期刊,无机材料学报 2024年卷6期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

无机材料学报

中国科学院上海硅酸盐研究所

主办单位：中国科学院上海硅酸盐研究所

主　　编：郭景坤

出版周期：月刊

国际刊号：1000-324X

电子邮箱：wjclxb@mail.sic.ac.cn

电　　话：021-52411301 52411302

邮政编码：200050

地　　址：上海市定西路1295号

无机材料学报/Journal Journal of Inorganic MaterialsCSCD北大核心CSTPCDEISCI

查看更多>>本刊为专业技术性刊物。主要刊登人工晶体、特种玻璃、高温结构陶瓷、功能陶瓷、非晶半导体、无机涂层、特种无机复合材料等方面的科研成果。主要栏目有综合评述、研究论文、研究简报、动态进展等。主要读者对象为相关学科的科技工作者及大专院校师生。

正式出版

收录年代

结构陶瓷——承载人类文明的基石

董绍明王京阳倪德伟

569-570页

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查看更多>>摘要：随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展，对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求，发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能，是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而，本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用，需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时，飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展，包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与"固-液"组合工艺等制备方法，颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制，抗氧化烧蚀性能与机理，以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系，并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

关键词：

超高温陶瓷复合材料强韧化抗氧化烧蚀轻量化综述

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高熵碳化物超高温陶瓷的研究进展

蔡飞燕倪德伟董绍明

591-608页

查看更多>>摘要：高速飞行技术的发展对高性能热结构材料提出了迫切需求。高熵碳化物(HECs)陶瓷作为近年来发展迅速的一类新型材料，兼具高熵陶瓷与超高温陶瓷的优良特性，在极端服役环境中具有广阔的应用前景，因此得到国内外学者的广泛关注。相比仅含有一种或两种过渡金属元素的传统超高温碳化物陶瓷，HECs综合性能有所提升，且具有更强的组成和性能可设计性，因此具备较大的发展潜力。经过对HECs的不断探索，研究人员获得了许多有趣的结果，开发了多种HECs的制备方法，对HECs的显微结构和性能的认识也更加深入。本文综述了 HECs的基本理论以及从实验过程中获得的规律;对HECs粉体、HECs块体、HECs涂层及薄膜，以及纤维增强HECs基复合材料的制备方法进行了梳理和归纳;并对HECs的力学、热学等性能，尤其是与高温应用相关的抗氧化、抗烧蚀性能的研究进展进行了综述和讨论。最后，针对HECs研究中有待进一步完善的科学问题，对HECs的未来发展提出了展望。

关键词：

高熵碳化物超高温陶瓷力学性能抗氧化性能抗烧蚀性能综述

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SiCf/SiC陶瓷基复合材料高温环境损伤原位监测研究进展

吴晓晨郑瑞晓李露马浩林...

609-622页

查看更多>>摘要：连续SiC纤维增强SiC(SiCf/SiC)复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐辐照等优点，在先进航空发动机热端部件和核反应堆包壳等领域具有广阔的应用前景。SiCf/SiC复合材料具有纤维、界面、基体等复杂的多尺度结构，其服役环境苛刻、损伤失效过程复杂，深刻理解与准确分析其在近服役环境下损伤失效模式对于材料和构件的可靠服役具有重要意义。传统的"事后分析"方法无法获取材料在复杂服役环境下的损伤失效过程数据，因此迫切需要发展面向高温服役环境的复合材料原位表征测试技术。本文介绍了基于扫描电子显微镜、数字图像相关、显微计算机断层扫描、声发射、电阻等原位监测方法的基本原理、优势与局限性，重点讨论了以上各种原位监测方法及多种原位监测方法联用在SiCf/SiC复合材料高温环境力学表征中的最新研究进展。最后，总结了 SiCf/SiC复合材料高温环境原位监测技术存在的挑战，并对多种原位技术联用、太赫兹辐射等新型检测技术、复杂构件的损伤原位监测方法等未来发展方向进行了初步展望。

