当期目录
  • 黏结剂喷射3D打印碳化硅陶瓷研究与应用进展

    陈嘉珅,陈 健,高晨溪,黄常聪,廖圣俊,彭 兰,陈忠明,黄政仁
    黏结剂喷射3D打印(Binder Jetting, BJ)是一种选择性沉积液态黏结剂粉末材料的增材制造工艺,该工艺在制备复杂形状SiC陶瓷构件方面具有高效率、低成本、大尺寸成型潜力等独特优势,因此在航空航天、半导体等高端领域展现出重要的应用前景。本文围绕黏结剂喷射3D打印制备SiC陶瓷,系统综述了其原理及设备,围绕打印过程中的应力问题,介绍了BJ-3D打印的优势,并详细讨论了提升生坯密度的关键方法,如粉体形貌整形改良、黏结剂优化及打印工艺参数调控。针对SiC陶瓷烧结致密化难题,分析了现有后处理技术的优势与局限。研究表明,通过材料与工艺优化可制备高性能复杂结构SiC部件,但仍面临打印粉体粒径分布难以兼顾流动性与烧结活性,从而导致烧结后陶瓷强度偏低、精度不足等问题。未来,亟待继续在黏结剂喷射3D打印高强度高精密SiC陶瓷上深入研究,特别是实现多种材料组合的常压固相烧结和液相烧结SiC陶瓷黏结剂喷射3D打印,并与AI相结合实现在线监控、智能优化、虚拟打印实验和性能预测等功能,以推动该技术在高精端工业领域的规模化应用。
  • 陶瓷气凝胶材料的研究进展及其热管理应用

    朱锦鸣,马 胜,董 罡,李 坤,廖文卓,施 玮,卢希龙,曾 涛,陈云霞
    陶瓷气凝胶作为一种具有三维结构的高孔隙率先进材料,具有优异的耐候性、可调控的多孔结构和良好的功能化潜力,在热管理领域中展现出极佳的应用潜力。近年来,围绕陶瓷气凝胶材料的新材料开发、微观结构设计、制备工艺优化以及性能突破等方面,基础研究和热管理应用均取得了显著进展。本文从组成入手,系统介绍了氧化物陶瓷气凝胶(SiO2、Al2O3和ZrO2及其复合气凝胶)和非氧化物陶瓷气凝胶(SiC、Si3N4和BN及其复合气凝胶)材料的研究进展,重点围绕其材料体系、结构特性、制备方法进行总结。最后重点描述了陶瓷气凝胶材料在热管理领域应用中的突破,对其面临的关键挑战进行分析,以期为陶瓷气凝胶材料的未来发展方向和应用趋势提供新的思路。
  • 纤维/晶须改性微晶陶瓷结构、性能与应用研究进展

    黄新华,易晨浩,邱日亮,肖乾坤,于 欢,肖卓豪
    纤维/晶须改性微晶陶瓷(Fiber/Whisker-modified Microcrystalline Ceramics, FW-MMCs)是通过在微晶陶瓷中引入纤维或晶须而发展起来的一类高性能陶瓷基复合材料。在保持微晶陶瓷低密度和良好的热稳定性的同时,显著提升了力学性能,表现出高强度、高刚性和优异的断裂韧性,并具备出色的尺寸稳定性和良好的高温应用能力,在航空航天、特种机械、电子封装和生物医疗等领域展现出广阔的应用前景。本文在系统回顾FW-MMCs发展历程的基础上,围绕其增强体类型、前驱体的制备、性能特点、界面及热失配和应用等方面进行了综述。论文可为FW-MMCs的进一步研究和应用提供较全面的参考,为相关研究人员挖掘有价值的信息提供新思路,促进FW-MMCs材料性能的提升和应用推广。
  • ​纤维多孔陶瓷的制备与应用研究现状

