晶界“背脊”形貌对热障涂层热冲击寿命的影响

采用化学气相沉积和电子束物理气相沉积工艺在镍基单晶高温合金基体上制备了(Ni,Pt)Al/YSZ(Yttira stabilized zirconia,YSZ)热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs),研究了TBCs涂层在1100℃的抗热冲击性能。结果表明,陶瓷涂层的剥落位置主要出现在热生长氧化物(Thermally grown oxide,TGO)层/粘结层的界面或者TGO层内部。试验过程中,粘结层表面晶粒晶界"背脊"形貌共存、TGO层下方孔洞形成、陶瓷层内纵向裂纹延伸和TGO层内残余应力释放均是导致TBCs涂层过早剥落失效的主要原因。     

SiC/BN层状陶瓷耐损伤性能

采用压痕法在SiC/BN层状陶瓷试样的表面引入不同尺寸的表面裂纹,利用三点弯曲测量含裂纹试样的极限断裂应力,研究了不同尺寸的表面裂纹对层状陶瓷断裂强度的影响;根据压痕载荷-强度实验结果,测定层状陶瓷的阻力曲线,并与单相SiC陶瓷对比。结果表明,层状陶瓷的压痕强度对压痕裂纹深度的变化不敏感,阻力曲线呈上升型;而单相SiC陶瓷的压痕强度随压痕裂纹深度的增加急剧下降,阻力曲线呈平稳型,说明层状陶瓷具有优异的耐损伤性能和升值R-曲线行为。分析认为,裂纹在弱界面处发生偏折是层状陶瓷具有优良耐损伤性能和升值R-曲线行为的主要原因。这为陶瓷材料在含有一定的制备和加工缺陷以及承受冲击、磨损等接触损伤的条件下保持高强度提供了可能。     

二维材料的合成方法及在催化领域应用的研究进展

催化技术作为能源转化和环境污染治理领域的重要手段之一,对人类生存环境的改善发挥了巨大作用。随着实际应用需求的不断深化,研究人员致力于研发具有更大比表面积、更多高暴露反应位点和更短反应物/产物扩散途径等特性的新型催化材料。低维纳米材料由于维度低,具有更丰富、特殊的物理和化学性质。其中二维(2D)纳米材料得益于其超薄的层状结构,具有较大的比表面积、高密度的表面活性位点、优异的光电和力学性能,以及易于界面传输和更短的扩散路径,非常适合被用作催化剂。近年来,研究者们致力于开发新型2D材料,积极研究2D材料在催化领域的独特优势,并优化其合成方法,以期尽早实现规模化应用。目前,多种2D材料如石墨烯、黑磷(BP)、过渡金属硫化物(TMDs)、层状双金属氢氧化物(LDHs)等相继被发现。根据2D材料母体是否具有分层结构,选择自上而下的剥离法(微机械剥离法、氧化/还原剂插层辅助剥离法、机械力辅助剥离法、离子交换辅助剥离法及刻蚀辅助剥离法)或自下而上的可控合成策略(化学气相沉积法和湿化学法)应用于制备较高质量的超薄2D纳米材料。它们由于具有高度暴露的表面原子、优异的电子特性和力学性能,在能源催化反应如析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO2RR)等,以及环境催化反应如选择性催化还原反应(SCR)和对挥发性有机物(VOCs)的催化转化中展示出优异的催化性能。可通过表面修饰/功能化、相位工程等策略对2D材料性能进行微观精细调控,进一步优化其催化性能。本文基于2D材料的分类、特性和应用领域,重点概述2D材料的结构特性和合成方法,详细总结其在催化领域的研究热点与进展并提出展望,以期为2D材料在催化领域的研究及应用提供借鉴。     

晶粒尺度对热障涂层高温循环氧化寿命的影响

采用化学气相沉积和电子束物理气相沉积工艺在镍基单晶高温合金基体上制备了(Ni,Pt)Al/YSZ(Yttira stabilized zirconia,YSZ)热障涂层(Thermal barrier coatings,TBCs),研究了TBCs涂层在1100℃的循环氧化性能。结果表明,陶瓷涂层的剥落位置主要出现在热生长氧化物(Thermally grown oxide,TGO)层内部、TGO层/粘结层的界面或者粘结层表面下方几个微米处。试验过程中,粘结层表面晶粒尺度不规则分布、晶粒晶界"背脊"形貌残留、TGO层下方孔洞形成、陶瓷层内纵向裂纹贯穿延伸和TGO层内残余应力释放速率过快均是可能导致TBCs涂层过早剥落失效的主要原因。     

爆炸焊接Nb/Q345R层状复合材料的热震性能研究

铌作为一种难熔金属,具有熔点高、塑性好、抗酸和抗液态金属腐蚀能力强等特性,被广泛应用于电子、机械、航空航天等领域.本工作研究了爆炸焊接Nb/Q345R层状复合材料的热震性能,通过将Nb/Q345R试样在氢气中分别加热到800℃和1000℃后迅速冷却完成一次热震,研究材料在进行10次、30次、50次热震循环后,试样的界面组织形貌及其结合强度的变化,进而评价其热震性能.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段分析材料成分和界面组织形貌的变化,并通过压缩剪切试验测量层状复合材料的界面结合强度.研究结果表明,在800℃热震10次时,层状材料界面处开始产生微裂纹,而在1000℃热震50次时,材料界面处裂纹沿界面扩展、延伸,导致界面结合强度显著降低,降低至材料本身结合强度的13.22％.     

