磁性材料范文

导语：如何才能写好一篇磁性材料，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1、能对磁场作出某种方式反应的材料称为磁性材料。按照物质在外磁场中表现出来磁性的强弱，可将其分为抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质、反铁磁性物质和亚铁磁性物质。

2、大多数材料是抗磁性或顺磁性的，它们对外磁场反应较弱。铁磁性物质和亚铁磁性物质是强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性材料。对于磁性材料来说，磁化曲线和磁滞回线是反映其基本磁性能的特性曲线。

3、铁磁性材料一般是Fe，Co，Ni元素及其合金，稀土元素及其合金，以及一些Mn的化合物。磁性材料按照其磁化的难易程度，一般分为软磁材料及硬磁材料。

（来源：文章屋网 ）

篇2

1、磁体：含有铁磁性物质并被磁化，具有磁性表征的物体。如各种磁铁，指南针等。

2、磁性材料：含有有铁磁性物质的材料就叫磁性材料，材料不经过特殊工艺加工，可能没有磁性表征。

3、没有磁性的，这是磁体原材料和磁铁的统称。

4、磁性材料包含磁铁和有一部分没有做过处理的可能没有磁性表征的材料。

（来源：文章屋网 ）

篇3

[关键词]磁性材料；制备工艺；应用前景

中图分类号： TQ 460 文献标识码： A 文章编号：

1磁性材料的发展

自然界中原本就存在天然的磁性材料，而磁性材料的发现最早可以追溯公元前3世纪，在《吕氏春秋・季秋记》中有关于“慈石召铁，或引之也”的记述，这是最早对磁性材料的描述，公元前7世纪，黄帝在作战中使用指南车则是磁性材料在有史料记载以来的第一次应用。直至产业革命以前，磁性材料最大的贡献仍局限在罗盘针，产业革命以后，人们开始有目的地加工、制造能够为人们生产生活所用的磁性材料，从而其发展十分迅速。伴随着煤炭、钢铁工业的不断兴起，以电磁铁的发明为开端，马达、发电机、变压器等逐步达到实用化。磁性材料凭借其特性逐渐成为不可代替的材料，其在各个领域的重要性也日益凸显出来。磁性材料若按化学成分来分类，可以将其分为金属（合金）磁性材料、无机（氧化物）磁性材料、有机化合物以及其复合磁性材料。50年代以前，得到应用的磁性材料主要为金属磁性材料，其广泛地应用于电力工业、电机工业。从50年代开始，3d过渡族的磁性氧化物（铁氧体）开始逐步取代金属磁性材料，铁氧体由于具有电阻率高，高频损耗低的优良特性，为当时兴起的雷达、无线电等工业的发展提供了所必需的磁性材料，标志着磁性材料进入到铁氧体的历史阶段；90 年代以来，金属磁性材料以纳米结构问世，成为铁氧体磁性材料的有力竞争者。从20世纪后期延续至今，专家学者对磁性材料的研究从未中断过，磁性材料也进入了前所未有的高速发展阶段，并融入到信息行业，成为信息时代不可或缺的基础性材料之一。

2磁性材料的制备方法

铁氧体磁性材料可通过烧结法、微乳液法、溶胶―凝胶法等方法制备。

2.1烧结法

烧结法又可分为固相烧结、液相烧结、等离子放电烧结等。固相烧结是制备磁性材料的传统方法、也是现今生产磁性材料的主要方法，其操作方便、设备简单。但该方法同时存在烧结温度高、烧结气氛不易控制等缺陷，为了克服这些缺陷，研究者们不断通过调整成分比例及生产条件来改善产品质量；液相烧结是在尚未烧结的陶瓷粉末中加入一定助熔剂，使其在烧结过程中呈液态，使得烧结温度降低，致密度提高。等离子放电烧结利用脉冲大电流直接施加于被烧结材料，产生体热，达到快速烧结，从而抑制颗粒长大，提高致密度。

2.2微乳液法

微乳液法是近几年来发展起来的一种制备超级微粉末的有效方法。所谓微乳液是由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下混合形成的宏观上均一而微观上不均匀的热力学稳定体系，具有透明（或半透明）、低黏度、各向同性、分散相液滴极其微小和均匀等特点。在这样的溶液中形成物质颗粒小、分布均匀、纯度高的磁性材料颗粒，且其大小易于控制。如将氨气作为沉淀剂通入含Fe3+和Fe2+的初始反应物，反应物金属离子溶于水核中，在充分混合的条件下发生化学反应，形成铁氧体纳米粒子，水核的大小控制了最终铁氧体纳米粒子的尺寸和形貌。

2.3溶胶―凝胶法

溶胶-凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。该方法应用于磁性材料的制备，可生产纳米结构的铁氧体磁性材料。

3磁性材料的应用前景

3.1磁性材料在存储领域的应用

近年来，随着计算机的飞速发展，信息量也加速增长，这对存储介质的信息高密度化提出了要求。利用纳米金属材料可制成具有巨磁电阻效应的纳米颗粒薄膜，进一步制成有巨磁电阻效应的磁头，应用于存储领域，能够在有效缩小硬盘尺寸的前提下仍可大幅提升硬盘存储容量。2007 年，全球最大的硬盘厂商希捷科技（Seagate Technology）生产的第四代DB35 系列硬盘， 现已达到1TB（1000GB）容量，正是采用了这种巨磁阻材料。在硬盘的生产中，由于灰尘的进入会导致硬盘内部磁头和磁盘的损坏，现也采用磁性液体来进行密封，以保证硬盘具有长久的寿命。随着，磁性颗粒的尺寸进一步缩小，信息存储密度将进一步增大，甚至实现“量子硬盘”。

3.2作为电波吸收（隐身）材料

由于纳米微粒的尺寸小于红外线及雷达波的波长，因此纳米颗粒材料对这样的波的透过率大于普通材料，这样就能够有效减少波的反射，使得红外探测仪和雷达接收器接收到的反射信号减弱，从而达到隐身的作用。在军事领域，将纳米磁性薄膜覆盖于战斗机表面，能够有效吸收雷达波，并能够良好地耗散红外线，加之质量轻，从而有效地避免雷达的检测，实现隐身作战。士兵穿着覆盖有纳米磁性薄膜的材料，也可以实现自身的隐蔽，尤其夜间不易被红外探测器侦察到。在民用领域，纳米磁性材料可用于制造可吸收紫外线的防晒用具、吸收红外的保暖布料。应用于计算机机房、电磁仪器则可起屏蔽作用，避免静电干扰。

