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结构陶瓷——承载人类文明的基石

无机材料学报 2024年第6期39卷 569-570页

作者：董绍明王京阳倪德伟中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院金属研究所沈阳110016

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同... 详细信息

陶瓷,作为人类文明史上具有里程碑意义的人工合成材料,不仅承载着中华民族的骄傲,更是中华民族智慧和创新精神的集中体现。经过数千年的沉淀与演化,陶瓷已发展成为一个博大精深、丰富多彩的材料体系。传统陶瓷与先进陶瓷交相辉映,共同构筑起人类文明的物质基石。其中,先进结构陶瓷更是以其耐高温、抗腐蚀以及优异的力学性能等特性.

关键词：结构陶瓷先进陶瓷人工合成材料传统陶瓷力学性能抗腐蚀创新精神耐高温

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高熵碳化物超高温陶瓷的研究进展及展望

无机材料学报 2024年

作者：蔡飞燕倪德伟董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷及复合材料工程研究中心国科大杭州高等研究院中国科学院大学中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室

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。高熵碳化物陶瓷（HECs）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... 详细信息

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。高熵碳化物陶瓷（HECs）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在综合性能上有所提升，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

YbSiO改性SiC/SiC复合材料氧化行为研究(英文)

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无机材料学报 2024年

作者：穆爽马沁张禹沈旭杨金山董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室中国科学院大学材料与光电研究中心

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC复合材料)具有低密度、耐高温、高强度等优异性能，在热端部件结构材料领域具有广泛应用前景。本研究通过溶胶-凝胶法在SiC纤维束内引入Yb2Si2O7抗氧化相，并结合化学气相沉积法沉积SiC基体... 详细信息

碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC复合材料)具有低密度、耐高温、高强度等优异性能，在热端部件结构材料领域具有广泛应用前景。本研究通过溶胶-凝胶法在SiC纤维束内引入Yb2Si2O7抗氧化相，并结合化学气相沉积法沉积SiC基体，制备了Yb2Si2O7改性SiC/SiC复合材料(SiC/SiC-Yb2Si2O7复合材料)，讨论了Yb2Si2O7对SiC/SiC复合材料微观结构、力学及氧化性能的影响。结果表明，SiC/SiC复合材料经过1200 °C和1400 °C静态空气氧化50 h后的强度保持率分别为77%和70%，拉伸断口处观察到纤维基体平齐断裂。而溶胶-凝胶法引入的Yb2Si2O7在基体中部分呈层状分布，层状Yb2Si2O7相有利于材料的增韧，拉伸断口会出现层间脱黏现象，扩展了SiC/SiC复合材料能量耗散机制。SiC/SiC-Yb2Si2O7复合材料的室温拉伸强度为484 MPa，在1200 °C和1400 °C静态空气中氧化50 h后的剩余强度分别为425 MPa和374 MPa，强度保留率分别为88%和77%，仍表现出典型的非脆性断裂特征。而EDS结果显示， SiC/SiC复合材料断口处界面氧含量大于SiC/SiC-Yb2Si2O7复合材料，说明引入Yb2Si2O7缓解了氧向界面内的扩散，改善了SiC/SiC复合材料的抗氧化性能。

关键词： SiC/SiC复合材料基体改性 Yb Si O 氧化行为

流延成型结合反应熔渗制备ZrB-SiC陶瓷及其微观结构与氧化行为研究(英文)

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无机材料学报 2024年

作者：谭敏陈小武杨金山张翔宇阚艳梅周海军薛玉冬董绍明中国科学院大学材料与光电研究中心中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超精密微结构国家重点实验室

ZrB2基陶瓷通常需要在高温高压条件下才能烧结致密，而利用反应熔渗Si的方式可在1500 ℃制得ZrB2-SiC致密陶瓷。相较于常规制备方法，反应制备法更容易获得晶粒细小、成分均匀的超高温陶瓷相。本研究以ZrSi2、B4C和C为原料，通过流延成... 详细信息

