碳化钛负载玻璃纤维材料制备与电磁屏蔽性能研究

采用多巴胺对玻璃纤维织物改性处理和原位生成Ti3C2Tx MXene,通过真空抽滤法制备了碳化钛负载玻璃纤维复合材料,研究了碳化钛负载量对电磁屏蔽的影响。结果显示：成功地将Ti3C2Tx纳米片附着在玻璃纤维表面,改善了玻璃纤维的导电网络;刻蚀之后Ti3C2Tx的002衍射峰的位置从9.5 °移动到6.1 °,Ti3AlC2的104衍射峰峰消失不见,表明Ti3C2Tx刻蚀成功;由于碳化钛高导电性和表面的大量电子,电磁波和其发生欧姆损耗,从而降低电磁波能量,达到电磁屏蔽效果。在2~18 GHz频率范围内,碳化钛负载量为2.55 mg/cm2的电磁屏蔽性能达到55.1 dB,其表面电阻为0.95 ?/sq;平均电磁屏蔽表明样品中吸收损耗占主要作用。     

新型二维材料Ti2CTxMXene的性能、制备及其在电磁屏蔽和微波吸收领域的研究进展

随着5G时代的到来,电磁干扰问题日益严重,对电磁屏蔽材料提出了更高的要求,需要制造屏蔽效率更高、覆盖范围更广、轻便且性能稳定的材料。MXene是具有类石墨烯结构的材料,由于其独特的性能,在储能、吸附、催化、光电转换、传感器和电磁屏蔽等方面极具研究价值。尤其是MXene材料具有的高导电性(可高达2×10⁴ S/cm)和层状结构,使其成为极具潜质的电磁屏蔽候选材料。研究表明Ti₂CT_x具有较低的密度,为实现电磁屏蔽材料的轻量化提供了方向。可将Ti₂CT_x与导电材料、磁性材料等复合,优化复合材料的结构和性能,实现更广泛的应用。本文综述了Ti₂CT_x MXene的结构和物理性能,并综合分析了Ti₂CT_x不同制备方法的优缺点。另外,重点介绍了Ti₂CT_x作为电磁干扰屏蔽材料和微波吸收材料的最新研究进展,分析了Ti₂CT_x     

金属纤维/聚合物复合材料的制备及其电磁屏蔽效能

填充金属纤维的复合材料由于具有优异的电磁屏蔽效能（EMSE）而广泛应用于电磁干扰领域。本研究采用浸渗和机械搅拌法分别制备了316L纤维/环氧树脂和Cu纤维/环氧树脂两种复合材料,并测试了其电磁屏蔽效能。研究表明,当316L纤维长径比从200增加到1000时,316L纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽效能逐渐增大,而当长径比从1000增加到3000时,其复合材料的电磁屏蔽效能迅速下降;当316L纤维的含量从10wt%增加到25wt%时,复合材料的电磁屏蔽效能逐渐增大。对于316L纤维/环氧树脂复合材料而言,316L纤维的最佳参数为：纤维直径为?8μm、含量为25wt%、长径比为1000,其复合材料的电磁屏蔽效能最高可达-78dB。对于Cu纤维/环氧树脂复合材料而言,Cu纤维的最佳参数为：纤维直径为?120μm、含量为2.0wt%。     

ZnO/泡沫炭复合材料的制备及其电磁屏蔽性能

为进一步提高泡沫炭材料的电磁屏蔽性能,本文以泡沫炭为基体,以ZnO纳米颗粒为增强体,构建了ZnO/泡沫炭复合材料,研究了ZnO纳米颗粒的引入对泡沫炭电磁屏蔽性能的影响。实验结果表明,ZnO/泡沫炭复合材料在X波段内的总电磁屏蔽效能可达24 dB,明显优于泡沫炭材料。这主要归因于引入的ZnO纳米颗粒增强了泡沫炭材料的介电损耗。此外,研究了复合材料的衰减常数和趋肤深度,发现与泡沫炭材料相比,复合材料的衰减常数得到显著提升,趋肤深度明显降低。     