3.3磁性材料在生物医学领域的应用

利用纳米磁性材料纳米级尺寸和磁性的双重特点，能够将纳米磁性材料制成药物输运载体或靶向标记，通过注射或其它手段通过静脉进入血液循环，这时，就可以利用外部人为建立的磁场，来引导载体在人体内的运动，从而使得药物向病变部位释放或磁性材料本身与病变部位结合，后续引导药物至病变部位释放，从而达到定向治疗的目的，实现局部治疗，对人体全身副作用小。在癌症的治疗中，亦可以将金属纳米磁性颗粒本身作为治疗工具，先通过磁性的导向作用使其聚集在病灶，再通过微波辐射金属颗粒局部加热而有效杀死癌细胞，避免手术给患者带来的痛苦。

参考文献

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关键词：材料属性；管道；永磁体；励磁

0.引言

我国长管道运输石油天然气等资源的方法已有几十年的历史，期间虽然多次对管道进行维护但仍存在腐蚀等原因产生的缺陷，存在安全隐患。近年来，我国多地发生管道天然气泄漏事件，爆炸造成了巨大的经济损失。对管道进行缺陷检测就显得尤为必要。管道检测包括多种方法，如涡流检测、超声波检测、磁粉检测、漏磁检测等等[1]。其中漏磁检测的前提是对管道进行磁化，提高磁化效率就能间接地提高检测效率，所以，研究讨论材料属性对漏磁检测励磁过程的影响是有必要的。

1.漏磁检测基本理论

1.1漏磁检测介绍

漏磁检测是一种无损检测方法，它具有无需耦合剂、安全高效、检测效果准确的特点，也有检测目标必须为铁磁性材料的弊端，它不同于压电超声检测等方法，需要进行接触式检测且需涂抹耦合剂采集信号[2]，也不同于磁粉检测等传统方法，只能得到工件表面或者近表面是否有缺陷的信息[3]，对漏磁检测信号进行分析可以获得缺陷的类型、大小以及存在于管道的位置，是一种十分安全高效的无损检测方法。

1.2漏磁检测原理

进行漏磁检测，首先需要对铁磁性材料（管道）进行励磁，通常采用永磁励磁的方法，将管道磁化至饱和或近似磁饱和后，由检测器和管道构成闭合的磁路，在管道有缺陷处，磁力线会分三部分经过缺陷，一部分在管道内部绕过缺陷，一部分穿过缺陷后继续进入管道，还有一部分会在缺陷处“漏出”，检测器包括磁敏元件如常见的霍尔传感器，会对“漏出”的磁力线进行检测，将磁信号转换为电信号，经过后续电路对信号的放大滤波处理，在计算机上显示出来，通过分析信号的各项参数得到缺陷的类型、尺寸、位置等相关信息[4]。

1.3漏磁检测装置

漏磁检测装置包括以下几个主要部分：动力节、测量节、记录节、电池节、万向节、行走轮、橡皮碗等。其中测量节包括刚刷、轭铁、励磁装置以及磁敏探头几个部分。通过动力节以及前后压差致使检测装置在管道内进行内检测过程；记录节是对检测的信号进行存储，在检测结束后，通过电路的后续处理，对信号进行分析研究；测量节的几个部分与管道共同构成闭合磁路，通过漏磁检测的原理对漏磁信号进行采集。

1.4磁化方式

磁化方式根据励磁磁源可以分为三种：直流磁化、交流磁化以及永磁磁化[5]。

（1）直流磁化。直流磁化一般要求激励源有几安培至上百安培，对管道进行磁化可以控制电流的大小进而控制磁化的强度。直流磁化可以直接检测管道的内外壁缺陷并且可以检测到深度十几毫米的表面层下缺陷。

（2）交流磁化。交流磁场容易产生趋肤效应和涡流，且磁化的深度随着电流频率的增高而减小。交流磁化可以检测表明较为粗糙的试件但是不适用与表面一下的缺陷，对于管道检测来说，在管外壁磁化不能同时检测管壁内壁的缺陷。

（3）永磁磁化。永磁磁化利用永磁体作为励磁源，通常可以用永磁铁氧体、铝钴镍永磁材料及稀土永磁材料等。这几种材料各有利弊，对于不同的永磁材料，在磁路设计上应根据各自的磁特性，充分发挥其优点，以使磁路达到最优。永磁体作为励磁源具有体积小、重量轻且不需要电源的优点，所以永磁磁化方式是在线漏磁检测设备中磁化被测管道的优选方式。

2.材料属性对漏磁检测励磁过程的影响仿真分析

2.1有限元分析软件Comsol

Comsol是一个可以对多物理场进行耦合的有限元分析软件，广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，模拟科学和工程领域的各种物理过程。它是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，用数学方法求解真实世界的物理现象。范围涵盖从流体流动、热传导、结构力学、电磁分析等多种物理场，用户可以快速的建立模型，切定义模型十分灵活，材料属性以及边界条件可以是常数、任意变量的函数、逻辑表达式、或者直接是某个代表实测数据的差值函数等。

2.2永磁励磁仿真模型

利用Comsol软件，在几何中建立永磁体模型，在材料中定义永磁体材料为软铁（无损耗），并在边界条件中定义永磁体材料为“磁化”，磁化方向为Y轴正方向，设置矫顽力为938000A/M；建立励磁装置与磁化目标中间介质几何体，材料分别定为铜、玻璃板、轭铁材料（与磁化目标属性相同）、空气层四种材料，模型如图1所示。在磁化目标位置设置三维截线，以对截线处的磁感应强度进行测量，从而讨论不同材料属性对励磁过程的影响。经过网格划分、加载稳态求解，计算后得到如图2所示励磁装置磁力线分布仿真图，分别对四种材料的三维截线处测量磁感应强度数值。