关键词：

SiCf/SiC复合材料原位监测数字图像相关声发射显微计算机断层扫描综述

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多孔碳陶瓷化改进反应熔渗法制备陶瓷基复合材料研究进展

赵日达汤素芳

623-633页

查看更多>>摘要：连续纤维增强陶瓷基复合材料具有高强韧、耐氧化的特性，现己成为航空航天领域重要的高温结构候选材料。反应熔渗法可实现陶瓷基复合材料的大规模、短周期和低成本制备，是目前最具有商业化前景的技术之一。然而，传统反应熔渗法制得陶瓷基复合材料存在着基体碳残留、纤维刻蚀等问题，导致材料力学与氧化-烧蚀性能不佳。为突破传统碳基体陶瓷化程度低的局限性，相关研究人员采用碳基体孔结构构筑方法，通过多孔碳基体取代传统熔渗预制体中致密碳基体，以促进碳基体的陶瓷化转变及反应熔体的消耗，进而实现陶瓷基复合材料的性能优化。本综述介绍了采用多孔碳陶瓷化策略制备SiC陶瓷、SiC/SiC复合材料、C/SiC复合材料及超高温陶瓷基复合材料的相关研究进展，并且通过与传统反应熔渗法对比，验证了多孔碳陶瓷化策略的优势，同时总结了相关多孔碳基体制备方法的发展演变过程，最后针对先进陶瓷基复合材料的基础理论与工艺技术需求，对多孔碳陶瓷化改进反应熔渗法的未来发展方向进行了展望。

关键词：

陶瓷基复合材料反应熔渗法多孔碳陶瓷化综述

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以非氧化物为烧结助剂制备高导热氮化硅陶瓷的研究进展

王伟明王为得粟毅马青松...

634-646页

查看更多>>摘要：功率半导体器件高电压、大电流、高功率密度的发展趋势，对器件中陶瓷基板的散热能力和可靠性提出了更高的要求，兼具高热导率和优异力学性能的氮化硅陶瓷作为功率半导体器件的首选散热基板材料受到了广泛关注。目前氮化硅陶瓷热导率的实验值与理论值存在较大差距，高温、长时间保温的制备条件不仅会使晶粒过分长大，削弱其力学性能，而且会造成成本高企，限制了其规模化应用。晶格氧缺陷是影响氮化硅陶瓷热导率的主要因素，通过筛选非氧化物烧结助剂降低体系中的氧含量，调节液相的组成和性质并构建"富氮-缺氧"的液相，调控液相中的溶解析出过程，促进氮化硅陶瓷晶格氧的移除及双峰形貌的充分发育，从而实现氮化硅陶瓷热导率-力学性能的协同优化是目前研究的热点。本文基于元素分类综述了当前国内外开发的非氧化物烧结助剂体系，着重从液相调节和微观形貌调控的角度介绍了非氧化物烧结助剂改善氮化硅陶瓷热导率的作用机理，分析了晶粒发育、形貌演变规律和晶格氧移除机制，并展望了高导热氮化硅陶瓷的未来发展前景。

关键词：

氮化硅热导率力学性能液相烧结非氧化物烧结助剂综述

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CMC-EBC损伤耦合机理及一体化设计研究进展

方光武谢浩元张华军高希光...

647-661页

查看更多>>摘要：陶瓷基复合材料与环境障碍涂层组合(CMC-EBC)是目前航空航天领域最具应用前景的热结构材料体系。本文对CMC-EBC失效机理与分析模型的研究进展进行综述。首先，简要回顾了 CMC-EBC材料体系的发展及主要制备工艺。然后，综述了 CMC-EBC在服役环境下的主要损伤模式与失效机理，总结发现CMC预制体结构、孔洞缺陷和EBC内裂纹等损伤演化相互影响，这种细观损伤模式的耦合是决定其寿命的关键因素之一，但目前的机理研究主要集中于涂层本身性能及其受环境因素的影响，缺乏对涂层和复合材料编制结构在损伤演化过程中协同效应的考虑。接下来，详细分析了 CMC-EBC的失效模拟与预测模型研究的历史与现状，指出其中存在的问题，包括环境因素建模方法和损伤耦合演化模拟技术。目前大部分工作致力于分别开发CMC和EBC的失效模型，而对于CMC-EBC构件的失效预测应考虑其损伤演化与微观结构之间的相互耦合影响。最后，对CMC-EBC材料体系研发与服役性能预测方法进行了展望，认为CMC本体和EBC失效模式相互耦合，开展结构功能一体化设计和分析是CMC-EBC构件研究的趋势。

关键词：

陶瓷基复合材料环境障碍涂层损伤耦合失效模型一体化设计综述

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TiB-Ti周期序构复合材料设计、制备及性能研究

孙海洋季伟王为民傅正义...