ZrB2基陶瓷通常需要在高温高压条件下才能烧结致密，而利用反应熔渗Si的方式可在1500 ℃制得ZrB2-SiC致密陶瓷。相较于常规制备方法，反应制备法更容易获得晶粒细小、成分均匀的超高温陶瓷相。本研究以ZrSi2、B4C和C为原料，通过流延成型结合反应熔渗制备ZrB2-SiC陶瓷(简称ZBC陶瓷)。此外，还以ZrB2和SiC为原料，通过相同的工艺制备了一组ZrB2-SiC陶瓷(简称ZS陶瓷)作为对比样品。对两组陶瓷的微观形貌进行表征，发现ZBC陶瓷中ZrB2相的颗粒尺寸较小且弥散分布在陶瓷中，而ZS陶瓷中ZrB2相的颗粒尺寸较大。在1600 ℃的空气环境中对两组陶瓷进行循环氧化测试，总共循环氧化5次，每次2 h。对两者氧化行为进行分析，发现ZBC陶瓷与ZS陶瓷在氧化过程中表面都会形成玻璃态SiO2-ZrO2氧化层，起到阻隔氧气的作用。不同点在于ZBC陶瓷中ZrO2弥散分布在SiO2中，而ZS陶瓷是大尺寸的ZrO2与玻璃态SiO2共存。在降温过程中，弥散分布的ZrO2能够提高玻璃态SiO2黏度，抑制其结晶，所以ZBC陶瓷的表面氧化层能够保持致密的结构；而ZS陶瓷的氧化层中SiO2大量结晶并与ZrO2共晶反应产生ZrSiO4，由于热应力导致氧化层开裂，使其阻隔作用大大减弱。对两者抗氧化性能进行分析，发现ZBC陶瓷的氧化层厚度变化与质量增加均小于ZS陶瓷，表明ZBC陶瓷的抗氧化性能优于ZS陶瓷。

关键词：超高温陶瓷 ZrB -SiC 氧化行为反应熔渗

连续碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料在先进核能领域的发展研究

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中国工程科学 2024年第3期26卷 53-62页

作者：罗瀚陈博文黄鹤飞王苍龙姜志忠周海山陈向阳王晓敏张瑞谦董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899 中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院近代物理研究所兰州730000 中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所合肥230031 上海核工程研究设计院股份有限公司上海200233 中国核动力研究设计院成都610213

先进核能系统的发展对核材料在多场耦合极端环境中的服役稳定性提出了更高要求。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高温力学性能优异、抗腐蚀、耐辐照等优点,且在外力作用下呈现“假塑性”断裂行为,被视为... 详细信息

先进核能系统的发展对核材料在多场耦合极端环境中的服役稳定性提出了更高要求。连续碳化硅纤维增强碳化硅(SiCf/SiC)陶瓷基复合材料具有低密度、高温力学性能优异、抗腐蚀、耐辐照等优点,且在外力作用下呈现“假塑性”断裂行为,被视为先进核能系统中极具应用前景的新型结构材料。本文首先从材料级、构件级、服役性能三个层面系统总结了核用SiCf/SiC复合材料的基础研究体系,分析了美国、法国、日本等传统核电强国,其他新兴核电国家和我国在核用SiCf/SiC复合材料领域的发展趋势,梳理了我国核用SiCf/SiC复合材料在原材料、数据积累和专利标准等方面存在的问题与发展面临的挑战,针对性地提出了相关措施与建议,包括加强材料制备技术研发、发展研发新范式、强化“产学研用”合作关系、在坚持以我为主的基础上加强国际交流等,以期为我国核用SiCf/SiC复合材料领域的研究方向及决策制定提供参考。

关键词：先进核能系统用材 SiCf/SiC复合材料材料设计服役性能

透明AlON陶瓷凝胶浇注成型及其无压烧结制备

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无机材料学报 2023年第2期38卷 193-198页

作者：靳喜海董满江阚艳梅梁波董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室秦皇岛066004

透明AlON具有优异的光学和力学性能,应用前景广阔。但材料制备成本高昂,限制了其应用发展。为解决上述问题,本研究以透明AlON的凝胶浇注成型与无压烧结制备为核心目标,就AlON细粉的低温合成及其抗水化处理展开重点研究。研究发现以有机... 详细信息

透明AlON具有优异的光学和力学性能,应用前景广阔。但材料制备成本高昂,限制了其应用发展。为解决上述问题,本研究以透明AlON的凝胶浇注成型与无压烧结制备为核心目标,就AlON细粉的低温合成及其抗水化处理展开重点研究。研究发现以有机聚合物包覆AlN/Al_(2)O_(3)为原料,通过高温碳热–氮化工艺合成AlON,可有效降低AlON的合成温度,在1700℃即可合成近乎纯相的AlON粉体。所得粉体颗粒尺寸细小,在亚微米级。通过对上述粉体进行聚氨酯包覆表面抗水化处理,可大幅度提升其抗水化性能。即使历经长达72 h水中静置,也不发生明显的水解。以此为基础,通过凝胶浇注成型结合生坯的冷等静压后处理在1820~1850℃成功实现了透明AlON陶瓷的无压烧结制备。材料力学和光学性能优异,其中1850℃烧结试样在紫外–中红外波段直线透过率达到83.1%~86.2%,三点抗弯强度达到310 MPa。