2.3仿真结果分析

四种材料在材料属性定义时已知各材料的相对磁导率分别为：铜0.99990；玻璃板1.00000；空气层1.00007；轭铁材料为铁磁性材料，其相对磁导率不是一个定值，故用一组BH数值定义其材料属性，如表1所示。

通过对三维截线处的磁感应强度进行测量，得到其测量值为：铜99.70030005664417；玻璃板：99.70030005664451；轭铁材料：34.32267656240925；空气层：98.65066182198335。从仿真数据可以看出，非铁磁性材料（铜、空气、玻璃板）其相对磁导率均接近于1，铁磁性材料相对磁导率教高，轭铁材料被磁化，磁力线大部分在磁导率较高的材料内部，相较于其他材料，只有少量磁信号被检测出来。故在励磁过程中，励磁装置与铁磁性材料（管道）之间，可以允许有部分提离值（空气层），也可以使用其他非铁磁性材料作为管道内壁保护材料，但利用铁磁性材料会降低励磁强度。

3.结束语

总而言之，管道励磁过程是管道漏磁检测十分重要的部分，励磁强度与励磁时间影响管道检测效率。近年来国内外管道铺设长度趋于增长趋势，提高管道励磁效率十分必要，同样提高检测效率也会降低管道缺陷问题带来的安全隐患，为国家减少人员和财产损失。

参考文献

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【关键词】镍 片状 CTAB 电磁性能 微波吸收

1 概述

现代军事冲突中，隐形化可以使其避免被发现，增强它的突防能力和生存能力。吸波材料是指能够有效吸收入射电磁波从而使其目标反射回波强度被衰减的功能材料。外形隐身以及阻抗加载技术只能改变目标RCS在三维空间的分布，在设定的某个重要空间方向实现一定程度的隐身；而吸波材料则根据材料自身对电磁波的吸收性能，来减弱目标总的回波强度，这样的好处是吸波性能与空间方向无关，在所有方向上均同时达到减少RCS的目的[1]。

吸波材料根据使用方式可以分为结构型吸波材料和涂覆型吸波材料。但是无论是结构型还是涂覆型，都需要加入对电磁波具有损耗能力的吸收剂，而且某种程度上吸波剂决定了吸波材料的吸收效果，吸收剂根据对电磁波的损耗机理又可以分为介电损耗型和磁损耗型。

2 片状Ni的制备及SEM观察

实验采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）做表面活性剂，CTAB的临界胶束浓度（cmc）为0.87 mmol/L，通过调整CTAB的浓度来控制产物的形貌。

图1为不同CTAB浓度下制备的不同形貌Ni的SEM，可以看出，当CTAB浓度仅为20 cmc时，还原得到Ni纳米颗粒，且部分颗粒紧密连接，有融成片状结构的趋势，如图1 （a， b）。当CTAB的浓度提高到25 cmc，大部分Ni颗粒已互相融合团聚成一定的片状雏形，如图1 （c， d）。若CTAB的浓度进一步提高到30 cmc，则绝大部分Ni颗粒已融合成片状结构，只有极少量离散的Ni颗粒存在，如图1 （e， f）。说明，表面活性剂的浓度对产物的形貌有重要影响，表面活性剂本身具备亲水和亲油基团，浓度不同时，这些基团在溶液中的空间排布也不同，对应于不同的浓度会形成不同的胶团形状，Ni2+被还原形成的Ni原子会以这些胶团为模板进行生长，最终形成能够反映胶团微观形貌的具有特殊结构的Ni。

3 片状Ni的电磁性能分析

片状Ni的介电常数实部在整个频段内下降明显，表现出明显的频散效应，当频率超过11.8 GHz的时候，虚部反而超过实部，一直到18 GHz都是虚部大于实部。片状Ni的磁导率实部从最初的2 GHz迅速降到8 GHz的0.78，然后基本保持不变；片状Ni的磁导率虚部μ''在2.8 GHz达到0.31后，整体上逐渐下降。

片状Ni介电损耗因子从2 GHz处的0.4开始整体上随着频率的上升逐步增加，但在7.2、13.2以及15.6 GHz处出现了3个损耗因子峰。磁损耗因子在2.8 GHz达到峰值后整体上也是随着频率的上升而逐步下降，但在5.5、14.2、17.1 GHz处出现了三个明显峰值。

图2为片状Ni在不同厚度下的吸波曲线，可以看出，1.5 mm厚时，在 9 GHz达到最大吸收-5.1 dB；若厚度增加到2 mm，则在 6 GHz达到最大吸收-5.4 dB；当厚度进一步增加到2.5 mm时，在4.6 GHz达到的最大吸收又降到-5 dB。与公式的推测结果一致，随着吸波材料厚度的增加，吸收峰逐渐往低频移动。三种厚度下在14 GHz处均有一定的吸收峰出现，是因为，在14 GHz附近，片状Ni的介电损耗因子和磁损耗因子在此处附近均有一个峰值，说明尽管片状Ni是一种磁性材料，但它对电磁波的吸收既来自于磁损耗又来自于介电损耗。

4 结论

不同于其他形貌Ni，片状Ni在三个厚度下的吸收峰均出现在10 GHz以下，说明尽管在整个微波频段内片状Ni的吸波强度不高，但在10 GHz以内的中低频，片状Ni的吸波性能有明显优势，表明片状Ni适合作中低频微波吸收材料。

参考文献

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作者单位

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本文重点阐述了陶瓷废料在陶瓷行业及混凝土行业的再利用情况，以及在建材行业其它领域的应用现状，并对应用中还需解决的问题进行了总结。

【关键词】

陶瓷废料；陶瓷；混凝土；建材

1前言

据中国建材数量经济监理学会统计2015年我国陶瓷砖产量约为107.2亿m2，行业每年将产生两千万吨以上的废料。陶瓷废料产生于陶瓷生产的各个工序，不同类型的陶瓷产品废料产生的工序和数量又有所不同。其中建筑陶瓷因生产连续化水平高、产量大，尤其是抛光类产品产生的废料居多，此外，产品成型率低的艺术瓷、骨质瓷及多孔陶瓷在产品成型工序也会产生较多的废料。废料的产生不但造成了资源浪费，同时对环境产生了危害，因此陶瓷废料的循环再利用成为陶瓷企业和相关科研单位急需解决的课题。随着各科研部门及陶瓷企业研究的深入，陶瓷废料的再利用已逐步延伸到不同的领域，因陶瓷废料的成分与建筑材料原料的成分相似，故在建筑材料领域的应用更为广泛。

