碳钢坩埚表面渗铝复合涂层

以碳钢板为基板材料, 通过表面渗铝和高温化学反应在其表面形成复合保护涂层。研究了反应层厚度与反应温度、时间之间的关系, 并用光学显微镜、XRD对涂层形貌、相组成进行了表征。实验结果表明: 反应产物层厚度随反应温度、时间的增加而增加; 复合涂层由过渡层和反应产物层组成, 过渡层组成为Fe₃Al及少量Fe₂Al₅、Fe₁₄Al₈₆、Al₂O₃, 反应产物层组成为TiB₂、MgO和少量的Mg₂TiO₄、Mg₂B₂O₅、Fe₃Al、FeAl、Ti₂B₅。      

添加剂对离心SHS陶瓷复合钢管组织性能的影响

针对Al-Fe₂O₃铝热体系, 采用SiO₂和Na₂B₄O₇作为添加剂, 利用离心自蔓延高温合成(SHS)技术制备了陶瓷复合钢管, 研究了添加质量分数7%SiO₂和2%、 4%、 6% Na₂B₄O₇对复合管陶瓷层组织结构和力学性能的影响。XRD分析结果表明陶瓷层的主要成分有α-Al₂O₃、 FeAl₂O₄、 Al₂SiO₅、 B₂O₃等; SEM观察发现陶瓷层表面晶粒排布致密, 结合能谱分析陶瓷层中含有Fe单质; 金相显微镜观察结果表明陶瓷层和Fe过渡层结合良好, 没有间隙存在; 复合钢管的抗剪强度和压溃强度测试结果表明: 添加质量分数为7% SiO₂和4% Na₂B₄O₇的陶瓷复合钢管的抗剪强度和压溃强度分别达到22 MPa和430 MPa, 比未添加添加剂的样品分别提高了240%和22.8%。      

高长径比硼酸镁晶须的制备及生长机理研究

以六水氯化镁和硼砂为原料, 以氯化钠、氯化钾作为助熔剂, 通过熔盐法制备出长为200~800μm, 最大长径比为250, 品质均匀的硼酸镁晶须. 采用XRD分析、光学显微和SEM观察, 研究产物的结构和形貌, 并研究不同n(B)/n(Mg)、反应温度和时间对硼酸镁晶须生长过程及质量的影响, 结果表明, 反应的最佳条件是n(B)/n(Mg)=3:1、反应温度为900℃、恒温时间为6h. 根据XRD分析, 表明Mg₂B₂O₅晶须的生成经过中间产物方硼石Mg₃B₇O₁₃Cl的转化过程, 晶须生长需要一个富硼的环境. 晶须的生长机理符合L-S机理.     

纳米Nd2O3对TC11钛合金微弧氧化层耐磨性及高温抗氧化性能的影响

为了提高TC11钛合金耐磨性及高温抗氧化性，通过添加不同浓度Nd₂O₃颗粒制备了Nd₂O₃颗粒掺杂的微弧氧化层。采用扫描电镜、X射线衍射仪等研究了Nd₂O₃浓度对TC11钛合金表面微弧氧化层微观结构、物相组成的影响，并评价了涂层的耐磨性与高温抗氧化性能。结果表明：添加Nd₂O₃颗粒后，膜层表面的微孔数量减少，膜层物相以金红石型TiO₂和锐钛矿型TiO₂为主，随着Nd₂O₃浓度的增加，Nd元素在膜层中的含量逐渐增加，膜层厚度先增大后减小；在Nd₂O₃浓度为1 g/L时，所制备的微弧氧化层综合性能最佳，膜层平均厚度8.68μm,磨损失重0.43 mg,磨痕宽度598.04μm,高温氧化增重0.139 mg/cm²。与TC11钛合金基体和未添加Nd₂     

