硅材料精编4篇

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硅材料1

1临界磨削深度建模

硬脆材料微磨削表面形成机理图1所示为平面磨削时的磨削区几何模型，砂轮当量直径为ds，ap为磨削深度，vs为砂轮线速度，工件进给速度为υw，s为转过相邻切刃间隔时间内的工件平移量。单个磨粒的切削过程轨迹可视为摆线F’B’CA’，h为未变形切屑厚度。角θ与θ’分别为两个坐标系OBA与O’B’A’下的摆角，角ζ为角θ的余角，此时未变形切屑厚度h可由式(1)得出[1]。在微尺度下，磨削过程中的材料去除模型势必要考虑大磨具切深比、微尺度的尺寸效应的影响。综合以上因素后，本文作者在之前文章中提出了微磨削平面磨削的未变形切屑厚度hm理论模型如式。本文所讨论的加工方法为图2所示的单晶硅微磨削槽磨加工。直径小于1mm的微磨棒在单晶硅片表面进行微尺度名义尺寸的加工，通过控制加工参数，达到获得高精度高表面质量的微尺度特征的目的。其中，当微磨棒表面磨粒进行槽磨加工时，不同于式(2)所示的平面微磨削的圆弧接触区，槽磨时的接触区为半圆周。其中未变形切屑厚度模型如图3所示。其中AB’为单个磨粒在微磨棒完成单位进给量磨削时的实际轨迹，λ为圆周方向的有效磨粒数。此时，槽磨未变形切屑厚度hm应为式其中，本文所采用的微磨具为电镀金刚石微磨棒，其磨粒间距L经标定后约为15μm。

微尺度单晶硅材料特性分析图4为单晶硅的立方晶格结构，其中圆圈代表硅原子，实线代表每个原子间的结合，其中每个原子间距相等即晶格常数a为。本文认为，由图可知当磨削进入微尺度时势必出现单个磨粒的切刃在晶格间切削或进入晶格内部切削两种情况。其中，当未变形切屑厚度hm大于a，切削发生在晶格之间时，晶格破坏应多为晶间断裂，破坏力如式(4)所示，即通用的塑性材料剪切断裂准则Johnson-Cook模型，其中表1为单晶硅的Johnson-Cook模型参数。本文认为此时晶格破坏应多为晶内破坏，破坏力如式(5)所示，即同时考虑晶间断裂破坏力σc与晶内断裂破坏力σg。综上所述，当单晶硅精密磨削进入微细尺度时，微尺度造成的材料去除模式的变化以及单晶硅材料本身的晶格破坏模型的变化，都会对加工结果造成影响，因此有必要对单晶硅微尺度磨削材料去除机理进行深入研究。

2试验设计

当单晶硅超精密磨削进入微细尺度时，考虑到材料本构模型及力学特性的变化，本文推论或许会出现不同于宏观尺度磨削加工的过程现象。因此，为进一步通过实际加工检测数据来进行分析，本文设计并进行了单晶硅普通微磨削与超精密微磨削两组试验来分析与验证此推论。

试验加工设备与材料本文所进行的微磨削试验基于图6a所示的，由东北大学先进制造技术及自动化研究所开发的微加工机床上。该机床采用高速气动主轴驱动，最高转速可达到160000r/min；试验用微磨棒如图6b所示，直径为，磨粒直径为15μm。磨削力测量设备为购自北航的SDC-C4M型超精密车铣磨通用测力仪，测量精度为1mN。图6c为本文试验用的单晶硅抛光圆片，具体参数如表2所示。

试验设计为考察上述微尺度下单晶硅材料的磨削材料去除机理变化情况，本文设计了如表3所示普通微磨削与精密微磨削两组试验。其中普通微磨削试验进给率为200μm/s到5000μm/s，磨削深度ap为50μm。精密微磨削进给率变化为1μm/s到100μm/s，磨削深度ap为20μm。主轴转速vg从12000r/min到60000r/min。

3结果分析

图7为单晶硅微尺度精密磨削试验加工过程，图7a为加工过程，图7b为加工过程的视觉监控系统画面。加工结果检测上，本文采用基恩士公司的VHX-1000E超景深三维立体显微系统进行单晶硅微磨削表面三维形貌的观测，采用STIL-MICROMEASURE三维表面轮廓仪进行加工后表面的精密测量。

