当期目录
  • 用于高超声速飞行器尖锐前缘的碳化铪基超高温陶瓷材料研究进展

    柳平英,苏小丽,刘锡清,汪 涛,展红全
    高超声速飞行器在近地空间长时飞行及大气再入过程中,其尖锐前缘部件需承受极端热-力-化多场耦合环境。碳化铪(HfC)基超高温陶瓷因其超高熔点、低蒸气压及优异的高温化学稳定性,在高超声速飞行器尖锐前缘热防护领域展现出独特优势。本文系统综述了近年来(重点为2025年度)HfC基超高温陶瓷在高超声速飞行器尖锐前缘应用领域的研究进展,按照从简单到复杂的成分体系演化路线,依次涵盖:单相HfC基UHTCs、固溶体改性HfC基UHTCs、HfC-SiC基多相复合UHTCs、HfB2-HfC-SiC多相复合UHTCs以及连续碳纤维增强Cf/HfC-SiC多相复合UHTCs。针对每类体系,重点分析了制备工艺路线、显微结构演化规律、高温力学性能及烧蚀防护机制,并阐明了成分设计、结构构型与界面调控对材料在超高温高焓气流环境下服役性能的影响规律。本综述旨在为新一代高超声速飞行器尖锐前缘热防护系统的材料选择与结构设计提供参考依据。
  • 氧传感器YSZ电解质抗热震性研究现状及趋势

    孟娜滢,苟柔佳,曹剑武
    在“碳达峰”与“碳中和”战略目标驱动下,汽车尾气减排至关重要。氧传感器是尾气控制系统的核心,其性能直接影响燃烧效率和尾气排放,但在高温和热冲击下易导致电解质材料性能衰变与使用寿命受限。氧化钇稳定氧化锆(Yttria-Stabilized Zirconia, YSZ)基电解质作为氧传感器的主流材料,阐明热震载荷下微观结构演变与宏观性能劣化的关联规律,对于构建“微观结构-力学性能-电学性能”多尺度耦合模型、延长服役寿命具有重要的科学意义。本文系统综述了氧传感器的分类及其原理、氧化锆特性、YSZ抗热震性能影响因素、抗热震性优化及制备工艺的进展。目前对于提升YSZ电解质抗热震性能的研究已在材料改性与制备工艺创新上取得显著突破,但针对实际服役工况的系统性研究仍显不足,本文通过对以往研究的系统分析及总结,为搭建“微观结构-力学性能-电学性能”之间的耦合关系提供新思路。
  • 钼基陶瓷材料物相体系、制备工艺及性能调控研究进展

    刘振华,弋社峰,孟权印,姬 帅
    钼基陶瓷材料因其优异的性能,在储能、光电探测、电催化、生物传感等领域广泛应用,成为当前高温与微纳功能材料的核心研究对象。本文系统总结了钼硼化物、三氧化钼、二硫化钼三种钼基陶瓷的晶体结构、常用的制备工艺和应用领域,同时还对比了高温高压、选择性刻蚀、水热法、CVD、PVD等合成路线的优劣,此外还介绍了各体系中存在的技术难题:MBene的铝层刻蚀工艺不成熟、规模化生产困难,性能研究多存在于理论模拟,缺乏实验验证;MoO3氧空位生成与动态演化机制还不明确,现有的表征手段无法区分体相和表面缺陷,高浓度氧空位容易引发晶格畸变、变色响应速率偏低;MoS2的载流子迁移率、带隙性能逊于硅基材料,小尺寸器件存在电学和应变缺陷,层间晶格失配、纳米片生物毒性等问题。最后,针对上述问题,本文提出解决思路,为后续钼基陶瓷缺陷工程、异质结构构筑与原位表征技术开发提供参考。
  • 高韧性ZTA复相陶瓷组成、结构、性能及应用进展

