journal of American Ceramic Society,
doi.org/10.1111/jace.15784)。

下文为徐常明博士三个境界的诗意人生简介。

此外,国内外也有采用CVD法来制备六方氮化硼陶瓷,美国联合碳化物公司用CVD法,以BCl3为硼源,NH3为氮源,1
800~2
000℃条件下在卧式炉中石墨衬底上制备出了致密的六方氮化硼坩埚和夹持杆。中科院金属所经过多年自主创新,用同样的原料在1
900℃条件下,使用感应炉制备出了六方氮化硼夹持杆,密度为2.05~2.15
g/cm3,纯度达到99.99%。目前,CVD氮化硼已被成功用于大功率微波管的输能窗材料。

基于前期工作的积累,实验室科研人员经过大量探索实验,采用熔盐法成功在SiC颗粒表面原位反应包覆可控Y3Si2C2涂层,制备出SiC@Y3Si2C2核-壳结构的复合粉体。该SiC@Y3Si2C2复合粉体通过在1700℃、45MPa的条件下的放电等离子烧结,成功实现了相对致密度为99.5%的SiC陶瓷,且其杨氏模量、维氏硬度、断裂韧性、热扩散系数以及热导率也分别达到了451.7±48.4GPa、26.3±3.4Gpa、金莎娱乐场官方网站 3金莎娱乐场官方网站 4和145.9W/,表现出优异的宏观性能。

诗意的人生,最美的风景——领略徐常明博士的风采

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在研究致密化机理时,核能材料工程实验室研究人员发现Y3Si2C2涂层体现出低温助烧高温分解的有趣现象,最终Y3Si2C2涂层分解为Y金属和SiC相,大部分Y会逸出碳化硅陶瓷晶界,少量Y同碳化硅表面的氧反应形成耐高温的氧化钇晶界第二相。实验室理论研究人员结合开展了详细的Y-Si-C体系相图的计算分析,利用相图计算CALPHAD(CALculation
of PHAse
Diagrams)方法,发现Y:SiC成分比例为从1:4降低至1:6、再降低至1:8时,系统中Y3Si2C2相含量降低,同实验观察到的Y3Si2C2涂层厚度变化规律相符合。在计算的1100℃相图中,SiC和Y3Si2C2稳定共存,而在高温相图中(1600℃和1700℃),Y3Si2C2不再稳定存在,SiC和液态液相共存,从而解释了实验烧结样品中得到99.5%的SiC、而Y基本消失的现象。

一、作为基础研究人员的“独上高楼,望尽天涯路”

标题:自蔓延法(SHS)制备六方氮化硼陶瓷    地址:

该研究成果表明,具有三元层状的Y3Si2C2材料可成为碳化硅陶瓷新型的烧结助剂,其具有低温液相存在和高温相分解的特性,能起到促进碳化硅陶瓷高温烧结过程中晶粒重排和晶界处重结晶的效果。该科研成果已在线发表在《欧洲陶瓷学会期刊》上(Journal
of European Ceramic Society,

2018,doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.07.054)。以上工作得到了国家自然科学基金以及中科院战略先导科技专项(XDA03010305)的资助支持。

徐常明博士毕业于中国科学院上海硅酸盐研究所,先后在日本名古屋工业大学、瑞典斯德哥尔摩大学阿伦尼乌斯实验室、中科院上硅所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室等著名科研机构从事航天透波、装甲防弹等军工复合材料、陶瓷基核能材料等方面的基础研究工作:主持承担2项国家自然科学基金项目、1项中科院创新项目;担任国际学术期刊International
Journal of Refractory Metals and Hard
Materials编委;担任国家自然科学基金通讯评审专家;在国内外SCI学术期刊发表学术论文30余篇,申请国内外专利近30余项。徐常明博士看到的风景是:不畏浮云遮望眼,只缘身在最高层!