2陶瓷废料在陶瓷行业的应用

2.1制作陶粒陶瓷废料因其化学组分与陶瓷原料最为相似[1]（抛光废料与陶瓷原料化学成分对比见表1），但陶瓷废料中高温黏度较小的氧化物含量较高，直接掺入陶瓷原料中会影响产品质量，所以早期研究主要集中在轻质陶粒上。陶粒是以陶瓷废料为主原料经高温烧结制备而成的产品，目前陶粒已广泛用于建筑材料领域，例如作为二次原料应用于混凝土、墙体保温板、墙体填料及窑炉隔热保温层等。陶粒的再利用工艺简单，废料利用率高，是一种较为有效的再利用途径。同时，陶粒的再利用范围还在不断拓展，如利用陶粒制备地铁吸音材料[2]，这不仅拓宽了陶粒应用领域，也为陶瓷废料的实际应用提供了参考。

2.2用作陶瓷坯料陶瓷废料作为坯料用于陶瓷生产的研究已取得一定的进展，但因建筑陶瓷或日用、美术陶瓷对原料的要求较高，所以废料的利用率也受到一定的限制。而对原料要求不太苛刻的陶瓷产品成为废料再利用的主要对象[3～4]，例如仿古砖、手工艺砖等。仿古砖对颜色纯度、吸水率、尺寸稳定性等要求不高，陶瓷废料可以部分甚至全部代替仿古砖的坯用原料；手工艺术砖也是应用较为成功的种类之一，因陶瓷废料再利用中存在的主要问题有缺陷多、粗糙毛边、色差重、形状不规则，而手工艺术砖把这些残缺美诠释为手工砖的艺术美感，巧妙的利用了这些缺陷。

2.3生产保温隔热多孔材料因陶瓷废料用于陶瓷坯料时会产生针孔起泡等缺陷，用作多孔材料的原料能充分利用其自身发泡性能。陶瓷废料在生产保温隔热多孔材料中的应用研究，前期集中在掺入的可行性上，后期才逐步上升到提高掺入量及解决变形问题上。蔡晓军等人[5]利用抛光废渣制备出具有保温隔热功能的新型轻质建筑材料，其中废料利用率可达60%；佛山欧神诺陶瓷股份有限公司已利用陶瓷废料成功开发出可以浮在水面的新型轻质生态建筑材料；蒙娜丽莎陶瓷有限公司已能大规模生产大规格的保温隔热陶瓷板，且陶瓷废料的掺入量最高可达80%。陶瓷废料在保温隔热建材领域的再利用不但使多孔材料的自发泡机理得到了深入研究，同时使规模化、大型化生产成为现实。

2.4制备陶瓷透水砖有研究[6]表明将陶瓷废料添加到陶瓷透水砖中可制备合格的透水砖，在此基础上还可以添加生活垃圾生产透水砖，但未进一步研究如何在不影响产品质量的情况下提高陶瓷废料利用率。透水砖与建筑陶瓷相比对颜色和尺寸要求较低，陶瓷废料用于透水砖生产适应性强，发展空间大。

3陶瓷废料在混凝土中的应用

陶瓷废料用作水泥混合材是研究方向之一。陶瓷废料作为水泥混合材除需满足活性要求外，还要符合水泥化学成分要求。具有火山灰活性的陶瓷玻化砖废料、瓷质废料、炻质劈开砖废料和陶质废料均可作为混合材使用[7]，其强度随废料中玻璃相含量的增加而增加，同时随着掺量的增加，水泥的强度会先增加后减小，并存在最佳值。于立刚等人[8]对卫生陶瓷及建筑陶瓷地砖废料做了活性试验比对，结果表明两种废料均符合活性混合材的标准要求。当抛光砖废料掺量小于10%时[9]，陶瓷废料的加入对水泥强度有贡献，可作为较高强度水泥混合材使用，而当掺量超过一定值后将对水泥强度产生副作用，同时应注意氯离子含量超标的问题。废弃陶瓷制作再生粗骨料代替天然碎石是另一研究方向。通过筛分制作符合混凝土粗骨料要求粒径的粗骨料，与天然粗骨料相比，再生陶瓷骨料的密度低、吸水率高、压碎指标小，所以在实际应用中需调整混凝土配合比，此外陶瓷骨料与砂浆的粘结性能不如天然骨料，随再生陶瓷骨料的代替率的增加抗压强度减小[10]，因此限制了再生陶瓷骨料的大量使用。

4在建筑墙体材料中的应用

蒸压加气混凝土砌块作为轻质保温隔热的新型建筑材料在消耗工业废弃物上发挥着重要的作用，陶瓷废料代替粉煤灰制备蒸压加气混凝土砌块的研究已取得一定的进展。华南理工大学王功勋等人[11]对陶瓷抛光砖粉制备蒸压硅酸盐制品从热工及水化产物组成和形貌方面进行了基础研究，研究表明陶瓷抛光粉在蒸压条件下有较高的火山灰活性，与粉煤灰相比抛光粉中参与反应的活性SiO2要多，可生成较低Ca/Si值的水化产物，其蒸压制品强度高于粉煤灰制品。有研究[12]表明掺入陶瓷废料代替一半的粉煤灰（掺入量为30%～40%）制备的蒸压加气混凝土砌块各项基本指标能符合GB/T11968-2006《蒸压加气混凝土砌块》标准要求，且在干缩性和防水性方面优于粉煤灰加气混凝土砌块。此外陶瓷废料在加气混凝土中的掺量需控制在30%左右[12]，过大会对气孔结构及混凝土力学性能产生不利影响。

5在建材行业其它领域的应用

陶瓷废料可用于沥青路面隔热层混合料，有研究[13]表明陶瓷废料沥青混凝土隔热层具有良好的降温效果，可减少路面温度波动，解决路面的车辙问题。此外，用陶瓷废料制备的多孔陶瓷亦可用于废水净化及过滤材料[14]，拓宽了陶瓷废料在建材行业再利用中的应用领域。