表面粗糙度变化规律图8为通过超景深显微系统观察获得的单晶硅微磨削槽磨加工试验后所获得的微尺度特征以及槽底表面情况，可知通过微磨削来获得单晶硅微细精密特征是完全可行的一种加工方法。图9为通过表面三维轮廓仪扫描获得的单晶硅微磨削槽底三维形貌。其中图9a为磨削深度ap=50μm,进给率fz=500μm/s,主轴转速vg=36000r/min时的表面形貌。图9(b)为当磨削深度ap=50μm,进给率fz=200μm/s,vg=60000r/min时的表面形貌。从图中测量结果可知这两种加工参数下微磨削都已进入延性域材料去除模式。图10为通过试验结果统计获得的单晶硅精密微磨削槽底表面粗糙度随加工参数变化规律，由图可知，当主轴转速vg由12000r/min增加到60000r/min时，随进给率fz的不同，表面粗糙度Ra分别从最高μm、μm、μm，降低到了8nm、34nm、85nm。图11为通过微磨削试验结果表面粗糙度Ra数据与本文提出计算模型所获得的微磨削未变形切屑厚度hm对应的关系。粗糙度Ra呈现波动变化并整体有下降趋势。但当未变形切屑厚度hm低于单晶硅晶格常数即时，单晶硅表面粗糙度Ra下降速度增大。此现象某种意义上可以为本文提出的当材料去除进入晶格内部时会造成单晶硅晶格破坏形式改变的依据。

边缘崩裂效应分析单晶硅微细尺度磨削加工过程中，由于小尺寸加工所带来的边缘应力释放会对加工表面边缘造成如图12所示的严重崩裂效应，极大降低加工表面的质量。因此本文针对微磨削过程中的单晶硅表面边缘崩裂效应变化规律进行了分析。图13为本文完成的单晶硅精密微磨削试验中的边缘崩裂情况，从图中可观察边缘崩裂现象随着加工参数变化而明显变化。图13©与图13(d)即为图11中未变形切屑厚度hm降低至以下的加工情况，从图中可看出，此时单晶硅微磨削槽边缘无明显崩裂现象。本文认为此现象非常值得国内从事微加工研究的学者们重点关注，亦从另一方面验证了本文提出的此时单晶硅材料去除机理以及晶格破坏方式改变的观点。图14为通过对试验结果测量后获得的单晶硅微磨削表面边缘崩裂宽度lc与主轴转速之间的关系，由图中可见随着转速增加，不同进给率下的崩裂宽度皆下降，但低进给率下的加工过程如200μm/s下降并不明显。

单晶硅微磨削力变化分析为进一步探讨单晶硅微磨削过程中的材料去除模式变化规律，本文针对单晶硅微磨削力在不同方向的分量进行了测量，主要为x方向(进给方向)，y方向(垂直于进给方向)的切削力的测量。图15是hm分别为与时x方向的微磨削力变化情况。图16是hm分别为与时y方向的微磨削力变化情况。由图15、16中测量结果可以发现，hm=时的微磨削力反而相对hm=时要波动剧烈，这也说明此时的材料去除伴随着更大的能量释放。图17为通过本文试验数据统计后获得的单晶硅不同方向的微磨削力变化与未变形切屑厚度hm的相互关系。由图中可明显得出，当单晶硅微磨削加工的未变形切屑厚度hm从6nm向变化时，微磨削力F随着hm的减小而减小；当未变形切屑厚度hm从逐渐减小时，微磨削力F随着hm的减小反而突然增大。测量结果说明此时材料的去除模式发生了变化，即本文提出的晶格破坏形式发生改变，由晶间破坏为主转变为晶内破坏为主，带来了加工时微磨削力的突然升高。