Nd2Zr2O7烧绿石A、B位晶格固化钍的结构演化及化学稳定性研究

A₂B₂O₇烧绿石以其高包容性和物理化学稳定性而成为高放废物固化体候选基材。研究通过喷雾热解-高温烧结制备了Nd₂Zr₂O₇烧绿石A、B位钍掺杂Nd_1.8Th_0.2Zr₂O₇和Nd₂Zr_1.8Th_0.2O₇固化体, 利用不同检测手段分析样品结构, 并通过MCC-1方法研究了样品化学稳定性。Nd₂Zr₂O₇烧绿石A和B位掺杂Th均能形成纯烧绿石结构, 掺杂将造成烧绿石结构中48f氧位置参数增大, 烧绿石向无序化结构转变。A位掺杂导致烧绿石AO₈六面体结构扭曲, B位掺杂导致BO₆八面体部分形变。Nd_1.8Th_0.2 Zr₂O₇和Nd₂Zr_1.8Th_0.2O₇固化体在42 d周期后Th离子浸出率在10^-5 g·m^-2·d^-1量级, 说明锕系核素Th在Nd₂Zr₂O₇的A、B位均能很好地被包容, 固化体表现出优异的物理化学性能。     

燃烧合成法制备CaB6的研究

以CaO、B2O3、Mg粉为原料燃烧合成制备了CaB6粉末.考察了不同反应体系的差热曲线,采用XRD、SEM以及粒度分析技术对燃烧产物、浸出产物进行了表征.结果表明:Mg-B2O3-CaO反应体系872℃附近放热峰的表观活化能E=15.71kJ·mol-1,反应级数n=1.1,反应的表观活化能很小,说明合成CaB6的反应容易发生.燃烧产物由MgO、CaB6以及少量的Mg3B2O6和Ca3B2O6等组成,在空气中进行燃烧合成反应并不生成氮化物;燃烧产物经硫酸浸出处理后CaB6纯度达92.5%;随着制样压力的增大,CaB6粒度逐渐变小.     

燃烧合成ZrB2 / Al2O3 复合粉体及其界面分析

采用燃烧还原合成技术, 以还原体系(B₂O₃ + ZrO2 + Al) 为反应体系制备了ZrB₂ / Al₂O₃ 复合粉体。利用X射线衍射(XRD) 、X 射线光电子能谱(XPS) 和透射电镜( TEM、HRTEM) 对复合粉体的物相组成、化学组成及界面结构进行了表征分析。结果表明, 复合粉体中存在Zr 、B、Al 和O 元素且它们分别以ZrB₂ 和Al₂O₃ 为主要存在形式, ZrB₂ 和Al₂O₃ 为复合粉体的主晶相。复合粉体中有少量ZrO2 的存在, 分析认为是合成反应过程中未参加反应的ZrO2 。ZrB₂ 和Al₂O₃ 颗粒间形成了结合良好的界面, 这主要与ZrB₂ 的结晶过程有关。      

(SiC,TiB2)/B4C复合材料的烧结机理

研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB₂)/ B₄C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B₄C与Si₃N₄和少量SiC、TiC为原料,Al₂O₃＋Y₂O₃为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB₂和少量的BN,制取了(SiC, TiB₂)/B₄C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。      

AlB2对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料及其裂解产物力学性能的影响

以AlB₂和SiC颗粒填充酚醛树脂作为基体,高硅氧纤维作为增强体,制备了高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料。研究了不同添加量的AlB₂颗粒对高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温和1200℃裂解产物性能的影响,并分析了AlB₂颗粒对其裂解产物的增强机制。结果表明:随着AlB₂颗粒的添加,高硅氧纤维/可瓷化酚醛树脂复合材料常温下的弯曲强度逐渐减小,但其1200℃裂解产物的弯曲强度先增大后减小。当AlB₂颗粒与酚醛树脂的质量比为12%时,裂解产物的弯曲强度提高最为显著,相比未添加AlB₂颗粒的复合材料,其裂解产物的弯曲强度提高了16.4%。AlB₂颗粒在1200℃有氧环境中反应生成由B₂O₃ 、Al₂O₃和Al₂₀B₄O₃₆组成的共熔体,填充了树脂基体裂解产生的孔隙,明显减少复合材料裂解产物的结构缺陷,阻止内部材料进一步氧化,提高了裂解产物的力学性能。      