    ​华宏展,梁 峰,田 宇,张海军
    纤维多孔陶瓷是一种以多尺度纤维为骨架,通过相互交织形成三维网络结构,同时具有丰富孔结构的新型多孔材料,因其兼具低密度、高比表面积、良好化学稳定性及优异的高温性能,被广泛应用于航空航天、能源化工、环境保护与高温工业领域的隔热、过滤及吸声等领域。本文系统综述了溶液吹纺法、干压法、凝胶注模法、真空过滤法和冷冻干燥法工艺制备纤维多孔陶瓷的流程,并对比了以上制备工艺的优缺点,总结了纤维多孔陶瓷在油水分离、高温烟气净化、吸声降噪及高效保温等领域的应用研究进展,指出未来发展方向应聚焦于发展水基凝胶注模等低污染成型工艺,设计多元复合体系和构建多级孔结构平衡构效关系,3D打印多孔超材料及高熵陶瓷纤维,以推动其在高技术领域的广泛应用。
  • 二硅酸锂体系微晶玻璃的结构、力学性能及增强技术研究

    唐 永,夏培宗,高存东,王伟东,张 超,高存吉,何勇涛,黄新华
    二硅酸锂(Li2Si2O5)微晶玻璃是目前已知抗折强度最高且研究历史最为悠久的微晶玻璃材料。该材料兼具优异的光学性能、力学性能及良好的生物相容性,已在齿科修复、光敏材料、磁盘基片等领域获得广泛应用。相较于传统齿科修复材料,二硅酸锂微晶玻璃在美学效果、力学性能及制备工艺等方面展现出显著优势,已成为最具发展前景的齿科修复材料之一。本文系统梳理了二硅酸锂微晶玻璃的发展历程及其微观结构特征,探讨了化学组成与热处理工艺对其结构与性能的影响规律,重点综述了氧化锆增韧、离子交换增强及物理钢化三种力学性能增强技术的研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。
  • CoCrFeNiMo含量对(Ti<sub>0.2</sub>V<sub>0.2</sub>Nb<sub>0.2</sub>Ta<sub>0.2</sub>W<sub>0.2</sub>)C高熵碳化物断裂韧性的影响


    高熵碳化物陶瓷具有极高的硬度,但其较低的断裂韧性限制了其在苛刻机械环境中的应用。本研究采用碳热还原法合成碳化物复合粉末,并通过热压烧结工艺制备了(Ti0.2V0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C/CoCrFeNiMox高熵碳化物陶瓷。系统探究了CoCrFeNiMo含量对(Ti0.2V0.2Nb0.2Ta0.2W0.2)C高熵碳化物陶瓷微观结构和力学性能的影响。结果表明,加入10 wt.% CoCrFeNiMo综合力学性能最佳,其硬度达到20.08 GPa,断裂韧性为(7.49±0.28) MPa·m1/2,这归因于Ti(O0.4, C0.5)颗粒与FeCoNi的增韧效果,增韧机理主要为裂纹偏转与裂纹桥接。这项工作为高硬度、高韧性高熵碳化物的低温致密化提供了新的策略。
  • 中间液相中的阳离子对CaF<sub>2</sub>陶瓷冷烧结致密化的促进机制