4结论

硅材料2

本发明公开了一种氧氮化硅结合碳化硅高温陶瓷材料。以骨料、粉料和外加剂、结合剂为原料制成，以骨料和粉料质量之和为总质量100%计，骨料含量为65%～75%,粉料含量为 25%～35%;骨料为碳化硅骨料；粉料包括碳化硅粉、硅粉、氮化硅粉、球粘土粉、二氧化硅微粉；外加剂为五氧化二钒；结合剂包括浓度为50%的木质磺酸钠溶液、浓度为6%的聚乙烯醇溶液、糊精。该材料通过对各组分及其用量的优化，使其制备工艺更合理、更经济。烧结时不需电加热，不需N2气保护和作反应物质，只需在燃气炉氧化气氛下加热即可获得具有良好性能的高温陶瓷材料。本发明还公开了一种上述材料的制备方法，采用捣打成形工艺，具有设备投资小、生产流程短、能耗低、适应范围广等特点。

专利号：CN101654362

利用建筑废弃石粉作原料的陶瓷仿古砖及其制备方法

本发明公开了一种利用建筑废弃石粉作原料的陶瓷仿古砖及其制备方法，其特征在于，它是利用建筑废弃石粉代替陶瓷行业原用的天然开采的优质石粉，其矿物原料配方按重量百分比计包括：废弃石料18%～22%、石粉8%～13%、砂25%～30%、高铝泥30%～42%、滑石粉2%～3%、废料2%～5%。本发明用于建筑物室内、外装饰用，具有防滑、耐磨、防污自洁、抗菌、抗静电、光变幻等功能，而且生产过程中不对环境产生二次污染，制造成本低、产品便于运输、易于施工，是一种优质环保节能的新型建筑材料。

专利号： CN101654948

一种隔音建筑板材

本发明涉及一种建筑用材料的技术领域，尤其涉及一种隔音建筑板材，它可以代替现有的建筑用木板材。本发明是由以下各组份按重量份数比组成：玻璃纤维：5%～10%;滑石粉：5%～10%;陶瓷棉：5%～15%;膨胀珍珠岩：10%～30%;菱镁矿：30%～60%;硫酸铝：1%～2%。本发明具有防火、防水、防潮、防腐防锈、不易老化变形、隔音性能好、容重轻、成本低、材料来源广泛等优点。由于本发明产品还可以防虫蛀，因此是天然木材资源的良好替代品。本发明适用范围广、价格低、施工方便、原料充足，既可以更好地保护我国的森林资源，又能满足建筑业的需要。适于各种建筑行业使用，且具有非常好的环保性能，取材也方便，适合推广应用，市场前景好。

专利号：CN101654933

具有陶瓷涂层的切削刀片

具有多层陶瓷涂层的切削工具刀片。所述多层陶瓷涂层为交替子层的分层结构，所述交替子层是氧化物材料与和该氧化物材料具有良好粘附力的第二材料的界面层的交替层。所述陶瓷涂层通过化学气相沉积而沉积；每一随后沉积的界面层用于中断前一沉积的氧化物材料子层，并用作随后氧化物材料子层的沉积用表面。所述第二材料是所述氧化物材料中的至少一种元素在硬质材料中的固溶体。

专利号：CN101652502

防静电耐磨陶瓷托辊及其制备方法

本发明的目的是提供一种防静电耐磨陶瓷托辊及其制备方法，采用5%～60%陶瓷骨料、5%羟甲基纤维素、3%～5%Sb2O5、15%～75%Fe2O3、3%～5%SnO2、2%～3%氧化钛、3%～7%氧化锌的配方，经配料、球磨、榨泥、练泥、挤出成形、干燥、烧结和装配等工序或者经配料、球磨、喷雾造粒、等静压成形、烧结和装配等工序制备或者经配料、球磨、注浆、干燥、烧结和装配等工序制备。该防静电耐磨陶瓷托辊使用寿命为15～48个月，壁厚在6～20mm,耐磨性是钢管托辊的3～5倍、重量是钢管托辊的2/3、耐酸%、耐碱%、磨耗

专利号：CN101654358

陶瓷小电窑

硅材料3

1、非活性混合材料：常温下不与氢氧化钙和水反应的混合材料称为非活性混合材料。主要有石灰石、石英砂及矿渣等。作用是调节水泥标号，降低水化热，增加水泥的产量，降低水泥成本等。