关键词：透明陶瓷 AlON 粉体合成抗水化处理凝胶浇注无压烧结

低温反应熔渗工艺制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能研究

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无机材料学报 2023年第10期38卷 1223-1229页

作者：孙小凡陈小武靳喜海阚艳梅胡建宝董绍明中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

AlN-SiC复相陶瓷力学性能好、导热性与抗高温氧化性能优异,作为纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料具有良好的应用前景。本研究以Si-Al合金为熔渗介质,多孔C-Si_(3)N_(4)为熔渗预制体,对低温反应熔渗制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能展开研... 详细信息

AlN-SiC复相陶瓷力学性能好、导热性与抗高温氧化性能优异,作为纤维增强陶瓷基复合材料的基体材料具有良好的应用前景。本研究以Si-Al合金为熔渗介质,多孔C-Si_(3)N_(4)为熔渗预制体,对低温反应熔渗制备AlN-SiC复相陶瓷及其性能展开研究。研究发现Si-Al合金形态对反应熔渗过程存在着重要的影响:以Si-Al合金粉末作为熔渗介质时,反应熔渗过程中在Si-Al/C-Si_(3)N_(4)界面处将原位形成一层致密的Al–O阻挡层,从而严重阻碍Si-Al熔体向C-Si_(3)N_(4)预制体内部的渗透,使反应熔渗过程难以进行;以Si-Al合金锭作为熔渗介质时,Si-Al熔体可以深入渗透到多孔C-Si_(3)N_(4)预制体内部,并通过进一步反应,原位形成致密的AlN-SiC复相陶瓷。材料性能测试表明,所得材料的力学和热学性能与其内部残余硅含量关系密切。随着残余硅含量降低,材料强度明显提升,而热导率有所下降。含质量分数4%残余硅的AlN-SiC复相陶瓷,抗弯强度达到320.1 MPa,热导率达26.3 W·m^(–1)·K^(–1),材料的强度几乎与传统反应烧结SiC陶瓷相当,并深入探讨了出现上述现象的本质原因。本研究对低温熔渗工艺制备SiCf/AlN-SiC复合材料具有重要的指导意义。

关键词：反应熔渗(RMI) AlN-SiC 机械性能热导率

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纤维增强陶瓷基复合材料研究进展

高科技与产业化 2023年第8期29卷 16-19页

作者：董绍明中国科学院上海硅酸盐所中国工程院世界陶瓷科学院上海硅酸盐研究所学术委员会

今年7月8日,被视为我国新材料界学术水平最高、涉及领域最广、前沿动态最新的学术大会—“中国材料大会2022~2023”在深圳国际会展中心拉开帷幕,众多材料领域院士、专家、学者和企业代表参会,为材料领域的创新发展建言献策。以下是中国... 详细信息

今年7月8日,被视为我国新材料界学术水平最高、涉及领域最广、前沿动态最新的学术大会—“中国材料大会2022~2023”在深圳国际会展中心拉开帷幕,众多材料领域院士、专家、学者和企业代表参会,为材料领域的创新发展建言献策。以下是中国工程院院士董绍明在会上的主题发言(节选)。

关键词：中国工程院院士前沿动态材料界国际会展中心建言献策学术水平

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水利安全生产标准化建设实践探讨

门窗 2023年第4期 187-189页

作者：董绍明阳谷县水利局

近几年来,在科学技术方面和社会经济发展方面,我国都取得了一定的成就,提高了各个行业的生产工作效率,但是也相应提高了安全生产工作的难度系数。在企业中,建立健全的安全制度体系和安全操作流程已经是十分关键的工作内容。水利工程对... 详细信息

近几年来,在科学技术方面和社会经济发展方面,我国都取得了一定的成就,提高了各个行业的生产工作效率,但是也相应提高了安全生产工作的难度系数。在企业中,建立健全的安全制度体系和安全操作流程已经是十分关键的工作内容。水利工程对于社会发展起着十分重要的作用,做好水利安全生产标准化建设,能够推动水利行业维稳发展,从而维护社会稳定。基于此,笔者针对于水利安全生产标准化建设实践进行了深入分析与探讨,以此为相关学者以及从业人员提供有价值的参考依据。

关键词：水利安全生产标准化实践