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A warpage-free Si3N4 slurry strategy for vat photopolymerization
2025年
Si3N4 ceramics are promising wave-transparent materials with excellent mechanical and dielectric properties.Vat photopolymerization(VPP)three-dimensional(3D)printing provides a strategy for preparing ceramics with controllable complex structures.However,the difficulty in solidifying the slurry due to partial ultraviolet(UV)light absorption and the high refractive index of Si3N4 particles during the VPP process severely hinder the molding of Si3N4 ceramics.A higher laser power must be used to increase the curing depth,which generates large internal stresses and warps the samples.This study presents a method to solve the warpage problem during VPP-3D printing using tributyl citrate as a plasticizer.The plasticizer can weaken the force between polymer molecular chains and reduce the internal stress of the green body.Warpage decreases gradually with increasing tributyl citrate content,and the warpage decreases to 0%when the plasticizer content reaches 30 wt%at high laser powers from 600 to 750 mW.Samples with different layer thicknesses were printed,and the optimum thickness of 40μm was obtained,at which the sintered Si3N4 samples possessed a unique combination of mechanical properties,including a bending strength of 338.29±12.08 MPa and a fracture toughness of 6.94±0.11 MPa·m1/2 for the loading direction perpendicular to the build surface and 5.37±0.99 MPa·m1/2 for the loading direction parallel to the build surface.The dielectric constant of all the samples is maintained in the range of 5.462–6.414.This work is expected to guide vat photopolymerization and the preparation of complex Si3N4 ceramic components.
Chi HuangLiya ZhengZhilin TianLei ShiBin Li
关键词:WARPAGE
氮化硅基陶瓷材料微波烧结参数实验优化
2025年
微波烧结技术已被广泛应用于陶瓷材料的制备中,然而微波烧结的氮化硅基陶瓷材料存在性能一致性差、升温过程功率波动大等问题。为此,通过仿真比较了微波烧结腔有无负载、不同试样放置方式下电场和温度场的分布特性,分析了微波功率对电场和温度场分布的影响规律,提出了微波烧结功率选择原则,通过实验研究比较了各温度段升温速率及匹配功率对陶瓷力学性能的影响。结果表明:微波场中添加负载、试样紧密排列有助于提高电场均匀性,在0~800℃、800~1400℃、1400~1650℃温度段分别选择升温速率80℃/min、50℃/min和25℃/min,各温度段匹配的功率分别选择1600 W、1800 W和2200 W,可获得力学性能最佳的氮化硅基陶瓷材料,其维氏硬度达(18.278±0.233)GPa,断裂韧度达(8.588±0.165)MPa·m^(1/2),与匀速升温工艺相比,材料硬度提高14.8%,韧度提高22.5%,且该调控策略能有效提高陶瓷材料力学性能的一致性。
徐伟伟张作轩朱松青殷增斌
关键词:氮化硅基陶瓷微波烧结微波功率
基于多元烧结助剂的Si3N4陶瓷刀具材料制备及性能研究
随着机械加工技术的不断发展,干切削加工逐渐成为实现绿色、高效、低碳制造的重要途径,而刀具是高效、高精密干切削加工技术的核心。然而,由于各种新型难加工材料的日益增多,对切削刀具的使用寿命和可靠性带来了巨大挑战。氮化硅(Si...