2、活性混合材料：常温下与氢氧化钙和水发生反应的混合材料称为活性混合材料。主要有粒化高炉矿渣和火山灰质混合材料。主要作用是改善水泥的某种性能，此外也能起到调节水泥标号、降低水化热和成本、增加水泥产量的作用。

二、普通硅酸盐水泥

凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。

国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：

（1）细度筛孔尺寸为80μm的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。

（2）凝结时间处凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。

（3）标号根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。

普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：

（1）早期强度略低

（2）耐腐蚀性稍好

（3）水化热略低

（4）抗冻性和抗渗性好

（5）抗炭化性略差

（6）耐磨性略差

三、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥

矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-70%的粒化高炉矿渣及适量石膏组成。火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-50%的火山灰质混合材料及适量石膏组成。粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。它由硅酸盐水泥熟料、20%-40%的粉煤灰及适量石膏组成。

（一）矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥的性质与应用

1、三种水泥的共性

（1）早期强度低、后期强度发展高。这三种水泥不适合用于早期强度要求高的混凝土工程，如冬季施工、现浇工程等。

（2）对温度敏感，适合高温养护。

（3）耐腐蚀性好。适合用于有硫酸盐、镁盐、软水等腐蚀作用的环境，如水工、海港、码头等混凝土工程。

（4）水化热少。适合用于大体积混凝土。

（5）抗冻性差。

（6）抗炭化性较差。不适合用于二氧化碳含量高的工业厂房，如铸造、翻砂车间。

2、三种水泥的特性

（1）矿渣硅酸盐水泥适合用于有耐热要求的混凝土工程，不适合用于有抗冻性要求的混凝土工程。

硅材料4

关键词：航空领域；硅橡胶材料；既有研究；突出要义；探究路径

不置可否，航空装备的发展需要先进材料技术的保驾护航，航空材料的关键性不容小觑。尤其是硅橡胶材料作为相对重要的航空橡胶材料，其属于典型性的半无机半有机机构，一方面具有有机高分子柔顺的特性，另一方面还具备无机高分子耐热属性，在国防尖端领域得到广泛研究和应用，因此，对航空硅橡胶材料的探究势在必行。

1 航空硅橡胶材料在阻尼减振、导电以及高低温密封等方面应用现状

阻尼性能情况浅析

在诸多飞行器速度提升以及大功率发动机的应用，所显露出的航空振动与噪声问题逐渐严重。毫无疑问，航空设备是否达到先进性要求的标准之一就是减振和降噪技术水平。而当前硅橡胶因为能够在高低温环境中保持相对稳定的力学性能以及化率小的模量，自然而然成为航空硅橡胶发挥阻尼性能的首选。鉴于硅橡胶损耗因子仅为，能发挥的阻尼性能不尽如人意，减振效果并不突出，但是由于硅橡胶的组成体系中有着众多活性基因，相关研究进程中发现可以通过改性来提升硅橡胶的阻尼性能。利用生胶结构改性、互穿网络结构改性以及聚合物共混改性、添加阻尼试剂等方法来有效提升航空硅橡胶材料的阻尼性能的发挥效果。

明晰导电性能现状

近些年来航空飞行器的更新换代以及相关电子技术的飞速发展背景下，电磁干扰现象日益严峻，倘若不对电磁信号加以屏蔽，必将对航空飞行器正常运转产生影响，严重的还会泄露通讯秘密。由是，航空飞行器有关电子装置需要利用导电橡胶进行有效隔离，继而催生航空领域中高导电橡胶的运用。当下，硅橡胶中添加了导电填料，进而可以支撑高导电的硅胶材料，强化硅橡胶的导电性能主要是三大类导电填料发挥着作用，毋庸置疑导电硅橡胶的导电性能以及采用的导电填料的结构特点至为重要。