6应用中还需解决的问题

6.1硬质废料硬质废料是经过烧成工序的熟料，其特点是烧失量小，化学成分接近陶瓷原料，可以重新应用到陶瓷生产中。提高孰料废渣的细度以及控制杂质及铁含量是废料精加工的关键，此外硬质废料为瘠性料，会使生坯强度下降，同时缩短烧成时间，如何克服生坯强度下降以及充分利用快烧特性达到节能效果是研究的重点。

6.2抛光砖废料抛光砖废料本身具有很好的细度，但抛光过程中磨料带入了碳化硅、氯化镁、碱金属化合物及高温树脂等物质使其应用受到了一定限制。因氯离子含量高，作为水泥混合料会导致水泥氯离子超标，目前如何充分利用陶瓷废料的活性又能避开氯离子含量过高带来的不利影响，提高掺量，最大限度合理有效的利用废料是目前需要解决的问题。作为陶瓷原料，高温挥发的成分容易造成瓷砖针孔起泡，难以利用。如何解决废料再利用中杂质含量高导致的产品变形是另一急需解决的问题。

7小结

陶瓷废料在建材行业的应用主要集中在陶瓷和混凝土两大方面，在陶瓷方面的应用相对较广泛，同时在某些领域也取得了一定的成果。但是与在混凝土领域的应用最大的区别在于是否需要烧结，如无需烧结则节省了能源，取得的经济效益更加可观。如何充分发挥陶瓷废料的活性，提高在混凝土中掺量，进一步降低建材产业生产成本，提高资源利用率是今后研究的重点。

【参考文献】

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[12]徐志辉，等.利用陶瓷废料制备加气混凝土的研究[J].新型建筑材料,2013,01:48-51.

[13]任永利.陶瓷废料用于沥青路面隔热层混合料的性能研究[D].广州：华南理工大学，2011.

篇7

【关键词】 纳米羟基磷灰石 二氧化锆 生物相容性

由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见，传统修复骨缺损的方法：如自体骨移植，同种异体骨移植。自体骨取骨量有限，同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构，它具有良好的生物相容性，对人体无毒，又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合，有利于骨的长入[2]。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏，二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用，有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能[3]。因此，纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料，兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性，成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。

一、实验方法

(一) 致敏试验

取豚鼠30只，雌雄各半，体重300—500g，随机分为三组，实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水浸提液，5%甲醛溶液作为阳性对照，生理盐水作为阴性对照[4]。

（二）刺激试验

选用新西兰白兔，每组3只，雌雄各半随机分3组，体重2.5kg-3.0kg。HA/40% ZrO2浸提液，阴性对照：生理盐水，阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区，标记5个点，常规麻醉消毒用1ml注射器试验组于5个点每点注射0.1ml的浸提液，阴性对照组每点注射0.1ml的生理盐水，阳性对照组每点注射01.ml的甲醛溶液。

（三）溶血实验

穿刺抽取人静脉血10ml加入到含有抗凝肝素钠的试管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理盐水，稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10ml，阴性对照组每只试管加入10ml生理盐水，阳性对照组每只试管加入10ml蒸馏水，将全部试管在37℃恒温箱中恒温30分钟后，每只试管分别加入0.2ml稀释抗凝人血，轻轻混匀，继续保温60分钟后，离心5分钟，吸取上清液至比色皿中，用分光光度计在545nm波长处测定吸光度。

溶血率 =实验材料的吸光度—阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度—阴性对照的吸光度

结果评定：若材料的溶血率5%，则不符合生物医用材料溶血试验要求。

（四）肌肉内植入试验

选用Wister大鼠48只，雌雄各半，体重220±25g，随机分为术后第7、15、30、90天4组， 每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒， 分离竖脊肌，于肌肉内植入消毒的HA/40% ZrO2材料块， 缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20 万U 肌注， 连续3 d ， 于术后第7、15、30、90 天取材，对照组手术操作如上， 但不放材料板。大体观察并制作标本切片，HE染色，光镜下观察。

二、结 果

(一)致敏试验

各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生，致敏率为0。

但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿，致敏率为100%，致敏作用强

(二)刺激试验

生理盐水对照组均未见任何刺激反应，试验组3号兔的第2点24h时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿，48h时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿，72h时可见此点极轻微的红斑无水肿。所以24h的平均原发性刺激指数为0.267，48h的平均原发性刺激指数为0.2，而72h的平均原发性刺激指数为0.067，均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。

(三)溶血试验：

实验组和阴性对照组各管离心后，上层均为清亮无色液体，下层为红细胞沉淀物，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准5%，说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。

经SPSS 10.0统计软件单因素方差分析和SNK-q检验：实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异（P＞0.05），实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异（P＜0.05）。

(四)肌肉植入试验

将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开， 植入后7天，试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应，可见吞噬细胞，无囊壁形成。

植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞，淋巴细胞浸润和巨细胞反应；试样周围可见小血管与纤维母细胞增生，开始形成疏松囊壁。

植入30天后，试样周围可见少量淋巴细胞，试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维，并已形成纤维囊腔结构。

植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞，纤维化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。

三、讨 论

目前，生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系，即世界标准化组织（ISO）制定的10993系列标准，国内转化为国家标准（GB/T）16886系列标准。参照以上标准，选择了（致敏试验、刺激试验、溶血试验、、肌肉植入试验），由于该生物医学材料在体内是不降解的，作为异物一定会对生物体产生作用，同时生物体也会对植入材料产生排斥反应，如果该材料最终被生物体接受，就认为该生物材料与组织之间相容，被称为具有好的生物相容性；反之，被称为生物不相容。

致敏反应属Ⅳ型变态反应，试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果，又采取了最大剂量法，保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物，而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿，证明此材料无致敏反应。

刺激是不涉及免疫学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法，各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。

溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用，测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析，结果为p〈0.05，说明三组之间存在统计学差异，多组间均数的两两比较采用q检验，结果为试验组与阴性对照组之间p〉0.05，说明与阴性对照组之间无差别，而与阳性对照组之间p〈0.05，说明试验组与阳性对照组之间有显著差别。

体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前，常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级，然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。

本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血，具有良好的血液和组织相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性，有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。

参 考 文 献

[1] MuruganR，RamakrishnaS.Development of nanocomposites for bonegrafting.Compos.Sci.Technol.，2005，65(15-16):2385-2406.