黄俊伟
关键词:SI3N4陶瓷显微结构
Si3N4工程陶瓷基底金刚石涂层生长规律及性能
2024年
为了避免氮化硅材料因产生裂纹或延伸破裂等造成的失效,利用热丝化学气相沉积法(Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)在氮化硅基底上沉积具有高硬度的金刚石涂层,采用单因素影响试验,分别探究碳源浓度、腔室压力、基底温度对金刚石成膜过程的影响机制,探究微米和纳米金刚石涂层的最优生长工艺参数。利用拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同参数制备出的金刚石的形核、表面形貌、薄膜质量、表面粗糙度等进行表征,利用洛氏硬度计分析膜基结合力。结果表明,腔室压力越大,活性物质到达基底的动能越小,不利于金刚石的成核和生长。生长速率和表面粗糙度主要受甲烷浓度的影响:甲烷浓度从1%到7%,生长速率从0.84μm/h上升到1.{4}2μm/h;表面粗糙度Ra从5{4}.4 nm降低到2{4}.5 nm;甲烷浓度过高导致涂层脱落严重,膜基结合力变差;晶面形貌和金刚石含量受到基底温度的影响较为明显,随着温度升高,金刚石质量提高。综合基底温度、腔室压力对金刚石涂层的影响,确定最佳生长温度为900℃,气压为1 kPa。调节甲烷浓度1%为微米金刚石;甲烷浓度5%为纳米金刚石。研究方法可以优化在陶瓷基底上制备具有优异性能的金刚石薄膜的制备参数。
吴玉厚杨淯淼闫广宇王贺刘鲁生白旭张慧森
关键词:金刚石涂层氮化硅
Lightweight and high-strength textured fibrous Si_(3)N_(4)3D scaffold see de d withβ-Si3 N4 particles prepared via freeze casting
2024年
Highly porous Si_(3)N_(4)ceramics with unidirectionally aligned pore channels are gaining significant attention across various fields due to their outstanding functional capabilities.However,achieving high strength in such unidirectional highly porous Si_(3)N_(4)ceramics remains challenging.Herein,we design and fabricate a novel β-Si_(3)N_(4)scaffold composed of directionally aligned lamellar walls with a textured microstructure by directionally freeze casting ofα-Si_(3)N_(4)suspensions with fine elongatedβ-Si_(3)N_(4)seeds addition,followed by liquid phase sintering.During the sintering,the scaffold exhibited anisotropic shrinkage,and fibrousβ-Si_(3)N_(4)grains were synthesized through epitaxial growth on the seeds preferentially oriented or the nuclei originated fromα-Si_(3)N_(4)powders,resulting in the grains aligned parallel to lamellar walls and bridged the walls.Seed additions of 7 to 15 wt%were beneficial for the optimized distribution of the two types of β-Si_(3)N_(4)grains,which contributed to the excellent resistance to bucking-induced fracture for the walls.Compared with other unidirectional porous Si_(3)N_(4)prepared by freeze-casting in the literature,the Si_(3)N_(4)scaffold exhibited out st anding compressive strength,ranging from 2.8 to 22.0 MPa,as the porosity decreased from 94.4%to 88.0%and the density increased from 175 to 365 mg/cm^(3).The lightweight and strong Si_(3)N_(4)scaffolds are promising candidates for engineering applications in harsh environments.
Qiang ZhiShan ZhaoBaoqiang HouNanlong ZhangFeng LiBo WangJianfeng Yang
关键词:LIGHTWEIGHT
磁场作用下水基磁流体对TC4与Si3N4摩擦学性能影响的实验研究被引量:1
2024年
钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料,其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损实验机研究了磁场作用下水基磁流体对钛合金摩擦学性能的影响。首先实验研究了水基磁流体的磁学性能。采用超声清洗机对原磁流体进行稀释,获得质量分数分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、10%、20%、36%稳定的水基磁流体。利用振动样品磁强计(VSM)、场发射透射电镜(TEM)和静态接触角测量仪分别测试了磁性颗粒的大小和形貌,研究了不同质量分数的水基磁流体的润湿性,探讨了水基磁流体的磁学性能。实验结果表明:Fe3O4颗粒呈球形,平均粒径为14 nm,具有良好的顺磁性。水基磁流体的润湿性随质量分数的增大而增大。其次,研究了水基磁流体的摩擦学性能。以TC4钛合金与Si3N4陶瓷球为试件,利用UMT-3往复摩擦磨损试验机测定了不同磁场强度下不同质量分数水基磁流体润滑时钛合金表面的摩擦因数,并用高精度粗糙度仪对磨损量进行测量。结果表明,通过与基液实验结果进行对比发现,不同质量分数的水基磁流体都表现出一定的减摩效果,其中质量分数为1.2%的磁流体减摩效果最好,摩擦因数降低了16.99%。但在施加外磁场时,不同质量分数的水基磁流体的磨损量都会比基液水润滑时有所增加。但是,随着颗粒质量分数和磁场强度的增大,磨损量逐渐减少。最后,通过实验数据对不同磁场作用下不同质量分数水基磁流体的摩擦学性能的作用机理进行分析,为水基磁流体将来在润滑领域的应用提供了实验依据。
王优强王优强莫君何彦赵涛倪陈兵
关键词:纳米添加剂磁场强度摩擦学
无压烧结Si3N4基多孔陶瓷及性能研究
高速发展的航天技术,对用于维持飞行器空气动力学外形以及保护导引头天线以确保其正常运作的天线罩材料提出了越来越高的要求。在一众高温透波陶瓷基材料中,国内外的研究者对综合性能好的氮化硅陶瓷产生了浓厚的研究兴趣。本文提出多孔氮...