纳米铁氧体NiFe2O4复合材料制备及电磁屏蔽性能

采用溶胶-凝胶法制备纳米镍铁氧体,在凝胶形成之前加入超细可膨胀石墨,生成的干凝胶粉末在马弗炉中灼热一段时间,在纳米镍铁氧体生成的同时微膨石墨发生膨胀,由此合成出纳米铁氧体复合材料。应用X射线衍射仪、扫描电镜、激光粒度分析仪对产物的晶体结构、微观形貌和粒度分布进行了表征分析,并着重对比研究了不同热处理温度对产物粒径分布的影响。利用小型烟箱试验测出产物在军用红外波段质量消光系数大于0.85m2/g;利用矢量网络分析仪测试其在2~18GHz的电磁参数。结果表明:在纳米铁氧体中添加超细微膨石墨,增加了电磁波的损耗,并在红外波段具有显著的消光特性,兼具红外、微波吸波特性,是一种具有潜在应用前景的隐身材料。     

搅拌摩擦通道挤压制备碳纳米管增强7075铝基复合材料

搅拌摩擦通道挤压是作者基于搅拌摩擦焊接和等通道转角挤压提出的一种固相状态制备金属基复合材料的新方法。采用搅拌摩擦通道挤压方法,通过添加不同体积分数的碳纳米管（CNTs）(0%、2%和4%),制备了碳纳米管增强7075铝合金基复合材料（CNTs/Al-7075）。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察并分析了CNTs在Al-7075基体中的分布特征,以及复合材料的细晶组织和第二相颗粒特征。采用固溶和时效处理改善CNTs/Al-7075复合材料的组织和力学性能。结果表明,采用搅拌摩擦通道挤压方法可以制备CNTs分布均匀的CNTs/Al-7075复合材料,实现7075铝合金基体晶粒细化,通过引入CNTs增强相可获得更为细小的晶粒组织。随着CNTs体积分数增加,CNTs/Al-7075复合材料的晶粒更加细化。固溶和时效处理改善了搅拌摩擦通道挤压制备的7075铝合金和CNTs/Al-7075复合材料的第二相析出行为,使材料的显微硬度得到提高。CNTs/Al-7075复合材料的强化机制综合了细晶强化、位错强化、载荷传递和第二相强化,其中以第二相强化为主。     

复合金属层包覆碳纳米管的制备及电磁屏蔽性能

对碳纳米管(CNTs)进行复合金属包覆,可以发挥不同组元间的复合效应,提高在高频范围的电磁屏蔽性能。本文对CNTs进行预处理后,采用超声喷雾化学镀的方法来制备镀镍碳纳米管(Ni-CNTs),在此基础上分别采用化学镀和共沉淀法制备镍银包覆碳纳米管(Ni/Ag-CNTs)和镍铜包覆碳纳米管(Ni/Cu-CNTs)。采用TEM、FESEM和XRD对镀层形态及结构进行表征,结果表明,采用超声喷雾化学镀方法,在改善CNTs分散性的前提下可实现镍层在其表面均匀连续镀覆;并结合化学镀和共沉淀法分别成功制备出Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs。电磁屏蔽测试表明,Ni/Ag-CNTs和Ni/Cu-CNTs的电磁屏蔽性能显著优于Ni-CNTs (55.62dB),分别达到了89.34 dB和72.21 dB。     

锂离子电池硅/石墨/无定形碳复合阳极材料的制备及电化学性能表征

提出并制备了一种优化结构的硅/石墨/无定形碳复合材料,材料主要通过对硅、石墨和蔗糖的混合物进行超细粉碎和热解制备,硅基材料的电化学性能得到有效改善。研究了硅/石墨/无定形碳材料的形貌、电化学性能、循环稳定性,并对硅含量进行了优化。结果表明,将纳米硅材料负载在石墨碳基体上,结合高温热解技术,可以有效提高阳极材料的电化学性能。以石墨为缓冲基体、具备导电网络和非晶碳涂层的硅/石墨/无定形碳材料表现出良好的电化学性能。硅/石墨/无定形碳材料的非晶碳涂层可以明显降低硅与电解液之间接触损耗的可能性,并通过释放硅体积变化产生的应力来帮助保持材料的稳定性。     