锆基烧绿石Nd2Zr2O7固化锕系核素钍

A₂Zr₂O₇锆基烧绿石因优异的辐照和化学稳定性能成为高放废物固化的理想基材。以硝酸锆、硝酸钕、硝酸钍作为原料, 通过柠檬酸络合方法, 在1200℃保温12 h成功制备了含20at%钍的Nd_1.8Th_0.2Zr₂O_7.1烧绿石固化体。产物采用X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱以及拉曼光谱表征。结果表明: Th替代Nd进入A₂Zr₂O₇的A位, Nd_1.8Th_0.2Zr₂O_7.1固化体保持单一的烧绿石结构; Th⁴⁺的离子半径小于Nd³⁺, 导致固化体晶格常数减小; 通过Scherrer公式计算和SEM观察, 样品平均粒径为50 nm左右; 制备的固化体致密度高。随着Th成分的增加, Nd_1.8Th_0.2Zr₂O_7.1固化体烧绿石结构的无序化程度增加。     

高温热处理对SiBCN/HfC复相陶瓷物相组成及微观结构的影响

采用高能球磨-机械合金化法制备出非晶SiBCN粉末, 并用放电等离子烧结(SPS)法制备SiBCN/HfC复相陶瓷。用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、场发射透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等研究了高温热处理对其物相组成与微观形貌的影响。研究结果表明, 在机械合金化制备非晶SiBCN粉体过程中引入的氧, 使BN氧化生成B₂O₃。在陶瓷烧结时部分HfC发生氧化生成HfO₂, 使1600 ℃热处理后, HfO₂经碳热还原反应还原成HfB₂, 并在陶瓷基体内产生气孔。在1650和1800 ℃热处理过程中, HfO₂被还原成HfB₂后, 基体中的HfC按照HfC + 2C + B₂O₃ = HfB₂ + 3CO反应转化为HfB₂。引入氧使SiBCN/HfC陶瓷在高温下发生物相转化, 陶瓷基体也因气体产物的挥发变得疏松多孔。因此, 控制氧含量对SiBCN/HfC复相陶瓷的高温应用具有一定的借鉴意义。     

Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成

为改善低品位Mg基材料高温性能,采用烧结Mg砂、金属Al粉、单质Si粉和Al₂O₃粉为主要原料,制备了Mg-α-SiAlON/MgO复合材料。通过XRD、SEM及EDS等检测手段,研究了不同原料质量分数及氮化温度条件下Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中Mg-α-SiAlON的原位合成,结合热力学分析确定了合成Mg-α-SiAlON的气氛条件并分析了合成Mg-α-SiAlON的反应机制。结果表明：1 550℃时的氮、氧分压满足合成Mg-α-SiAlON的热力学条件。当烧结Mg砂粉、Al粉、Si粉和Al₂O₃粉的质量分数之和为40wt%时,1 550℃保温3 h氮化后的Mg-α-SiAlON/MgO复合材料中板片状Mg-α-SiAlON相生成量最高可达32.1%,且相互交错构成骨架,将低熔点物相包裹其中。利用烧结Mg砂原位氮化制备Mg-α-SiAlON/MgO复合材料,有利于提高Mg基材料的抗热震性能。     

液硅渗透法制备SiBC改性C/CSiC复合材料

为了降低液硅渗透法制备C/C-SiC复合材料中残留Si的含量, 采用浆料浸渗结合液硅渗透工艺制备B₁₂(C, Si, B)₃改性C/C-SiC复合材料。通过分析不同比例B₄C-Si体系在不同温度的反应产物, 确定了B₁₂(C, Si, B)₃的生成条件。结果表明: B₄C和Si在1300℃开始反应, 生成少量B₁₂(C, Si, B)₃和SiC, 且B₁₂(C, Si, B)₃的生成量随反应温度的升高而增加; 当B₄C和Si的摩尔比为3:1、 反应温度为1500℃ 时, 产物为B₁₂(C, Si, B)₃和SiC; 液硅渗透法制备的C/C-SiC复合材料相组成为非晶态C、 β-SiC和B₁₂(C, Si, B)₃, 未见残留Si。     