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二、作为下游产品开发与市场研究人员的“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”

图1 扫描电子显微镜图片和能谱分析显示出Y3Si2C2良好包裹在SiC颗粒表面

徐常明博士曾作为主要研发人员,先后参与日本与欧盟下游企业项目的研究与开发工作:在日本鸣海制陶从事厨用耐油陶瓷涂层开发;在瑞典Diamorph
AB公司从事风电用陶瓷轴承、生物医用材料、碳化硼中子吸收棒及防弹陶瓷的开发;在世界500强外企力拓矿业集团下属的美国硼砂集团从事硼酸盐产品在硼铁合金、碳化硼、精铜等冶炼行业、新材料及农肥等下游的市场研究与业务开发。深入研究和预测了不同细分下游市场发展趋势,并分析了对不同品质与规格硼酸盐产品的需求,开发了硼铁合金、氮化硼生产的新工艺,也联合多方单位一道推进了硼肥产品在中国水稻领域的应用。徐常明博士看到的风景是:千磨万击还坚劲,任尔东西南北风。

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三、作为科技创业人员的“蓦然回首,那人却在灯火阑珊处”

图2 扫描电子显微镜背散射照片揭示烧结碳化硅陶瓷断面的形貌和元素分布

徐常明博士整合学术界与产业界资源,牵头创办成立了苏州纳朴材料科技有限公司,从事高纯超细非氧化物陶瓷粉体及相关衍生产品的产业化工作:于2016年入驻常熟市国家级科技创业企业孵化器常熟科创园,2017年在江西吉安创建粉体合成与深加工工厂;先后获得“苏州市姑苏科技创业天使计划”、“常熟市科技创业领军人才计划”、“江苏省六大高峰高层次人才”、“江苏省双创博士”、江西省“西部之光访问学者”等省市级政府创业人才资金的资助。

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有人说最美的风景是:会当凌绝顶,一览众山小。又有人说:而世之奇伟、瑰怪,非常之观,常在于险远,而人之所罕至焉,故非有志者不能至也。徐常明博士就是这么做的:从全球的创新创业大国瑞典从事博士后研究,又加入其博士后合作导师Saied
Esmaeilzadeh教授的创业公司进行陶瓷产品开发。由于深受其Esmaeilzadeh教授创业精神的影响和对科技报国、服务产业的执着追求,徐常明博士毅然回国:再回中科院打基础、之后进外企系统学习企业运营管理、最终独立创业。

图3
Y-Si-C三元系相图:Y:SiC成分比例为1:4、1:6和1:8时,系统相组成随温度的变化;1100℃等温截面;1600℃等温截面;1700℃等温截面

徐常明博士还深深地认同:创业者是生活质量最差的群体,如果你没有足够的意志力,没有高于金钱和虚荣心之上的追求,千万不要轻易踏入创业的征程,这是一条不归路。只有内心强大、有信仰和使命感的人,才能从创业中得到真正的快乐。这种快乐不是来自于对金钱和荣誉的索取,而是公司的产品和服务给他人带来价值,让世界变得更加美好,让社会更加公平,让个体获得更多的尊严和自由。或许,客户满意的笑容,才是徐博士心中最美的风景。

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碳化硼

碳化硼,别名黑钻石,分子式为B4C,通常为灰黑色微粉。是已知最坚硬的三种材料之一,用于坦克车的装甲、避弹衣和很多工业应用品中。它的摩氏硬度为9.3。

它在19世纪作为金属硼化物研究的副产品被发现,直到1930年代才被科学地研究。碳化硼可由电炉中用碳还原三氧化二硼制得。

碳化硼可以吸收大量的中子而不会形成任何放射性同位素,因此它在核能发电场里它是很理想的中子吸收剂,而中子吸收剂主要是控制核分裂的速率。碳化硼在核反应炉场里主要是做成可控制的棒状,但有的时候会因为要增加表面积而把它制成粉末状。

因具有密度低、强度大、高温稳定性以及化学稳定性好的特点。在耐磨材料、陶瓷增强相,尤其在轻质装甲,反应堆中子吸收剂等方面使用。此外,和金刚石和立方氮化硼相比,碳化硼制造容易、成本低廉,因而使用更加广泛,在某些地方可以取代价格昂贵的金刚石、常见在磨削、研磨、钻孔等方面的应用。

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