温度/超声复合能场对2195铝锂合金弯曲性能的影响

针对铝锂合金弯曲成形过程中易产生破裂和回弹大的问题,进行了温度/超声复合能场下的弯曲工艺研究,希望在保证成形质量条件下借助超声振动能场降低铝锂合金弯曲成形温度。在80~200 ℃温度条件下通过与1.0~1.6 kW超声振动能量复合,分析了温度/超声复合能作用形式对2195铝锂合金板材弯曲力、弯曲回弹量、弯曲圆角半径及显微组织的影响。结果表明,通过与超声振动能场复合,在相对较低的热成形温度条件下,不仅降低了2195铝锂合金弯曲力,还有效抑制了2195铝锂合金弯曲回弹和破裂,从而提高了2195铝锂合金的高温软化效果和弯曲性能。     

钼表面包埋渗法制备(Ti, Mo)Si2/MoSi2 涂层及其在1200 ℃周期性氧化环境下的氧化行为

利用连续沉积的包埋渗法,在钼表面制备了(Ti,Mo)Si₂/MoSi₂复合涂层。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪和热力学计算对涂层进行了表征与反应机理分析。结果表明,共沉积法无法实现Ti的有效沉积。先渗Ti、再渗Si的两步沉积工艺能有效制备Ti改性硅化物涂层。涂层分为3层,最外层为(Ti,Mo)Si₂三元化合物层,次外层为MoSi₂层,次外层与基体间为Mo₅Si₃过渡层。渗硅温度对涂层结构无明显影响。Ti改性硅化物涂层的生长速率略低于单一渗硅涂层的生长速率。(Ti,Mo)Si₂/MoSi₂复合涂层的形成由Ti、Si内扩散控制。Ti元素集中在涂层表层,Si元素通过(Ti,Mo)Si₂化合物层与基体作用形成MoSi₂层和Mo₅Si₃过渡层。渗Ti过程中,埋渗料间反应会引入游离态铝氟化物AlF₃。在随后的渗硅过程中,游离态Al以Al₃Mo的形式在(Ti,Mo)Si₂层中靠近MoSi₂层的上界面处析出。在1200 ℃周期性氧化过程中,(Ti,Mo)Si₂/MoSi₂复合涂层持续循环氧化180 h后未出现明显失重。(Ti,Mo)Si₂层氧化形成的SiO₂与TiO₂致密复合氧化层能填充涂层表面裂纹,持续阻碍氧扩散,因此其在周期性氧化环境下的抗氧化性能显著优于单一渗硅涂层。     

纳米柱状多孔WO3- x /TiO2 薄膜的电致变色性能

采用反应磁控溅射在掠射角度α=0°和α=80°的条件下制备氧化钨（WO_3-x）薄膜,然后在其表面沉积二氧化钛（TiO₂）。利用X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）对WO_3-x/TiO₂薄膜的晶体结构、表面/断面形貌以及表面化学成分进行表征。在三电极体系1 mol/L LiClO₄/PC溶液中,采用电化学工作站和紫外-可见分光光度计测试了WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色性能。XRD结果表明,WO_3-x/TiO₂薄膜为非晶态结构,与掠射角度无关。当掠射角度为80°时,获得了纳米柱状多孔薄膜。从 W 4f和Ti 2p的XPS谱图确认氧化钨为亚化学计量比的WO_3-x,而氧化钛为满足化学计量比的TiO₂。与致密薄膜相比,纳米柱状多孔薄膜需要较低的驱动电压且具有较快的响应速度。纳米柱状多孔薄膜的电荷容量为83.78 mC,是致密薄膜电荷容量30.83 mC的2倍以上。在±1.2 V驱动电压下,注入和脱出离子扩散速率分别为D_in=5.69×10^-10 cm²/s和D_de= 5.08×10^-10 cm²/s。与纯WO₃薄膜相比,WO_3-x/TiO₂薄膜的电致变色循环稳定性更好。纳米柱状多孔薄膜在可见光范围内具有较大的光调制幅度,因此其光密度变化（ΔOD）大于致密薄膜。     