恒温环境中ZrB2氧化行为模拟

二硼化锆(ZrB₂)是一种应用于高超声速飞行器的新型防热材料, 近年来受到广泛关注。本研究根据ZrB₂在不同温度下的氧化产物二氧化锆(ZrO₂)与三氧化二硼(B₂O₃)的微观结构和形貌, 改进了原有的ZrB₂氧化唯象模型, 研究了ZrB₂的氧化行为, 提出了中等温度区间液态B₂O₃的生成、蒸发、填充的动态平衡关系, 并考虑了孔隙出口处的B₂O₃蒸气浓度。研究结果表明: 改进后的模型能够预测低流速准静态条件下ZrB₂的氧化行为, 与加热炉中的样品恒温氧化测试结果吻合良好; 孔隙对氧化过程有较大影响, 在相同的温度、氧分压下, 孔隙率越大, 被氧化程度越高; 在基材表面存在B₂O₃液态膜的情况下, 扩散过程对氧化速率的控制被极大地降低, 材料表现出最强的抗氧化性能。     

四硼酸锂电解液浓度对Zr-4合金微弧氧化陶瓷层的影响

为了提高Zr-4合金在核工业中的服役性能并避免引入杂质元素,以Li₂B₄O₇为电解液在Zr-4合金表面制备微弧氧化陶瓷层,研究了Li₂B₄O₇浓度对微弧氧化陶瓷层的物相组成、微观形貌、膜层厚度、硬度、粗糙度、耐磨损和耐腐蚀性能的影响。结果表明：当ρ(Li₂B₄O₇)=3～15 g/L时,随着Li₂B₄O₇浓度的增加,电解液的电导率持续增加,陶瓷层的粗糙度总体持续增加,只在电解液浓度从6 g/L变化到9 g/L时稍有下降,微弧氧化陶瓷层厚度先在ρ(Li₂B₄O₇)=3～9 g/L范围内持续下降,后在ρ(Li₂B₄O₇)=9～15 g/L范围内上升;陶瓷层的硬度先是在ρ(Li₂B...     

粉末烧结法制备α-堇青石基玻璃陶瓷的析晶动力学和性能

在堇青石化学计量组分和非堇青石化学计量组分中分别添加B₂O₃, 通过玻璃粉末烧结法制备玻璃陶瓷,并研究了玻璃陶瓷的性能, 包括非等温析晶动力学、热学、力学和介电性能。本研究使用非堇青石化学计量组分制备了α-堇青石基玻璃陶瓷, 并加入B₂O₃促进α-堇青石析出, 提高MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃的结晶能力。玻璃成分中过量的MgO和SiO₂不会影响玻璃的析晶能力, 但会影响析晶的类型; 增加B₂O₃含量可以制备低热膨胀系数的α-堇青石基玻璃陶瓷, 但会降低玻璃陶瓷的软化点。此外, 增加B₂O₃含量还可以提高玻璃陶瓷的致密性和强度。α-堇青石基玻璃陶瓷的最大抗弯强度、弹性模量、断裂韧性和体积密度分别为(42.4±3.0) MPa、(34.0±2.9) GPa、(0.7±0.15) MPa·m^1/2和1.53 g/cm³。制备的α-堇青石基玻璃陶瓷表现出良好的介电性能(介电常数低至3.5), 热膨胀系数低至4.22×10^-6 K^-1。     