    周志军,于 欢,肖卓豪,申自强,杨光远,王希萌,孔令兵,董志力
    ZTA复相陶瓷通过在氧化铝基体中引入氧化锆增韧相,实现了硬度与韧性的协同提升,成为结构陶瓷领域的研究热点。本文围绕ZTA陶瓷的组成设计及结构-性能关系,综述了稳定剂体系、第三相引入及相关制备与烧结工艺对显微结构演化和综合性能的影响,重点讨论了原位生成增强相、硬质颗粒、高长径比增强相和二维片层增强相对强韧化行为的影响。本文可为高性能ZTA陶瓷的组成优化、组织调控与应用设计提供参考。
  • 基于IncoPat专利数据库的碳化硅陶瓷技术创新分析

    余 峰,卢剑茹,陈 婧,程 磊,万 萍,杨莉莎
    本文通过IncoPat专利数据库检索,对1960~2025年全球及中国碳化硅陶瓷技术的专利情况进行了对比分析,并对中国碳化硅陶瓷在半导体、复合材料、环保化工应用等方面的专利技术发展进行了深入分析。研究表明,全球碳化硅陶瓷技术已进入快速扩张期,专利数量呈现爆发式增长,形成以半导体器件(H01L)和晶体生长(C30B)为双核心的技术体系。中国、日本和美国构成全球专利布局的第一梯队,呈现出“日本控上游、中国强中游、欧美布体系”的差异化竞争格局。从中国发展来看,碳化硅陶瓷专利数量持续快速增长,总数量已跃居全球首位,已然形成了以企业为创新主体、学研机构协同参与的发展模式,但在高价值专利数量、产业链覆盖范围、区域技术均衡发展、产学研协同等方面与国外相比还存在一定的短板。基于上述分析,本文从推动专利质量提升、优化全链条技术布局、促进区域协同创新、强化产学研融合机制等方面,为中国碳化硅陶瓷产业实现从技术追随到局部领先的战略转型提出了对策建议。
  • MgCO<sub>3</sub>/C-N-TiO<sub>2</sub>材料的制备及其光解水析氢性能研究

    赵学国,王艳香,李家科
    氧化钛材料较宽的能隙限制了其实际应用,尽管N掺杂可以提高氧化钛光催化性能,但是N掺杂位置及掺杂浓度对氧化钛光解水析氢性能的影响还需进一步研究。为此,采用溶剂热辅助热处理法合成出取代型高N掺杂量的MgCO3/C-N-TiO2光催化剂材料。结果表明,C、N元素分别以间隙和取代方式进入氧化钛晶格,显著窄化TiO2禁带宽度,MgCO3颗粒高度分散在TiO2颗粒表面,促进了光生载流子的分离。在300 W氙灯照射下,3 wt.% MgCO3/C-N-TiO2光解水析氢速率可稳定在3000 µmol·g−1·h−1。
  • 基于多功能分子表面改性的高效稳定钙钛矿太阳能电池研究

    王璐璐,王玲玲,楚倩倩,姚 颖,白存荣,韩 飞,冯 力
    钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cell, PSC)因其优异的光电性能和低制造成本成为光伏领域的研究焦点。然而,钙钛矿材料表面缺陷导致的载流子非辐射复合严重制约了其效率与稳定性的进一步提升。因此,本文采用联苯-4-甲腈分子(BP-4-CN)对钙钛矿薄膜进行表面改性。BP-4-CN分子中的氰基(-C≡N)与钙钛矿表面未配位的Pb2+缺陷形成强配位键,实现化学钝化;同时,-C≡N具有高电负性,能够与钙钛矿结构中的碘离子(I–)发生相互作用,有效抑制碘离子的迁移并提升薄膜的稳定性。联苯基团的π-π共轭效应有助于界面接触的改善,促进电荷高效提取和传输,同时其共轭结构的疏水性能够有效地阻挡水分向钙钛矿薄膜内部渗透。因此,经BP-4-CN表面改性后,钙钛矿薄膜的缺陷态密度显著降低,载流子平均寿命延长,非辐射复合得到有效抑制。制备的碳基PSC器件(未封装)的光电转换效率(Power Conversion Efficiency, PCE)从17.18%(对照器件)提升至19.04%(BP-4-CN改性器件),其中开路电压(Voc)和填充因子(FF)得到同步优化。此外,改性器件在相对空气湿度30%、25 ℃的条件下表现出优异的稳定性,其PCE在1000 h内能够稳定保持在初始值80%以上。这项工作为通过多功能分子工程设计实现钙钛矿缺陷钝化与界面稳定性协同提升提供了有效策略。
  • Sn、Si掺杂V<sub>2</sub>AlC陶瓷的制备与刻蚀研究