喷射电沉积技术制备Co-Cr_3C_2复合镀层的工艺优化

为提高微米级硬质陶瓷颗粒在金属基复合镀层的含量,制备性能优异的防护性镀层,采用喷射电沉积的方法在直流电压下制备了Co-Cr_3C_2复合镀层,利用控制变量法探讨了电流密度、固体颗粒用量、镀液流量以及喷枪移动速度等对镀层中颗粒含量及镀层性能的影响,并分析了各因素的影响机理。同时,分别采用能谱仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合镀层的成分、硬度和摩擦因数进行分析,最终确定了制备该复合镀层的较优工艺参数。结果显示:喷头移动速度对颗粒复合量的影响最为显著;颗粒复合量越大,复合镀层硬度越高、摩擦因数越低;在较优工艺参数下制备的Co-Cr_3C_2复合镀层的Cr_3C_2颗粒含量高达23.6%。     

Effects of TiC and Al4C3 addition on combustion synthesis of Ti2AlC

Preparation of the ternary carbide Ti₂AlC was conducted by combustion synthesis in the mode of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) from the elemental powder compacts of Ti:Al:C = 2:1:1, TiC-containing samples with TiC of 6.67–14.3 mol%, and Al₄C₃-containing samples with Al₄C₃ of 1.96–10 mol%. Effects of TiC and Al₄C₃ addition were studied on combustion characteristics and the degree of phase conversion. Due to the growth of laminated Ti₂AlC grains, the reactant compact was subjected to an axial elongation during the SHS process. Because the addition of TiC and Al₄C₃ led to a decrease in the reaction temperature, the flame-front propagation velocity was correspondingly reduced for the TiC- and Al₄C₃-containing samples when compared with the elemental reactants. Based upon the XRD analysis, formation of Ti₂AlC along with a secondary phase TiC was identified in the synthesized products. The grains of Ti₂AlC are typically plate-like with a size of 10–20 μm and several laminated Ti₂AlC grains form a layered structure. The content of Ti₂AlC yielded from the elemental powder compacts is about 85 wt%. The addition of TiC was found to facilitate the formation mechanism and therefore to enhance the extent of Ti₂AlC conversion approaching 90 wt%. As a result of the reduced exothermicity of the reaction, however, the content of Ti₂AlC decreased slightly in the products synthesized from the Al₄C₃-added samples.     

Al_2O_3/MoS_2复合涂层的制备及摩擦磨损性能

以大气等离子喷涂工艺制备的Al_2O_3陶瓷涂层为模板,利用陶瓷涂层中存在的孔隙和微裂纹,采用水热反应在其内部原位合成具有润滑特性的MoS_2,制备出Al_2O_3/MoS_2的复合涂层。结果表明,通过水热反应在陶瓷涂层原有的微观缺陷中成功合成了MoS_2,合成的MoS_2固体粉末呈类球形状,并且这球状的粉末是由纳米片层状的MoS_2搭建组成的。摩擦试验结果表明,与纯Al_2O_3涂层相比,复合涂层中由于MoS_2润滑膜的形成,其摩擦因数和磨损率都显著降低,且载荷越大,复合涂层的摩擦性能越好。     

Combustion synthesis of Ti3Si1−xAlxC2 solid solutions from TiC-, SiC-, and Al4C3-containing powder compacts

Preparation of the Ti₃Si_1−xAl_xC₂ solid solution with x = 0.2-0.8 was investigated by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) using TiC-, SiC-, and Al₄C₃-containing powder compacts. Due to the variation of reaction exothermicity with sample stoichiometry, the combustion temperature and reaction front velocity decreased with increasing Al content of Ti₃Si_1−xAl_xC₂ for the TiC- and Al₄C₃-added samples, but increased for the samples with SiC. In contrast to the formation of Ti₃(Si,Al)C₂ as the dominant phase for the TiC- and SiC-added samples, TiC was identified as the major constituent in the final products of samples adopting Al₄C₃. In addition, the evolution of Ti₃(Si,Al)C₂ was improved by increasing the Al content of the TiC- and SiC-added powder compacts, but deteriorated considerably upon the increase of Al₄C₃ in the Al₄C₃-containing sample.     