    ​陆思佳,任 雨,王 旭,司明明,范宇驰
    冷烧结技术之所以能在300 ℃内实现陶瓷材料致密化,关键在于烧结过程中引入了中间液相,引入的中间液相极大地影响了陶瓷晶粒的致密化过程及生长行为。现有研究普遍将中间液相视为一种均质的、仅提供溶解陶瓷颗粒和促进传质的媒介,对中间液相化学本质的理解尚浅,尤其是中间液相中存在的不同种类的阴离子、阳离子对陶瓷材料的冷烧结致密化过程的影响仍未有明确定论。本研究以CaF2透明陶瓷为研究对象,系统对比了不同中间液相(去离子水、KF溶液和CaCl2溶液)以及未添加中间液相的样品在烧结过程中的作用机制。实验结果表明,采用富阳离子的中间液相(CaCl2)可在300 ℃、500 MPa、保温1 h的条件下制备出相对密度超99%的透明CaF2陶瓷,其烧结活化能仅为38.74 kJ·mol−1,远低于传统高温烧结方法。CaCl2富阳离子中间液相在升温阶段通过促使液相中的Ca2+快速达到过饱和状态,进而提升沉淀析出速率,加速溶解—沉淀过程,最终制备出致密的透明陶瓷。对制备得到的CaF2陶瓷进行了光学与力学测试,结果表明,富阳离子中间液相辅助冷烧结得到的CaF2陶瓷展现出良好的光学和力学性能,在可见光700 nm处的透过率为80%,抗压强度为(226.06±5.22) MPa,维氏硬度达(2.03±0.10) GPa。本研究揭示了富阳离子中间液相在冷烧结中的关键作用,为低温制备高性能透明陶瓷提供了新思路。
  • 激光照明用GdYAG:Ce<sup>3+</sup>/CASN:Eu<sup>2+</sup>荧光玻璃的制备及其性能优化

    曹旺盛,王桂录,张志永,郑喜贵,卢彦钠,孔玉强,马跃龙,郝用兴
    激光照明因其体积小、亮度高和方向性好等优势而备受关注,同时也对荧光转换材料的综合性能提出了更高要求。荧光玻璃因其制备工艺简单,在激光照明领域展现出巨大的应用潜力。然而,目前基于荧光玻璃的白光激光照明仍存在显色指数偏低、色温较高等问题,制约了其在高品质照明中的应用。本研究采用一步烧结法制备了GdYAG:Ce3+及其与CASN:Eu2+复合的系列荧光玻璃,系统研究了荧光粉配比对材料结构、发光特性及热稳定性的影响。结果表明,GdYAG:Ce3+可均匀分散于玻璃基质中,且其晶相结构保持稳定。在450 nm蓝光激光激发下,当GdYAG:Ce3+含量为10 wt.%时,样品显色指数为78.1,色温为5282 K。进一步引入CASN:Eu2+红粉并优化配比,在总荧光粉含量为10 wt.%、GdYAG:Ce3+与CASN:Eu2+质量分数分别为96 wt.%+4 wt.%时,显色指数提高至83,色温降低至3983 K。该样品在423 K高温下仍可保持62.87%的室温发光强度,表现出良好的热稳定性。本研究证实了GdYAG:Ce3+/CASN:Eu2+荧光玻璃在高品质激光照明中的发展潜力,为开发兼具高显色性与低色温的荧光转换材料提供了有效途径。
  • 油酸配体去除活化羟基磷灰石纳米线及其高效铜离子吸附性能

    张 双,李 杰,姜钰炜,谭军军
    在羟基磷灰石纳米线(HANWs)的合成过程中,油酸常被用于调控HANWs的形貌,但也会覆盖其表面活性位点,导致材料本征吸附性能受到抑制。为此,本研究提出一种基于磷酸钠—乙醇/水体系的高效、快速去除表面油酸配体的方法,通过彻底暴露HANWs的本征表面,显著提升其对水中铜离子的吸附能力。红外光谱与接触角测试结果表明,经磷酸钠处理后,HANWs表面的油酸配体被完全清除。所得清洁表面的HANWs表现出优异的铜离子吸附性能,最大吸附容量达72.80 mg·g−1,其吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,主要机理为离子交换与表面配位作用。在pH为3.0~5.5范围内及共存离子(浓度0 mmol~2.0 mmol)存在条件下,HANWs仍保持稳定的吸附性能。进一步将HANWs制备成过滤膜,其累计水通量可达279 m2·L−1,经六次吸附—再生循环后性能未见明显下降,显示出良好的重复使用潜力。本研究不仅为HANWs的表面活化提供了简便有效的后处理策略,也为其在实际水处理中的应用奠定了实验基础。
  • ​基于4HPCl的多维度缺陷钝化制备高效反式钙钛矿太阳能电池