[2] 胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志，17(1):75-79

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【关键词】新型材料；陶瓷；硬脆；超声加工

【中图分类号】G422.64 【文章标识码】B 【文章编号】1326-3587（2013）09-0002-02

高速发展的世界各国，金属与非金属硬脆材料的使用越来越广泛，特别是具有高硬度、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好，不易氧化特点的陶瓷材料需求日愈广泛，但是工程陶瓷与其它硬脆材料一样存在共同的缺点，即在具有高硬度的同时也具有极高的脆性，造成加工十分困难，特别是成形孔加工尤为困难，严重阻碍了陶瓷材料的应用及推广。因此，陶瓷等硬脆材料的加工技术值得探究。

一、新型材料的引入

在科学技术高速发展的今天，新型材料在航空航天业、国防科技、生物工程及计算机工程等尖端领域的应用日益广泛，特别是核工业、兵器工业、航空航天业及化工、电子工业和现代化机械工业，对产品零件材料的性能有着各种各样的高标准要求。从使用条件上看，有的要求能绝缘，有的要求高导电率；有的要求耐磨损、耐腐蚀；有的要求在高温、高应力状态下工作。从材料的化学成份上看，仅仅只用一般的碳素结构钢、铸铁（灰口、可锻、球墨）黑色金属根本满足不了现展的要求，还需用高强度钢（高锰钢、不锈钢）、合金钢（铜合金、铝合金、钛合金）及其它有色金属。从材料的金相组织上看，不仅只用一般的铁碳合金，局限于铁素体、珠光体为主的普通钢材，还需要用以索氏体、托氏体为主的中硬钢和马氏体淬硬钢。从毛坯的制作方法来看，不仅使用冶炼方法制成金属材料，而且使用粉末冶金和热喷涂等方法制成金属零件。更为常见的是，不仅大量使用金属材料，还大量使用了各种非金属材料，如石材、陶瓷、塑料、纤维和颗粒增强的复合材料。这些形形、各种各样的新型材料如雨后春笋样出现以顺应现代科技发展需要。

二、国内外对新型材料加工技术的探索

能满足高端科学使用性能的新型材料如石英、光学玻璃、工程陶瓷等是因为它们具有高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀等优点，但同时具有硬脆性缺点，使生产制造困难，被称为“难加工材料”，加工难究其原因是：硬度高、强度高、脆性大、塑性低、导热性低、有微观的硬质点或硬夹杂物、化学性质活泼等导致切削过程中切削力加大，切削温度增高，刀具磨损加剧，切屑难控制，加工工件表面出现裂纹，甚至崩碎，导致加工表面质量恶化，生产率低。传统的加工方法根本不能满足对这些材料零件的精密加工要求，因此对这些超硬材料的精密及超精密加工技术就成为各国加工技术研究的热点。

早在1927年，国外就有人首次提出了“超声加工”的概念，20世纪50年代我国对超声振动磨削机理进行了探索研究，并在1985年研制成功超声旋转加工机，到80年代后期提出了高效的超声磨削复合加工方法，纵观历史，世界多国不断的对新型材料进行加工技术探究。以陶瓷材料为例，1993年美国堪萨斯洲大学有人提出了一种超声旋转加工陶瓷材料去除率的理论模型，并验证了与普通磨削相同的条件下旋转超声加工工具具有低的切削力和相对高的材料去除率；美国内布拉斯加大学和内华达大学对陶瓷材料微去除量精密超声加工技术进行了研究，通过模拟陶瓷材料超声加工的力学特性对材料去除机理进行分析发现，低冲击力会引起陶瓷材料结构的变化和晶粒的错位，而高冲击力会导致中心裂紋和凹痕。内布拉斯大学还分析了陶瓷精密超声加工的机理、过程动力学及发展趋势，并详细的讨论了超声技术在陶瓷加工方面的应用情况。1998年左右我国兵器工业第五二研究所有人对外圆磨床的改造进行了超声振动内圆磨削试验发现，能有效消除普通磨削产生的表面裂纹和崩坑现象，提高磨削精度及加工效率；随后上海交大、天津大学、东北大学等多所大学对陶瓷材料的超声振动磨削加工进行了深入研究，对加工中砂轮堵塞及自锐性进行了分析，提出了高效的超声磨削复合加工方法，使加工工件表面微裂纹大幅减少，表面质量大大提高，加工效率是传统的超声加工的六倍以上，生产率大大提高。

由此看来，超声振动精密磨削技术就是能满足像陶瓷这类硬脆材料的加工需要而发展起来的技术之一。超声加工不但能加工硬脆的金属材料，还能加工非金属等硬脆材料，解决了超硬材料、难加工材料领域中的许多关键工艺问题，并取得良好的效果。

三、超声振动磨削加工原理及应用

1、超声振动磨削加工原理

超声振动磨削加工原理是：由超声波发生器产生的高频电振荡信号（一般为16～25KHz）经超声换能器转换成超声频机械振动，超声振动振幅由变幅杆放大后驱动工具砂轮产生相应频率的振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面，使工件成型。因此超声波加工就是利用超声振动的工具，带动工件和工具间的磨料悬浮液，周期性的冲击和抛磨工件的被加工部位，使其局部的材料被蚀除而成粉末，以对硬脆材料进行穿孔、切割和研磨等加工。（如图1所示）

2、应用超声旋转加工陶瓷

超声加工技术经历了从传统超声波加工到旋转超声波加工的发展阶段，旋转式超声加工是在传统超声加工的工具上叠加了一个旋转运动，这种加工用水带走了被去除的材料并冷却了工具，不需要传统超声加工中的磨料悬浮液，因此，这种方法被广泛应用于超声振动磨削加工。