Particular properties of Ti2O and TiNx nanoparticles prepared by thermal decomposition

Particular properties of Ti₂O and TiN_x prepared by thermal decomposition were introduced. A precursor prepared by titanium powder reacting with oxalate acid was thermally decomposed in nitrogen atmosphere at 840°C for 15 min, and relatively pure Ti₂O was then obtained. Conductive TiN_x was also prepared after altering reaction conditions. Samples were characterized by resistivity, X-ray powder diffraction, transmission electron microscope, Ultraviolet-Visible diffuse reflection, and electromagnetic shielding efficiency. The results indicate that both Ti₂O and TiN_x have good conductivity. Moreover, Ti₂O shows a better solar photocatalytic activity and TiN_x does well in the electromagnetic shield.     

Ti3SiC2、Ti3AlC2复相材料高温抗氧化行为的研究

以Ti粉、Si粉、铝粉、石墨为原料,在1600℃热压烧结制得试样,对不同配比Ti3SiC2、Ti3AlC2复相材料在1100～1500℃下恒温氧化20h的氧化行为进行研究.结果表明:热压法制备Ti3SiC2、Ti3AlC2复相材料在高温下具有比Ti3SiC2和Ti3AlC2更优良的高温抗氧化性能;由于试样氧化过程中产生了TiO2、SiO2、Al2TiO5和α-Al2O3,可有效提高试样的高温抗氧化能力.     

Improving the Na2SO4-induced corrosion resistance of Ti3AlC2 by pre-oxidation in air

Ti₃AlC₂ suffers severe Na₂SO₄-induced corrosion attacks at temperatures higher than 800 °C in air. A convenient and efficient pre-oxidation method is proposed to enhance the corrosion resistance of Ti₃AlC₂. The corrosion weight-changes of the pre-oxidized samples were decreased by about four orders of magnitude compared with those of the untreated specimens. The mechanism on improvement of corrosion resistance was investigated by means of thermogravimetric analysis, X-ray diffraction and scanning electron microscopy/energy-dispersive spectroscopy. A continuous and adherent α-Al₂O₃ scale was prepared by high-temperature pre-oxidation treatment in air. The preformed dense Al₂O₃ scale has good compatibility with the Ti₃AlC₂ substrate, and consequently, can act as an efficient barrier against corrosion. Long-time corrosion tests demonstrate that the Al₂O₃ scale conserves after corrosion attack and is capable of long-term stability.     

Ti3AlC2掺杂SPS法制备Ti2AlC/TiAl复合材料的研究

通过2TiC-Ti-1.2Al体系的原位热压反应制备了Ti₃AlC₂陶瓷,然后以59.2Ti-30.8Al-10Ti₃AlC₂(wt%)为反应体系,采用放电等离子烧结技术制备出Ti₂AlC/TiAl基复合材料。借助XRD、SEM分析了产物的相组成和微观结构,并测量了其室温力学性能。结果表明：原位热压烧结产物由Ti₃AlC₂和TiC相组成,Ti₃AlC₂呈典型的层状结构,TiC颗粒分布在其间。SPS法制备的Ti₂AlC/TiAl基复合材料主要由TiAl、Ti₃Al和Ti₂AlC相组成,Ti₂AlC增强相主要分布于基体晶界处,表现为晶界/晶内强化作用。力学性能测试表明：Ti₂AlC/TiAl基复合材料的密度、维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为3.85 g/cm₃、5.37 GPa、7.17 MPa?m_1/2和494.85 MPa。     

Low-temperature fabrication of high purity Ti3SiC2

In this study, we fabricated high purity Ti₃SiC₂ ceramic by mechanical alloying (MA) and spark plasma sintering (SPS), and investigated the effect of trace amount of Al on these processes. Our results show that addition of proper amount of Al significantly increases the purity of Ti₃SiC₂ in the MA and subsequent SPS products, and remarkably reduces the sintering temperature for Ti₃SiC₂. Ti₃SiC₂ sintered compact with a purity of 96.5 wt% was obtained by 10 h of MA and subsequent SPS from a starting mixture composed of n(Ti):n(Si):n(Al):n(c) = 3:1:0.2:2 at 850 °C. At 1100 °C, Ti₃SiC₂ with a purity of 99.3 wt% and a relative density of 98.9% was obtained.