    郭章旺,江 炀,曾 涛,陈云霞
    缺陷钝化是提升钙钛矿太阳能电池性能的核心策略之一。本研究通过在钙钛矿前驱体油墨中引入新型添加剂4-肼基吡啶盐酸盐,实现了对光吸收层缺陷的有效抑制,并显著改善了器件的光伏性能。研究表明,4HPCl分子与钙钛矿组分之间存在强相互作用,这不仅促进了晶粒尺寸增大与薄膜质量优化,还显著降低了缺陷态密度。最终,基于4HPCl修饰的冠军器件实现了25.31%的光电转换效率,其开路电压与填充因子相较于未修饰组均获得显著提升。更重要的是,修饰后的器件展现出卓越的稳定性,在65 ℃氮气氛围持续老化900 h后,仍能保持初始效率的90%以上。
  • ​砂磨固相法合成YSZ粉体及性能研究

    张 瑞,杨 晨,滕 航,毛凯迪,郭 学
    在氧离子传导型SOFC组件中,电解质需要足够高的离子电导率来实现高性能电池的稳定运行。制备粒径较细的粉体是获得高离子导电性和提高电解质烧结性能的关键。常用的合成YSZ粉体的方法有燃烧法、溶胶—凝胶法、共沉淀法等,但这些合成方法存在工艺过程复杂、成本高、易污染环境等问题。而传统固相法简便无污染但合成的YSZ粉体性能差且难以烧结。本文采用砂磨固相法合成YSZ粉体,确定一次砂磨时间为50 min,二次砂磨时间50 min为合成YSZ粉体的最佳砂磨工艺。砂磨固相法不仅成功解决了传统固相法的短板,还提升了其烧结性能和电学性能。所合成粉体达到纯相的煅烧温度相较于传统固相法由1300 ℃降低至1100 ℃,保温时间也从15 h缩短至6 h。在高温800 ℃时,砂磨固相合成YSZ电解质电导率能达到0.177 S·cm−1,而在中温550 ℃时,砂磨固相合成YSZ电解质电导率能达到3.785×10−3 S·cm−1,与传统固相法的2.653×10−4 S·cm−1相比有着显著提升。
  • 数字雕刻和3D打印对古石刻数字化修复精度的影响研究

    欧阳静宣,杨 雪,徐升亮,侍中楼
    庐山古石刻作为跨越千年的文化遗产,长期面临自然风化与人为破坏的威胁,传统修复技术因精度不足、可逆性差等问题难以满足保护需求。本研究以庐山典型古石刻为对象,提出基于高精度三维扫描、数字雕刻建模与3D打印技术的全流程数字化修复方法。通过激光扫描获取点云数据,经Geomagic Wrap优化后构建NURBS曲面基础模型;结合ZBrush的Alpha笔刷库对风化书法笔画进行虚拟修复,从而获得古石刻原态修复模型;然后以打印温度、打印速度、打印角度和填充密度4个参数为控制变量,利用正交试验研究打印参数对修复模型精度的影响,运用三维扫描技术对修复模型的3D打印石刻样品进行测量以获得重构模型;分析重构模型字体的变形特征,进而计算出不同打印参数组合下的字体总偏差。最后,采用综合平衡法获得最优工艺参数组合:打印温度为210 ℃,打印速度为10 mm·s−1,打印角度为45°,填充密度为15%。
  • 耀州窑天青釉瓷的科技分析