    胡坤煌,廖振同,闫转龙,陈玉滢,邓玉宵,严 明
    V2AlC MAX相刻蚀得到的V2CTx MXene存在片层易堆叠、层间距有限的问题,制约了其倍率性能与循环稳定性,通过A位掺杂可有效调控其层间结构,改善材料性能。本研究以V、Al、C、Sn、Si粉末为原料,采用无压烧结法在1400 ℃保温2 h制备了V2AlC MAX相及V2(Al1−xSnx)C、V2(Al1−xSix)C固溶体,并采用湿法刻蚀系统探究了Sn、Si掺杂对MAX相刻蚀行为的影响。研究表明,Sn、Si在A位最佳固溶量均为0.2,过量掺杂使产物纯度下降。对V2(AlSn0.2)C和V2(AlSi0.2)C分别使用22.4 mol·L–1 HF和HCl/HF在60 ℃下刻蚀5 d可实现Al层的高效剥离,得到结构较完整的MXene片层。与V2CTx相比,Sn、Si掺杂均能扩大MXene层间距并提升比表面积。本研究揭示了Sn、Si在V2AlC A位的掺杂对MAX相合成、刻蚀行为及MXene层间结构的调控规律,为高性能MXene基锂电负极的开发提供一定的理论基础与实验依据。
  • Y无压烧结ZrC-YSZ复合陶瓷宽频吸波性能研究

    李 帅,谢鹏远,贾瑜军
    本研究采用无压烧结工艺制备了ZrC-YSZ复合陶瓷,系统研究了ZrC含量和烧结温度对材料微观结构、介电性能及吸波性能的影响。结果表明,烧结后的复合陶瓷介电常数随ZrC含量的增加而增加,当ZrC质量分数为30%时,ZrC在YSZ基体中形成完善的导电网络,同时材料具有适中的孔隙率,复合陶瓷在8 GHz~18 GHz的宽频范围内表现出优异的宽频吸波性能:1400 ℃烧结的陶瓷,在1.5 mm厚度下有效吸收带宽(EAB)最大,为9.55 GHz,覆盖8 GHz~18 GHz绝大部分频段;烧结温度提升至1500 ℃时,在相同厚度下EAB为8.6 GHz,覆盖整个X波段,RLmin为−49.3 dB (11.07 GHz处),表明ZrC-YSZ复合陶瓷在低厚度下具有优异的宽频电磁波(EMW)吸收性能。
  • Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>稳定MgO-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>助烧氧化铪陶瓷的微观结构与力学性能

    韩校宇,刘 奇,薄新维,王小宇,潘时龙,吴 健, 姚志远,何浩然,李 睿,张景辉
    航空、航天、核电等高端装备领域的快速发展,对超高温陶瓷材料的综合性能、复合化水平及精密制造工艺提出了更高要求。氧化铪(HfO2)作为极具潜力的超高温陶瓷候选材料,其相稳定性差、烧结致密化程度低、晶界结构难以调控等问题成为其工程应用的关键瓶颈。采用固相烧结法制备氧化钇稳定氧化铪(YSH)陶瓷,并引入MgO与Al2O3作为助烧剂。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜能谱分析(EDS)及电子探针(EPMA)系统研究了YSH陶瓷的微观结构演变规律与相稳定机制;借助金相显微镜(MM)、维氏硬度计(HV)和电子万能试验机(UTM)测试陶瓷样品的孔隙率、显微硬度、抗压强度及三点弯曲强度(常温、1500 ℃)。研究揭示了Y2O3掺杂量与助烧剂类型对氧化铪陶瓷致密化行为和力学性能的调控规律。结果表明,Y3+通过取代Hf4+引起晶格畸变,随Y2O3掺杂量增加,氧化铪晶相由单斜相向立方相逐步转变,当掺杂量达到8 mol%及以上时,可实现氧化铪陶瓷的完全立方相稳定化。8YSH+Mg陶瓷的孔隙率低至2.90%,较纯氧化铪陶瓷下降68.9%,其抗压强度、常温弯曲强度、高温弯曲强度(1500 ℃)、维氏硬度分别为:499.92 MPa、176.74 MPa、133.76 MPa、728.21 HV,较纯HfO2陶瓷分别提升6.52倍、1.8倍、1.98倍、32.4%,展现出优异的综合力学性能。
  • 碳化硅(111)晶面与金刚石复合材料界面的第一性原理计算