超声旋转加工原理是采用切削工具，如车刀、冲头、压头之类都可以，如图2所示，采用金刚石空心钻工具以转速为0—5300r/min的速度作旋转运动，同时在超声换能器作用下以频率为20KHz作高频振动，与此同时工件以恒定的压力向工具进给运动，冷却液从钻芯由泵抽入，流过加工区，冲走碎屑并冷却工具。

综上所述，超声旋转加工实质上就是将超声振动工具的锤击运动和工具的旋转运动的磨削作用结合在一起，而材料的去除机理是传统超声加工和金刚石磨削材料去除机理的复合，即在超声振动冲击（锤击）下产生压痕和碎裂、由切削工具的旋转运动转化为磨削过程的磨蚀、在超声振动和工具旋转运动的同时产生撕扯作用的抛磨（如图3所示），通过锤击、碎裂、磨蚀、撕扯这样材料去除机理的组合，使超声旋转加工中材料去除率高于超声加工和传统金刚石磨削，通过抽出工具抽出超声振动和旋转运动的产物，可进一步提高材料的去除率，同时在高频振动下工件表面层产生疲劳容易被磨削运动去除，且加工压力小，是对陶瓷之类的硬脆材料比较理想的加工方法。

四、超声加工技术的发展前景

目前适用于硬脆材料加工的手段的主要有光刻加工、电火花加工、激光加工、超声加工等特种加工技术。超声加工与电火花加工、电解加工、激光加工等技术相比，既不依赖于材料的导电性又没有热物理作用，与光刻加工相比可加工三维形状，这决定了超声加工技术在陶瓷、半导体硅等非金属硬脆材料加工方面有着得天独厚的优势。

尽管我国的旋转超声加工技术与先进国家相比有较大差距，发展较缓慢，特别是先进超声机床的研制十分落后至今还没找到市场化的数控旋转超声加工机床。但关于超声加工机床中超声电源的智能化、频率跟踪功能的实现及功率的自动调节等方面和超声振动系统中大功率超声换能器、多频率工作点的换能器等复合换能器的功能模块研究已取得了较大的发展，如何转化这些研究成果推动旋转超声加工机床的研制、完善机床性能仍需努力。国内外旋转超声加工技术的研究现状与相继开发的性能优良的数控旋转超声加工机床其应用也日趋工业化。

综观国内外，超声加工技术在不断完善之中 ，正向着高精度、微细化发展，微细超声加工技术有望成为微电子机械系统技术的有力补充。超声加工技术的发展及其取得的应用成果是可喜的。展望未来，超声加工技术的发展前景是美好的。

【参考文献】

1、左美云，信息系统的开发与管理教程[M]. 清华大学出版社， 20009

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关键词:釉料 长石 深加工

中图分类号:F2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(c)-0119-02

建筑陶瓷行业虽然不是国家的支柱产业,但也是国民经济的重要行业。一个建筑陶瓷生产企业,年生产能力五百多万平方米,耗用陶瓷材料上千万吨。为了保持资源与环境的可持续发展,提高产品的档次和竞争力,就需要标准化的陶瓷原料加工企业。

陶瓷材料深加工项目将为建筑陶瓷企业提供标准化原料,使其产品更加稳定,为建筑陶瓷企业提高产品质量打下坚实基础。因此,项目符合当前发展循环经济及节能减排和可持续发展战略。发展前景广阔,项目建设是非常必要的。

1 市场预测及建设规模

瓷砖作为一种大众装饰材料,已被广泛应用于内外墙及地板的装饰,根据近年来的统计数字,我国各类瓷砖年产量已达65亿平方米,同期,世界瓷砖年产量约为100亿平方米。仅南部工业区,区内有陶瓷砖生产企业几十家,年生产能力一亿多平方米,耗用陶瓷材料几千万吨。根据以上分析不难看出,10万吨陶瓷材料深加工项目仅占市场的1%左右,只要质量稳定,价格合理,提高产量还有相当大的市场空间。

综上所述,根据综合的成本优势,陶瓷原料会有很好的销售前景。

2 生产规模及工艺技术方案

2.1 生产规模

根据目前市场、场地及资金情况初步确定年产陶瓷材料(釉料、长石)10万吨。

2.2 产品方案

(1)产品品种:陶瓷材料(釉料、长石)—— 10万吨。

(2)产品规格:陶瓷原料为各种粉料,细度为200目。

2.3 生产工艺

(1)生产工艺流程。

各种陶瓷原料粉碎配比除铁水洗拣选球磨除铁干燥称量包装成品。

3 节能

本项目消耗的能源有水、电,煤。在工艺方案设备中以采用合理工艺和先进设备为基本方案,这样的生产线除技术先进外,也有良好的节能低耗效果,在制定方案中,注意节能和综合利用,采取一系列措施和技术,在合理利用能源,减少能源消耗的同时,也降低了生产成本,并减少了环境污染。

本项目全部能源消耗折合标准煤年用量871.53t/年。

本项目正常年总产值9000万元,增加值约3256万元,全年能耗折合标准煤约871.53t,经计算,本项目正常年单位总产值能耗指标为0.097吨标准煤/万元总产值,单位工业增加值综合能耗指标为0.68吨标准煤/万元增加值。项目综合能耗指标低于“十一五”单位GDP能耗指标。

3.2 主要节能措施包括

(1)关键性生产设备均采用能耗低,效率高,成品率高的设备,节约电力消耗。

(2)配电室尽量靠近负荷中心,电缆按经济电流密度选用,减少线路损耗。

(3)选用节能型电力变压器和其他节能型电器产品,降低电器损耗。

(4)无功负荷采用低压分散补偿和高压集中补偿相结合的方式提高功率因素,降低损耗。

(5)采用自动化程度很高的电控系统,提高生产机械运行效率,降低能源损耗。

(6)采用先进的计算机控制与管理系统,有助于提高生产管理水平,综合节约能耗。

(7)采用节水器具,尽可能的节约用水,每一个用水环节注意节约用水,最大限度的使用循环水。

4 投资估算

4.1 本项目内容为(釉料、长石)—— 年产10万吨(釉料、长石)深加工项目

本项目投资估算是在工艺方案基础上进行的,包括固定资产投资和流动资金。固定资产投资包括:土地征用费、基建投资、设备投资及其他费用。

4.2 投资分析

本项目投资分析依2010年现行价格估算。

本项目总投资4500万元,其中:土地征用费685万元,占总投资的15.22%;厂房建设费1280万元,占总投资的28.44%;设备投资1450万元,占总投资的32.22%,其他费用60万元,占总投资的1.33%,流动资金1025万元。占总投资的22.78%。