高低温性能的发展现状

由于随着当代航空科学技术日新月异的进步，航空硅橡胶材料的高温属性难以实现一些相对苛刻的要求，提升硅橡胶耐高温性能是航空硅橡胶材料的研究热点所在。当下硅橡胶的耐高温性能深受两大因素制约：一是高温环境下有机侧基极易发生热氧老化情况，从而致使硅橡胶也热老化；二是高温环境下主链产生断裂和重排的硅氧键，也会带来硅橡胶热老化的结果。由此可见，现下航空硅橡胶材料的耐高温性能并没有达到一定的高度。另一方面，硅橡胶材料的耐低温性能也不容乐观，特别是当航空器航行达到一定高度时，飞机处于低温影响区对应的空气密封性弱以及阻尼减振材料难以发挥作用，对于硅橡胶耐低温性能的要求愈发严苛，橡胶材料耐低温性能同转变温度息息相关，随着周围温度降低，硅橡胶材料便会变硬，继而丧失橡胶材料既有的弹性，最终失去使用价值。目前航空硅橡胶材料在高低温性能方面的效果不尽如人意，还有待进一步改善。

2 探究航空硅橡胶材料的新研究方向

向高导电硅橡胶迈进

为了更好地规避各个电子设备之间的电磁干扰风险，高导电航空硅橡胶成为航空领域的新研究与应用方向。航空领域常用的高导电型硅橡胶材料主要是以氟硅橡胶、苯基硅橡胶作基胶，主要用镀银材料亦或是银粉为航空导电材料，其基本性能中EC系列主要是指导电苯基硅橡胶，而EF系列则是导电氟硅橡胶材料。这两类航空导电材料都具有一定优异导电性能以及耐高低温抗老化的性能，目前航空行业已经广泛的研究这些方面，并将其应用于航空仪器设备与航空电子系统的密封环节中。

阻尼硅橡胶的发展进程

当下国内航材院SE20XX系列所运用的阻尼硅橡胶材料具有显著的高性能：阻尼性能强、耐候性好、高低温环境的适应性好的特点。这些系列硅橡胶材料凭借它的成型减振器形成三项等刚度的结构，将其使用温度范围严格控制在（-55～80℃），由此使得阻尼硅橡胶的性能保持稳定，相对应减振效率达到95%以上，继而推动使用寿命可达1000个飞行小时以上。目前已经广泛应用于大载荷航空相机减振器、航空仪表减振器、压缩机、发动机以及航空电路板用减振器等航空设备的降噪减振方面。在近十余年的硅橡胶阻尼材料研制过程中取得了不错的进展，所研制的宽温宽频高阻尼材料通常能维持阻尼系数β≥的特性，与此同时，在对橡胶材料进行温度和频度、动态位移的扫描后，得到了ZN-33阻尼材料的附模量以及损耗因子等相关变化规律，这对于航空硅橡胶材料的研究发展具有深远意义。特别是伴随着航空产品以及电子设备集成化的迅猛发展，功率和发热量也愈来愈大，导热性阻尼材料也成为了热门研究方

向。

航空绝缘硅橡胶的尝试

绝缘硅橡胶凭借其独有的憎水性以及憎水迁移性被用于航空高压绝缘防污闪材料，然而不可忽视的是，这种硅橡胶材料仍然存在附着力差、阻燃性差以及强度不够的缺陷。为了更好地提高绝缘硅橡胶防污闪的效果，目前国内外都在开展相关领域的研究，具体来说囊括了以下几个方面：一是通过纳米粉体改善硅橡胶的绝缘性能；二是强化阻燃、耐漏电起痕性能；三是在航空产品的涂层自恢复和耐老化上多做文章。

3 结束语

一言以蔽之，经过多年发展，航空硅橡胶材料形成了较完整的材料体系和相对过硬的技术基础，囊括了四大胶种以及百多个系列的硅橡胶材料，能够满足目前航空设备研制以及生产的需求。此外，随着国内航空工业发展的进程不断加快，对于新型材料的需求也日益强烈，推动未来航空硅橡胶相关研究于国于民，都是福祉。尽管当下航空硅橡胶材料研究发展有所成效，但是仍然任重而道远。

参考文献

[1]朱小飞，杨科，黄洪勇。SRM内绝热层成型用硅橡胶气囊材料老化机理研究[J].上海航天，2016，32（6）：67-72.

[2]刘小艳，吴福迪，王帮武，等。低压缩永久变形导电炭黑/硅橡胶复合材料的制备与性能[J].复合材料学报，2016，32（4）：925-932.