    强晨飞,孙 昊,富露祥,金 鹏
    采用透射电子显微镜(TEM)表征与第一性原理计算相结合的方法,研究了金刚石/碳化硅(111)界面的结构特征与结合机制。TEM结果表明,反应烧结制备的多孔复合材料中,金刚石与碳化硅之间形成了原子级清晰且致密的界面结构,界面处未观察到明显非晶层或孔洞缺陷。基于实验观测到的界面特征,构建了不同终止端的金刚石/碳化硅(111)界面模型,并计算了界面黏附功及电子结构。结果表明,C终止界面的热力学稳定性更强,其界面黏附功高达5.75 J·m−2,明显高于Si终止界面的5.18 J·m−2。电子结构分析进一步表明,C终止界面通过稳定的C–C共价键实现结合,界面悬挂键态较少,有利于形成稳定界面结构。第一性原理计算结果从原子尺度上解释了实验中观察到的优先界面结合行为。本研究可为金刚石/碳化硅复合材料界面优化及其在高性能热管理材料中的应用提供理论依据。
  • 低温高强SiO<sub>2</sub>-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-R<sub>2</sub>O陶瓷结合剂的成分优化、微观结构与性能研究

    闫帅将,李爱国,聂孟杰,管可可,李 鑫,龙伟民
    以SiO2-Al2O3-B2O3-R2O(Li2O-Na2O)体系陶瓷结合剂为研究对象,探究不同组分含量对结合剂微观组织和性能的影响。通过XRD、SEM、维氏硬度、三点弯曲试验等手段,系统研究了结合剂的微观组织、耐火度、流动性及力学性能。结果表明,55SiO2-20Al2O3-10B2O3-7Li2​O-8Na2O(A-3)结合剂在840 ℃/2 h烧结后抗弯强度达到最高,达134.4 MPa,优于文献报道值。55SiO2-10Al2O3-20B2O3-7Li2O-8Na2O(A-2)结合剂具有最低的耐火度,经660 ℃/2 h烧结后仍具有67.1 MPa的抗弯强度,适合用于要求低耐火度的情况。B2O3含量的升高显著降低了陶瓷结合剂的耐火度并提高了流动性,Al2O3含量的增加有助于提高结合剂的强度与耐火度。所制备的陶瓷结合剂与刚玉磨料结合良好,磨粒磨损试验结果表明结合剂优先磨损脱落,磨料棱角逐渐圆润。本研究可为低温高强陶瓷结合剂的成分设计与应用提供参考。
  • 喷雾干燥法制备球形氮化硅粉体及其黏结剂喷射成形

    姜佳伟,张丽娟,温广武,侯永昭,张忠亚,仲 诚
    本文以亚微米氮化硅粉体为原料,采用喷雾干燥法制备高流动性的氮化硅球形粉体,并应用于黏结剂喷射成形打印。通过改变分散剂种类和含量调控了喷雾用料浆的黏度,分析不同黏结剂对氮化硅粉体粒径、形貌和流动性的影响。研究发现,采用极少量阴离子型聚羧酸铵盐4705用作分散剂(0.4 wt.%),可大幅降低氮化硅料浆黏度(50 wt.%固含量时黏度约为90 mPa·s)。采用聚乙烯醇2488作为黏结剂,球形氮化硅粉体休止角降至43.6°,经过分级、热处理后休止角降至34.9°,成功应用于黏结剂喷射成形打印。
  • 古瓷器热释光前剂量测年中不同β辐照源响应差异的对比研究