2D C/C复合材料微观结构与力学性能的研究

采用等温化学气相渗透方法,通过调整沉积工艺,制备了具有不同微观组织结构的2D C/C复合材料.利用偏光显微镜(PLM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)结合选区电子衍射(SAED),研究了热解炭基体微观组织结构,借助万能试验机测试了材料的三点弯曲性能.结果表明:层状高织构(HT)热解炭基体占优时C/C复合材料表现为假塑性断裂;扁平片状中织构(MT)热解炭与颗粒状各向同性层热解炭(ISO)有利于提高材料的弯曲强度;HT基体与炭纤维界面结合良好,界面处不存在非HT织构,但取向角(OA)略有增大.     

硬质相对冷喷涂FeAl金属间化合物涂层性能的影响

FeAl金属间化合物具有优良的物理性能和力学性能,但其室温塑性和断裂韧性低,限制了其工程应用.利用机械合金化制备了Fe(Al)固溶体合金粉末及Al2O3,WC硬质相增强的复合合金粉末,通过冷喷涂沉积涂层并结合后热处理原位反应制备了FeAl金属间化合物涂层及其复合涂层.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度仪等研究了硬质相对球磨粉末组织结构、冷喷涂FeAl金属间化合物涂层组织结构及性能的影响.结果表明.硬质相可显著加速球磨粉末内部层状结构的细化程度,喷涂态涂层具有不同于传统热喷涂涂层的层状组织结构,热处理可实现喷涂态涂层中Fe(Al)固溶体向FeAl金属间化合物的原位转变,致使层状结构消失,获得无粒子界面的FeAl金属间化合物涂层,弥散分布的硬质相可显著提高冷喷涂FeAl金属间化合物涂层的强化稳定性.     

高密度聚乙烯/尼龙6共混物的形态结构对其性能的影响

本文利用微层共挤方法制备了具有层状交替结构的HDPE/PA6共混物,利用常规熔融共混挤出方法制备了与层状共混物具有相同组成比的海岛结构共混物。通过DSC,FT-IR及力学性能测试等方法研究了共混物的形态结构对其界面化学反应、结晶行为和力学性能的影响。研究结果表明:在共混物中引入少量马来酸酐接枝高密度聚乙烯时,化学反应在界面进行,与海岛结构的共混物界面面积相比,层状共混物的界面接触面积小,界面化学反应相对较弱,但层状共混物的屈服强度和断裂伸长率有大幅度提高。层状结构对HDPE和PA6的结晶行为影响很小。     

片层状TiAl-Nb合金中γ/γ界面体系拉伸行为的原子模拟

全片层组织结构的TiAl基合金在发生塑性变形时，因具有多个可阻碍位错迁移的界面，增加了位错迁移所需要的应变能，从而使变形能力和强度强烈依赖于这种显微组织中的层状界面。本工作采用分子动力学方法研究了单轴拉伸载荷下具有γ/γ界面的TiAl-Nb合金的变形行为。从原子尺度上讨论了真孪晶(True-twin, TT)、旋转界面(Rotational boundary, RB)、伪孪晶(Pseudo-twin, PT)三种不同界面下，片层状TiAl-Nb合金的力学响应、位错演化和断裂机制；阐述了材料力学响应与微观缺陷演化之间的关系，表明含不同界面的TiAl-Nb合金力学性能具有显著的层状边界效应。通过观察位错与界面的交互作用发现位错与界面相遇后，三个界面及附近都会产生无序原子区；而RB/PT试样中无序原子区作为位错源会向另一片层发射位错，TT试样中的无序原子区不会作为位错源向另一片层发射位错。     

层状复合电磁屏蔽材料的制备及性能研究

采用磁控溅射法在涤纶水刺非织造布表面沉积纳米结构单层膜、双层膜及层状复合薄膜(在织物两面分别沉积薄膜),利用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行分析,并利用四探针测试仪和矢量网络分析仪对样品的电学性能进行了测试。结果表明,在总镀膜时间不变的情况下,层状复合薄膜的电学性能明显优于单层膜和双层膜电学性能,Cu层状复合薄膜电学性能要好于Al层状复合薄膜的电学性能;随着Cu镀膜时间的增加,复合薄膜的颗粒均匀性和电学性能都有所提高,当织物两面镀膜时间各为60min时,屏蔽效能达到80dB。