黄孝峰
关键词:SI3N4多孔陶瓷烧结助剂夹层结构
基于边缘优化设计的低损耗Si3N4光功率分束器
2024年
随着信息技术的发展,市场对于更小型化、更高效光器件的需求不断增加.采用互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)工艺,成功制备了Si_(3)N_(4)光功率分束器并对其进行测试.结果表明,在1550 nm波长下,边缘优化的1×8功率分束器的总损耗仅为1.30 dB,且其体积相较于传统设计可减小30%.本研究应用逆向优化算法,突破了传统设计仅能针对规则图形设计的限制,为实现小尺寸、低损耗的光功率分束器提供了一种可行途径.
黄谦睿梁耿钦陈宇泰孙怡雯闫培光屈军乐
关键词:光学集成光学
Si3N4/Cu复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究
铜(Cu)材料在电子通信、机械工业等众多领域都有广泛的应用,是生产和生活中不可或缺的基础材料之一。但随着现代工业和科技的飞速发展,新型前沿的机械设备、汽车系统、航空航天等的苛刻工况要求,传统单一的Cu材料难以满足其高强耐...
杨亚东
关键词:维氏硬度
基于高Q值Si3N4片上光学微腔的孤子光频梳
2024年
高Q值片上微腔已被证明是一种性能优异的克尔孤子光学频率梳产生平台。由片上多模波导构成的Si3N4微腔可以同时实现产生暗孤子所必须的高品质因子和反常色散。为了进一步降低产生单孤子光频梳的阈值功率,文章设计了一种具有欧拉弯曲的新型跑道型Si3N4微腔,与传统的圆形弯曲波导相比,跑道型微腔直波导连接处弯曲半径的突然变化被显著抑制,这抑制了高阶模式耦合并降低了传播损耗,从而获得了超过5×10^(6)的品质因子。基于该新型微腔,使用辅助激光加热方法仅用47mW泵浦激光器(估计片上泵浦功率为33mW)就产生了重复频率在Ka波段且带宽超过20nm(对应于129fs的脉冲持续时间)的单孤子微腔光频梳。
杜润昌
关键词:光学微腔飞秒脉冲

相关作者

汪长安
作品数:367被引量:1,003H指数:16
供职机构:清华大学材料科学与工程系
研究主题:多孔陶瓷 复合材料 莫来石 SIC 氮化硅
孙加林
作品数:432被引量:1,344H指数:16
供职机构:北京科技大学
研究主题:氮化硅 耐火材料 显微结构 氮化硅铁 AL
贾德昌
作品数:657被引量:839H指数:15
供职机构:哈尔滨工业大学
研究主题:复合陶瓷 力学性能 复合材料 陶瓷 陶瓷复合材料
陈威
作品数:150被引量:278H指数:11
供职机构:西安交通大学
研究主题:夹具 摩擦学 钛合金 摩擦副材料 SI3N4
邓承继
作品数:434被引量:498H指数:10
供职机构:武汉科技大学
研究主题:镁橄榄石 SUB 显微结构 橄榄石 耐火材料