    李锦伟,龙登闯,孙一诺,吴 琳,唐 敏
    为探讨不同β辐照源对古代瓷器热释光前剂量测定结果的影响,选取两件具有明确时代背景的景德镇古瓷器样品,分别在以90Sr和14C为β辐照源的测试体系中开展热释光前剂量测定,对两种体系下获得的古剂量及年龄换算结果进行比较,并分析其差异来源及方法学意义。结果表明,90Sr源体系与14C源体系均能够获得可计算的前剂量结果,两件样品在两种体系下均表现出较明确的110 ℃峰前剂量响应特征,所得年龄值在误差范围内总体一致,说明14C源用于古代瓷器热释光前剂量测定是可行的。相较而言,14C源体系下结果离散性略大,年龄值整体略偏年轻。结合石英110 ℃热释光峰寿命较短、随时间衰减显著的特征分析,这种差异可能与14C源剂量率较低、达到相同试验剂量和标定剂量所需辐照时间更长有关。较长辐照时间可能使部分与前剂量敏化相关的响应在建立过程中发生衰减,从而影响古剂量求取结果。同时,样品胎体组成及残余石英响应基础差异可能进一步影响14C源体系下的结果稳定性。尽管如此,14C源体系所得结果仍可满足古代瓷器真伪鉴定的实际需要。与90Sr源相比,14C源半衰期长、剂量率稳定、维护成本较低,且常规测试条件下辐射防护要求较低,具有一定的应用优势。对于高精度年龄测定,今后仍需结合石英110 ℃峰的时间衰减规律开展更深入研究,并进行必要的时间衰减修正。
  • 陶瓷基纳米流体强化BIPV/T-PCM系统传热特性与㶲性能分析

    杨鹏举,曾聪超,姚 山,孙 健
    为解决光伏电池工作温度升高引发的光电转换效率衰减及建筑一体化应用中热管理难题,文中构建了面向太阳能建筑一体化(BIPV/T)的PV/T-PCM三维复合系统,集成石蜡基相变材料、仿生结构肋片与蛇形冷却管,并引入陶瓷基纳米流体主动冷却技术。以纯水为对照组,系统探究了Al2O3/H2O、SiC/H2O、Ag-rGO/H2O三种陶瓷基纳米流体对系统传热特性、热电性能及综合能效的影响规律。研究结果表明:陶瓷基纳米流体凭借更高的有效导热系数,其各项性能参数均优于纯水,其中Ag-rGO/H2O冷却效果最好,当流速从0.01 m·s−1增至0.1 m·s−1时,PV平均温度最大降幅可达14 K;在0.1 m·s−1工况下,PV平均温度仅约314 K(41 ℃),系统总效率对比纯水提升了6.2%,㶲效率提升1%。研究为BIPV/T-PCM系统的冷却工质选型、性能参数优化提供了可靠的理论参考,对推动太阳能建筑一体化技术的工程应用具有重要意义。
  • 碳化硅陶瓷超声辅助加工复合振动系统设计

    徐 可,徐祖权,卜繁强,吴宇福,王兴国, 李晓高,张国勤,汤国兴
    为解决碳化硅陶瓷难加工、刀具磨损量大等问题,设计了一种适用于陶瓷脆性材料的超声辅助加工复合振动系统,优化了纵扭换能器结构及动态响应参数。利用ANSYS软件仿真分析了螺旋槽结构对纵扭换能器振幅的影响规律,研究了温度、电压和螺栓预紧力与纵扭换能器性能参数的关系,结果表明:随着温度的升高,换能器的谐振频率和动态电感降低,静态电容和动态电容增大,动态电阻会先增大后降低。换能器工作时温升的幅度由高到低的顺序是后盖板、压电陶瓷片部分和前盖板。随着预紧力的增加,换能器的静态电容、动态电容和谐振频率增大,动态电感和动态电阻降低。超声加工工具的谐振频率为21634 Hz,与仿真值相差较小,纵振振幅约为7.8 μm,扭振振幅约为2.4 μm,扭纵比为0.3。同时,超声加工工具的纵振振幅和扭振振幅会随着电压的增大而增大。
  • 物理信息驱动莫来石纤维增强多孔氧化铝陶瓷性能预测与设计