    陈禹来,温 睿,张茂林,汪丽华
    耀州窑于五代时期创烧天青釉青瓷,是研究天青釉青瓷技术起源和传播的重要窑口。本文通过检测五代耀州窑天青釉青瓷标本化学组成、Fe元素价态及显微结构,探索耀州窑天青釉青瓷的组成配方和呈色机制,在此基础上,讨论五代时期耀州窑青釉到天青釉所进行的配方调整和技术革新路线。研究表明:天青釉配方通过改变助熔剂配比,促进钙釉向钙碱釉转变,同时通过对烧制技术的控制,使其获得析晶—分相结构,促使天青釉色和乳浊感的呈现;瓷釉中Fe2+约占总铁的1/3,表明耀州窑天青釉烧成过程中存在一定还原气氛;结合显微结构分析,其天青色和乳浊感主要与钙长石析晶及分相结构的物理散射有关,Fe价态则影响釉层基础色调。汝窑与耀州窑天青釉有着非常相似的化学组成比例,通过成分对比发现:两窑口天青釉在化学组成和显微结构上具有相似性,反映出天青釉烧造过程中相近的配方目标和工艺控制要求;而弃煤择柴、满釉支烧、二次烧成则是耀州窑和汝窑烧造天青釉的共同特点。
  • 二氧化硅粒径对仿玉质瓷高温塑性形变行为的影响

    张彩彩,陈汝炜,陈圳辉,林 曼,薛永杰,邓腾飞
    SiO2粒径是影响陶瓷材料高温烧结行为的关键因素之一。本文系统探究了SiO2原料D50从152 μm降至47 μm对仿玉质瓷高温塑性形变行为的影响。通过湿法球磨、干压成型及高温烧结制备试样,采用XRF、XRD、SEM、EDS等手段分析其物相组成与微观结构,并利用修正后的M-SW模型计算高温液相黏度。结果表明,D50在78 μm和47 μm的小粒径试样在1220 ℃能够达到成瓷要求,实现致密化烧结;在1260 ℃条件下,小粒径试样高温塑性形变指数达到最大值1.87×104 mm−1;此时高温液相量由81.58%增至90.74%,液相黏度由14273.44 Pa·s降至11839.91 Pa·s。液相量增加与黏度降低共同增强了高温下颗粒的黏性流动与重排,导致宏观形变加剧。研究表明,SiO2粒径通过调节高温液相含量与液相黏度,进而影响在高温下的塑性形变机制,为玉质瓷烧结工艺优化提供理论支撑。
  • 复合添加剂与喷雾干燥—成型工艺协同调控氧化铝陶瓷生坯的性能

    黄慧超,李凯钦,查 越,史 华,黄文龙,赖东升,刘贵华,杨玉龙,常启兵,付 凌
    针对氧化铝陶瓷干压成型过程中生坯强度低、易出现黏模与边角破损的行业共性问题,系统研究了喷雾干燥工艺、复合添加剂组分配比及成型压力对氧化铝陶瓷生坯性能的影响规律。通过正交试验优化得到复合添加剂最优配比为1.3 wt.% PVA、2.0 wt.%淀粉、0.9 wt.% PEG2000与0.3 wt.% HPMC,结合3.5 MPa的最优喷雾干燥压力与14 MPa的成型压力,制备的氧化铝陶瓷生坯抗折强度可达2.90 MPa,且生坯边角完整无黏模。研究表明,PEG2000与淀粉是影响生坯强度的主控因素,生坯强度在8 MPa~14 MPa范围内与成型压力呈正相关。优化后的样品抗折强度达320 MPa。本研究为高性能氧化铝陶瓷的干压成型规模化生产提供了工艺优化路径与理论依据。
  • 基于曲率滤波增益和主动轮廓分割的陶瓷基复合材料​微损伤特征提取方法

    马成文,伍元亮,李 勇,王森林,乐建波,饶水林
    针对陶瓷基复合材料微损伤提取困难的问题,提出基于曲率滤波增强与主动轮廓分割的微损伤提取方法。采用曲率滤波方法抑制高频纹理噪声并增强微损伤边缘结构,引入曲率感知边缘与曲率约束的自适应增益模型进行加权融合,经曲率滤波增益后,微损伤图像的EPI和NCC分别为0.9874和0.9986。采用主动轮廓分割对微损伤提取的准确率和精确率分别为0.9301和0.7549,实现陶瓷基复合材料微损伤的高精度提取。为陶瓷基复合材料在航空装备运维提供了关键技术手段。
  • 语义驱动融合实例分割与扩散模型的高保真古陶瓷图像生成方法

