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研究方向
发布时间: 2020-07-22 11:06 | 【 【打印】【关闭】

  一、透明陶瓷材料

  透明陶瓷在特定波长范围内具有良好的透光性,同时兼具结构陶瓷良好的热及机械性能,在照明、激光、闪烁、红外探测、主动防御等方面有着广泛的应用前景。课题组开展了高压钠灯和陶瓷金卤灯用(半)透明氧化铝陶瓷,中红外透明氧化钇、钇铝石榴石、氧氮化铝及高折射率透明陶瓷材料的研究;部分结果已步入产业化。

  1、高强度气体放电灯用(半)透明氧化铝陶瓷灯管  

  高压钠灯用半透明氧化铝管  

  陶瓷金卤灯用“五件套”半透明氧化铝管  

  陶瓷金卤灯用半透明氧化铝一体管

  2、中红外透明陶瓷

  透明氧化钇(Y2O3)、钇铝石榴石(YAG)和氧氮化铝(AlON)陶瓷在可见光至中红外波段具有很高的透过率,可以作为高温观测窗以及中红外探测元件。  

  Y2O3透明陶瓷头罩 (直径80mm×5mm) 

  YAG透明陶瓷头罩 (直径80mm×5mm)

  AlON 透明陶瓷 (直径100mm×5mm)

  3、高折射率A2B2O7透明陶瓷

  成功制备不同组份的铪酸盐和锆酸盐基透明陶瓷,具有较好的光学质量,633nm处折射率大于2,稀土掺杂后实现了上转换发光。  

  二、高热导氮化铝(AlN)陶瓷材料

  在陶瓷材料中,AlN具有异常高的导热性(比Al2O3高3~10倍,与BeO接近)、低的电导率、介电常数及介电损耗。另外,AlN的热膨胀系数远比BeO与Al2O3的低,与硅的热膨胀系数相近,及其电性能优良、机械性能好且无毒性等特性,被认为是最理想的基片材料,成为高密度、大功率和高速集成电路基板的封装的理想材料,在通讯、微电子等领域内应用前景十分广阔。

 

  氮化铝基片(100×100×1mm)         氮化铝散热片

  三、上转换发光材料

  1、透明陶瓷的上转换发光

  透明陶瓷的上转换发光在诸如短波长全固化紧凑型上转换激光器、三维立体显示、生物分子荧光标记、光纤放大器、共聚焦显微镜双光子成像、防伪等领域具有潜在的应用前景。     

  稀土掺杂氧化钇透明陶瓷在980nm激光激发下发出蓝、绿、橙、红光

  2、稀土掺杂NaYF4纳米晶的上转换发光

  近年来,随着纳米颗粒制备技术的发展,上转换的研究迎来了新一轮热潮。NaYF4基质作为上转换发光效率最高的基质材料,受到了广泛关注。大家采用化学方法制备出来红绿蓝三色发光的NaYF4纳米颗粒,并对其进行了表面聚合物包裹、二氧化硅包裹及基团交换等修饰。  

 

  NaYF4纳米晶的上转换蓝光和绿光发射   二氧化硅包覆NaYF4: Yb3+, Er3+纳米晶

  四、纤维补强氧化物陶瓷基复合材料

  碳纤维补强石英基复合材料的抗折强度达到740MPa(单向排列)。通过工艺参数的优化,材料体积密度可控制在1.95~2.04g/cm3范围内,热膨胀系数为0.69×10-6/℃,具有良好的抗机械冲击和热冲击性能。在石英纤维补强石英复合材料研究中,发现了常规工艺条件下方石英的无定形化现象,即晶化的石英纤维在较低的温度于真空或还原性气氛下热处理能够转变为无定形态。

  碳纤维补强石英基复合材料的断面显微结构

  五、新型成型工艺研究

  1、凝胶注成型新型固化体系的探索研究

  开发了基于亲核加成的新型凝胶注固化体系, 适于空气中操作,解决了常规凝胶注工艺的氧阻聚难题。

 

  凝胶注成型制备的99氧化铝陶瓷   凝胶注成型制备的半透明氧化铝陶瓷部件

  2、发泡法制备多孔氧化铝陶瓷

  利用发泡剂在凝胶体系中直接发泡形成泡沫,制备多孔氧化铝陶瓷。该技术已实现推广应用。

 

  高纯泡沫氧化铝陶瓷标准砖、加厚砖和410毫米长砖及其显微结构

  3、强磁场辅助制备晶粒定向透明氧化铝陶瓷

  利用氧化铝颗粒在强磁场条件下发生择优取向的原理,制备了晶粒定向排列的透明氧化铝陶瓷,具有更优异的光学透过性能。

 

  (a)晶粒定向排列;(b)晶粒无序排列

  六、气体传感器

  1、基础研究

  • 电极材料的制备及性能研究
  • 电解质材料的制备与性能研究
  • 界面微观结构、界面相的研究

  2、技术开发

  • 片式氧传感器
  • 宽域氧传感器
  • NOx传感器

  七、精细陶瓷

  1、精细陶瓷极端环境中性能研究

  • 陶瓷在高温熔盐-电场下的性能研究
  •  熔盐测氧除氧研究

  2、精细陶瓷产品

  • 耐熔盐腐蚀容器材料

  系统研究了一系列特种耐腐蚀陶瓷材料,可用于稀有金属以及核金属的冶炼,亦可作为特殊材料用于高温熔盐腐蚀的环境中。

  主要包括: 氧化镁、氧化锆、锆酸钙、锆酸钡等坩埚。

  各种坩埚产品

  重要性能参数及用途:

  • 致密度:>96%,甚至达到99%;
  • 高熔点:可用于1800℃以上;氧化镁因蠕变要略低;
  • 良好的物理性能:强度高,韧性好,抗热震(氧化钇略差);
  • 化学惰性:耐强酸、强碱;

  耐腐蚀性好:碱性熔盐腐蚀,耐高温氯盐、氟盐侵蚀等。

  作为氧化物陶瓷,不易和其它金属反应,可用于稀有金属、贵金属以及核素高温熔炼用容器材料。

  • 浮力材料

  制备了氧化铝空心球,其比重在0.35-0.40。

  氧化铝空心球(球壁厚仅1.5mm)

  已试制出各种规格(50-92mm)空心球

  3、氧化物精细陶瓷的粉体制备、成型和烧结技术的研究和开发

  八、仪器开发

  1、ZA-10型氧化锆氧量分析仪

  2、烟道氧量分析仪

  3、氧分压控制仪

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