5 效益分析

5.1 生产规模

年产深加工陶瓷原料10万吨。

5.2 成本费用构成

(1)陶瓷原料按开采成本价格加运费计算;动力按电力局公开电价计算;燃料按市场价格计算。

(2)固定资产原值3475万元,折旧期按10年计算,残值按5%年折旧330.1万元。

(3)人员及工资。

该项目定员100人,年人均工资14400元,年工资总额144万元。

(4)管理费用按销售收入的2%计。

贷款利息1000万元,×10%=100万元

5.3 经济效益分析

(1)销售收入。

根据市场行情,市场深加工陶瓷原料价格为:900元/t,则销售收入为10万吨×900元/t=9000万元。

(2)成本核算。

原矿总成本:5100万元。

燃料成本:600万元。

工资:144万元。

生产费用:200万元；合计成本:5804万元。

销售费用:180万元。

管理费用:180万元；合计经营成本:360万元。

销售税金:540万元。

实现利税:9000万元-5804万元-360万元-100万元=2736万元。

实现利润:2736万元-540万元-549万元=1647万元。

5.4 经济评价

(1)投资利润率:1637万元/4500万元×100%=36.38%。

(2)投资利税率:2736万元/4500万元×100%=60.8%。

(3)投资回报年限:4500万元/1647万元=2.73年。

5.5 财务分析小结

综合以上分析,本项目总投资4500万元,年产值9000万元,年利税2736万元,实现利润1647万元,投资回报期3年。因此,本项目有较高的抗风险能力,是可行的。

6 结论

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【关键词】二硼化钛；复合材料；微波烧结；致密性

0 引言

陶瓷在高温条件下仍具有很高的硬度，但是陶瓷的脆性限制了它的应用。为了改善其性能，可采用液态金属铜（Cu）作粘结剂，促使陶瓷的硬质相致密化，从而提高陶瓷的性能。研究发现，随着Cu含量的变化，TiB2颗粒之间的孔隙逐渐被金属相填充，使其致密性、韧性、强度都得到很大的提高。

1 原位合成制备TiB2/Cu陶瓷

通过TiB2基体内部利用元素间或元素与复合相间的化学反应合成强化相。于是将Ti粉、B粉和Cu粉按Ti+2B+xCu―>TiB2+xCu反应方程式进行配料。利用球磨机在无氧条件下球磨样品粉末5h，充分混合后真空干燥。干燥后将粉末放置于压力机中，梯度增压到20MPa，保压5min后取出压片，以同样的方法分别压制3组含铜量为15%、25%和35%的样品压片，经适当的烧结制取TiB2/Cu复合材料。

2 XRD射线测试分析与总结

已知在烧结过程中，Ti、B及Cu可能会发生以下化学反应：

2Ti + O2 = 2TiO

Ti + O2 = TiO2

4Ti + 3O2 = 2Ti2O3

Ti + 2B = TiB2

Ti + B = TiB

为了确定合成产物的反应方向和最终相，对上式反应的反应自由能进行了理论计算。计算后发现在TiB2，TiB及TiCu三种可能产物中，TiB2的反应自由能最低。这说明在Ti-B-Cu体系中，TiB2是在理论上最稳定的相。根据自由能计算参考数据可知，TiCu是可以可按下式和B反应而转变为TiB2。反应式如下：

TiCu + 2B = TiB2 + Cu

通过用XRD射线测试后所得到的衍射峰的强度和衍射峰的数目可以看出，如图1所得到的XRD射线测试的峰值图，图中含有TiB2和Cu，于是可以确定，通过用原位合成的方法能够得到TiB2/Cu复合材料，根据成分配比，TiB2颗粒的体积分数应达到80%左右。这一结果基本满足要求。但同时在样品中也发现有少量TiO、TiO2、CuO、TiB等杂质，可能与烧结过程发生氧化有关。

图1 样品复合材料X射线谱

3 金相显微镜的测试与分析

通过金相显微镜的测试，我们根据3组对照实验可以发现：随着Cu含量的增加，TiB2复合材料的颗粒逐渐变小，空洞也在减少。如图2所示的3组电子扫描的图片。三组对比试验可以发现，金属确实能够改变TiB2陶瓷的致密性。

图2 3组Cu含量为15%（a）、25%（b）、35%（c）的电子扫描的图片

由图2给出的3组分别含Cu15%、25%和35%的TiB2/Cu复合陶瓷的扫描照片。其中，灰色是TiB2相，白色是Cu相，黑色是孔洞。孔洞的存在主要来源于可能是在烧结过程中杂质或单质硼（B）的挥发造成。从图中可以看出，该组织较为致密，仅有少量孔洞。同时从图中可以看出，随着Cu含量的增加，TiB2颗粒的尺寸逐渐减小。可能是随着Cu含量的增加，体系中的液相逐渐增多，抑制了TiB2颗粒的长大，另外随着Cu含量的增加，金属铜填充了陶瓷的空洞。

4 密度的测定与分析

用阿基米德排水法来测量复合材料的密度。利用浸在液体里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力的原理，实现对陶瓷材料密度的测量。利用式F浮=ρ水gV排，分别计算出15%、25%和35%的陶瓷复合材料的密度是6.32g/cm3，6.54g/cm3和7.03g/cm3。根据密度测定可以发现：随着铜质量分数的增加，TiB2复合材料的密度也随之增加。同时，由密度可以得出材料的相对密度，于是根据铜质量分数不同时，材料相对密度的变化。可以看出：随着Cu含量的不断增加，致密度呈逐渐增加趋势，但是增加幅度逐渐变缓。

5 结束语

（1）将Ti粉、B粉和Cu粉按照一定的比例混合，通过原位合成的方法是能够得到一定量的TiB2/Cu陶瓷材料；

（2）在TiB2陶瓷中添加金属（Cu）粘结剂是能够改变陶瓷材料的一些性能包括致密性。

【参考文献】

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