662-670页

查看更多>>摘要：高性能结构材料部件在航空航天、交通汽车、电子信息、冶金等领域具有重要的应用价值，得到了广泛研究。增强结构材料部件整体性能的方法主要包括材料本征性能提升和结构复合设计优化，但提高单一结构材料的本征力学性能的研究已接近极限。本研究旨在提出周期序构结构材料的理念，并采用一体化烧结制备出整体性能更好的结构复合材料，从而探索高性能结构复合材料发展的新范式。通过周期序构化的设计，构建了兼具陶瓷高硬度和金属强韧性的TiB-Ti功能单元，设计制备了不同周期序构模式的TiB-Ti高性能结构复合材料。在此基础上，对这些结构进行了力学性能研究，并通过分析其断裂模式来探究不同序构模式对材料整体性能的影响。结果表明，周期序构化可以通过改变材料宏观断裂模式和应力分散特性来提高材料的整体性能。这一研究新范式对其他结构复合材料的结构设计和性能突破具有指导和借鉴意义。对周期序构模式的复杂化探索，对周期序构结构材料的应用场景探索和其他性能测试研究也将是未来需要重点关注的问题。

关键词：

复合材料周期序构力学性能结构设计

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大气等离子喷涂Y3Al5O12/Al2O3陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力

李捷罗志新崔阳张广珩...

671-680,中插1-中插2页

查看更多>>摘要：探索能够有效抵抗1300 ℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate，CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y3Al5O12)/Al2O3体系，采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying，APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al2O3涂层。通过在1100、1300和1500 ℃对制备态涂层进行热处理，获得了具有不同微观结构的YAG/Al2O3涂层。利用不同表征手段研究了 YAG/Al2O3涂层抵抗1300 ℃ CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现，经不同温度热处理的YAG/Al2O3涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl2Si2O8和Ca2MgSi2O7。腐蚀机制研究发现，1100 ℃热处理YAG/Al2O3涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500 ℃热处理YAG/Al2O3涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率，二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出，进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al2O3涂层热处理工艺优化提供了借鉴，并为通过微观结构优化调控YAG/Al2O3涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。

关键词：

YAG(Y3Al5O12)/Al2O3大气等离子喷涂环境障涂层CMAS腐蚀抗力晶界腐蚀热处理温度

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聚合物转化SiHfCN陶瓷的制备及其吸波性能

张育育吴轶城孙佳付前刚...

681-690页

查看更多>>摘要：聚合物转化SiCN陶瓷得益于质量轻和热膨胀系数低等优势，在电磁波吸收领域受到广泛关注。由于电磁损耗机制单一及耐温性不足，SiCN陶瓷的吸波性能有待进一步提高，借助多组元协同作用增强吸波性能是可行的途径之一。本工作对聚氮硅烷结合不同化合物进行单源化改性得到SiHfCN、SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N等四种纳米陶瓷。结果表明:SiHfCN中由于Hf源的含氧量高达13。5％(质量分数)，生成HfO2和SiO2，使其最低反射损耗(Reflection loss，RLmin)仅为-13。8 dB，有效吸收带宽(Effective absorption bandwidth，EAB)仅为 0。42 GHz。相比于SiHfCN，含Hf聚合物分别与C源、B源和N源共改性增加了聚合物转化陶瓷的界面和导电相，SiHfCN-C、SiHfCN-B和SiHfCN-N的介电常数实部和虚部分别提高了 1。4～1。8和2。7～3。9倍，RLmin分别为-50。6、57。3和-63。5 dB，EAB分别为3。53、3。99和4。01 GHz，吸波性能得到了显著改善。SiHfCN-C中大量的自由碳抑制了 HfO2的生成，增强了电导损耗。SiHfCN-B中生成了 B-N和B-C键，且析出的纳米棒状HfSiO4提供了更多的异质界面，增强了极化损耗。SiHfCN-N中因引入大量N使N-C键数量增加，强化了偶极子极化损耗，同时生成纳米碳片，不仅可以增强电导损耗，而且提供大量界面，改善了阻抗匹配并增强了界面极化，因而SiHfCN-N具有最佳的吸波性能。

关键词：

聚合物转化陶瓷聚氮硅烷超高温陶瓷吸波性能

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