尖晶石型AFe2O4催化剂的制备及其催化燃烧甲苯的研究

通过溶胶-凝胶-自蔓延燃烧法制备尖晶石型AFe₂O₄(A=Cu, Co, Ni, Mg, Zn)催化剂, 以甲苯为VOCs模拟气, 考察AFe₂O₄催化剂对VOCs的催化燃烧活性, 并采用XRD、N₂吸附-脱附、SEM、TEM、H₂-TPR、XPS对催化剂进行表征分析。结果表明: AFe₂O₄表现出较好的催化燃烧活性, 其中CuFe₂O₄的催化燃烧活性最佳, 起燃温度(T50)和完全燃烧温度(T90)分别为188℃、239℃。AFe₂O₄具有明显的片状尖晶石晶体, 并形成以介孔为主的多级孔结构, 该特点为催化剂提供了大量表面活性位。A位元素种类对其催化燃烧活性影响较大, 当A位元素为Cu时, Cu的H₂还原峰面积远大于其他元素, H₂还原温度仅为289℃, 表面亲电子氧和氧空位浓度占氧元素总量(O_ele/O_1S)的36%。CuFe₂O₄为片状反尖晶石晶型, 晶格体积仅为0.294 nm³, 并伴有CuO和α-Fe₂O₃物种。以介孔为主的多级孔结构、特有的片状反尖晶石晶型以及该晶型与CuO和α-Fe₂O₃的协同作用是CuFe₂O₄催化燃烧活性提高的主要原因。     

Al( Cr) 2O32Cr(Mo) 陶瓷基复合材料的制备与组织

在Al-Cr₂O₃ 体系中引入稀释剂(Al₂O₃ 、Cr₂O₃ ) 和反应性添加剂(MoO₃ ) 。利用热爆式燃烧合成法成功制备了含有细小棒状金属相共晶体的Al (Cr) ₂O₃-Cr (Mo) 陶瓷基复合材料。探讨了反应体系成分和制备工艺对复合材料微观组织的影响。对燃烧合成熔体施加1. 26 MPa 压力, 致密度可达90 %左右。陶瓷基体具有3 种形态:边界较圆整的块状, 细小的、按一定的取向交叉排列的长条状以及粗大的长条状。金属相以颗粒状分布在陶瓷晶体内或晶界处, 或与陶瓷相形成共晶组织。产物的共晶体呈准规则的结构, 细小棒状的金属相弥散分布在连续的陶瓷基体中。共晶体的分布具有区域性。原位生成的长条状陶瓷晶粒及金属相呈棒状的共晶结构是制得的复合材料的重要组织特征。      

Properties and Structures of Bi2O3-B2O3-TeO2 Glass

Glass formation range of Bi₂O₃—B₂O₃—TeO₂ system has been investigated（B₂O₃ < 40 mol%）.Four glasses with compositions xBi₂O₃—3OB₂O₃—（70—x）TeO₂（x = 40,50,60 and 70 mol%） have been prepared by using melt quenching technique.The effect of Bi₂O₃ content on thermal stability,optical properties and structures of these four Bi₂O₃—B₂O₃—TeO₂ glasses is systematically investigated by inductive coupled plasma emission spectrometer（ICP）,differential scanning calorimetry（DSC）,Raman spectra and X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）.It is found that the density,refractive index and optical basicity increase with increasing Bi₂O₃.The Raman spectra and XPS spectra show that the glass network is mainly constituted by the[BiO₆] octahedron,[TeO₄]trigonal bipyramidal,[TeO₃]trigonal pyramid,[BO₃]trigonal pyramid and[BO₄]tetrahedron structural units.With increasing Bi₂O₃,the coordination number around B atom changes from 3 to 4 and [TeO₄]units are converted to[TeO₃]units.Bi⁵⁺ ions may exist in Bi₂O₃—B₂O₃—TeO₂（BBT） system and their amount grows with increasing Bi₂O₃ content.     

B2O3-Al-C 体系自蔓延燃烧模式的研究

研究了B₂O₃-Al-C 体系的燃烧规律, 利用波速方程确定了B₂O₃-Al-C 体系的反应激活能, 并由此建立了该体系燃烧模式转化的SHS 图。试验中还发现, 体系中出现的不稳定燃烧实际为螺旋燃烧模式。由此, 通过计算机数值模拟不同参数下出现的典型螺旋燃烧的温度场, 并结合实验结果对螺旋燃烧进行了解释。