    ​张沁沁,徐文霞,于宝成,梁 峰,艾玉明,陈国军
    针对莫来石纤维增强多孔氧化铝陶瓷“高承载-低导热”协同优化难题,本研究构建了“预测—解析—逆向设计”机器学习闭环框架。在选出LightGBM作为基准预测模型之后,将Ryshkewitch、Loeb等物理方程结果作为增强特征显式嵌入。构建的PIML-LightGBM模型有效抑制了非物理性振荡,耐压强度和热导率预测精度分别提高至R2≈0.95、R2≈0.97,实现较高精度与物理自洽性的统一。依托SHAP分析定量解耦了造孔剂主导、温度调控、纤维优化的特征影响层级。以此为代理模型耦合差分进化(DE)算法进行逆向设计,分别得到了最大孔隙率(91.44%)、最高耐压强度(9.30 MPa)与极低热导率(0.070 W·m−1·K−1)极限配方,并对最高耐压强度与最低热导率配方进行实验验证。本研究有效降低了小样本过拟合风险,也为多孔氧化铝陶瓷的定向设计提供了科学工具。
  • ​醴陵釉下五彩瓷的装饰语言创新变革研究

    邹 幸,余莺姿
    醴陵釉下五彩瓷,在陶瓷史上首次实现了高温釉下多彩装饰的创新。其表现语言体系经百余年演进,已形成独特的艺术范式。作为新时代传承者,既要坚守醴陵釉下五彩瓷本质特征,又要推动釉下五彩瓷艺术语言的创新发展。本研究通过文献考证与创作实践融合等研究方法,从构成其表现语言的工艺技法、审美意趣、文化语境三大维度切入,剖析当代醴陵釉下五彩瓷表现语言突破性发展的桎梏,探索釉下五彩瓷装饰艺术语言创新变革方式,旨在为醴陵釉下五彩瓷的传承发展提供理论分析与实践价值的转化策略,进而推动醴陵釉下五彩瓷在新时代文化生态中的创造性转化与创新性发展,也为其他传统工艺的转型和发展提供经验。
  • 宋元青白瓷外销路径与跨文化交流研究

    李 清,黄 胜
    宋元时期,青白瓷作为大宗外销商品,其流通路径与跨文化交流构成了早期全球化贸易网络的重要一环。本文在系统梳理水下考古、窑址发掘与文献记载的基础上,突破“景德镇中心论”,揭示青白瓷外销呈现“景德镇高端精品”与“东南沿海窑场大众化产品”并行的二元结构:前者以精细胎釉与刻花工艺确立审美标杆,后者通过器型定制与规模化生产主导东南亚等地的大众市场。研究表明,青白瓷外销并非单向的商品输出,而是伴随器型本土化、功能转换与技术传播的复合过程。德化、潮州等沿海窑场通过定制化生产积极融入当地的日常生活,并以商品为媒介传播制瓷技艺,刺激当地窑业革新,形成“输出—适应—再造—反馈”的动态机制。青白瓷的外销体现了多主体参与、海陆网络支撑与双向互动的物质文化交流,为理解宋元时期跨文化机制与区域互联提供了可验证的史例。
  • 康熙、雍正时期粉彩工艺文化研究

    余 彪,邢 鹏
    康熙、雍正时期的粉彩工艺是特定历史情境下出现的新型彩绘技法。通过对粉彩工艺产生背景、技术应用特征、器物功用和工艺传统等四个方面的研究,以及对粉彩工艺传统形成的原因分析,表明了粉彩工艺在发展初期所呈现的文化象征性,并且明确指出,只有通过工匠的生产与劳作,作为经验与智慧的技术才能不断积累直至成熟;工匠只有在工艺传统的不断传承中,才能提升自身的技艺,并在粉彩工艺文化传统形成和发展中发挥自身的作用。最终,使粉彩艺术在发展中呈现活力。
  • 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。