    肖 勇,李步升,余焱林,周文波,杨利华,邱望仁,肖卓豪
    古陶瓷图像生成是文化遗产数字化与虚拟复原的重要基础,但通用文生图模型在器型结构控制和装饰语义表达方面仍存在不足。针对古陶瓷轮廓复杂、纹饰精细以及中文描述噪声较大的问题,本文提出一种融合实例分割与扩散模型的高保真图像生成框架。首先利用GroundingDINO与SAM2完成器物检测和实例分割;不同于直接使用原始二值掩码或仅采用普通形态学平滑的方法,本文进一步设计HiRes-APD风格掩码正则化策略,通过超采样平滑与面积一致性重采样改善边界稳定性,并构造灰度软掩码用于边界过渡与融合。随后将正则化结构掩码与文本提示共同输入ControlNet引导的Stable Diffusion模型,在器物区域内生成纹饰,并通过领域微调增强模型对古陶瓷器型、釉色和装饰语义的适配能力。在30个验证样本上的实验结果表明,本文方法的平均Mask IoU为0.8371,平均CLIP Score为0.984±0.051。对比实验表明,ControlNet是实现高结构一致性的关键模块,领域微调进一步提升了文本—图像语义匹配与风格表达能力;消融实验表明,系统的结构控制上限仍主要受前端结构条件准确性制约。该方法可为古陶瓷数字展示、创意设计与相关方法研究提供一种可控图像生成思路。
  • 文化遗产视域下景德镇茶器当代传承与创新发展探析

    郭建晖,邱 婷
    本文在文化遗产传承创新的理论框架下,聚焦景德镇茶器这一具有代表性的活态遗产,解析其作为物质载体、技艺系统、意义符号与社会实践多维复合体的内在构成,并系统审视其传承创新现状。研究发现,尽管景德镇茶器在品牌化、规模化、数字化与产业融合方面取得阶段性进展,但亦存在传承体系、创新动力、器茶相融、内涵表达等方面的问题。针对这些问题,本文从传承保护、创新转化、制度保障、叙事传播、融合拓展五个方面,构建了一套旨在推动其从静态存续转向动态传承、从仿古复制转向基因转译、从单一产品转向系统生态的整体性发展路径。
  • 基于可分离性要件的实用陶瓷作品保护路径研究

    ​王金海,李丹凤
    实用陶瓷作品兼具艺术表达与实用功能,目前我国司法实践已引入可分离性原则以避免著作权保护延及其实用功能。然而,理论界与实务界对可分离性概念界定不清、适用路径不明等问题尚未形成共识。对此,在司法实践中,应将可分离性明确作为判断要件之一,结合一般公众视角和改动测试标准予以准确判断。具体适用时,应先识别实用性和艺术性,再根据实用陶瓷作品的具体形态及其艺术表达与实用功能的结合程度,确定可分离性与独创性的认定孰先孰后。
  • 中国设计的审美范式、造物体系及其当代实践

    宁 钢,侯明珠
    围绕中国设计的思想根基与造物实践,基于“道—制—器”分析框架,综合经史材料、工艺文献与器物证据加以互证,概括因用赋形、因材施艺、制器尚象、形神兼备等原理,揭示礼制、工艺与审美在长时段中的演进脉络;并以典型当代实践检视其延续与转化路径,由此形成可用于评价与指导创新的观察要点与判断依据。
  • 新时代景德镇御窑博物馆展陈理念研究

    吴文轲,邵毓
    自国家大遗址保护规划提出以来,遗址博物馆作为大遗址规划中重要的文化教育、展示和传播场所也随之迅速发展,同时,高速变化的社会环境也对当下博物馆的发展提出了更高的要求。选取景德镇御窑博物馆为研究对象,立足文化保护的发展原则,遵循公众参与的发展理念,结合遗址博物馆的特点,对其展陈理念进行深入研究,以期为遗址类博物馆的展陈实践提供思考方向。