介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料的直接合成及其对染料的吸附性能

采用简单的一步水热合成法,在含有模板剂、铝盐、膨胀石墨和硅源的水溶液中,利用铝盐水解后所产生的弱酸性环境,直接制备出介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料,考察了铝盐的添加量对所得复合材料结构和性能的影响。采用XRD、N_2吸附和SEM对介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料的结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝为目标污染物分子,系统评价了复合材料的吸附性能。结果表明,合成时铝盐的添加量在很大范围内变化(r_(Al/Si)=0.25~2.0,体系pH值为3.1~2.3)均可获得具有较大比表面积和孔体积的介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料,且介孔SiO_2以多层膜的形式生长在膨胀石墨碳层上;当r_(Al/Si)=0.25、0.5、1.0时,复合材料孔道有序规整;当rAl/Si=1.0、2.0时,复合材料中介孔孔道规整性下降。介孔SiO_2/膨胀石墨复合材料吸附亚甲基蓝的饱和吸附量在52~55mg·g~(-1)左右,吸附行为主要符合Langmuir方程和伪二级动力学模型。     

新型核壳结构硅碳复合负极材料的制备及电化学性能（英文）

通过对氧化硅预处理得到多组分硅pSi(Si、SiO、SiO_2),再利用化学气相沉积法(CVD)设计了具有核壳结构的pSi与碳纳米纤维(CNF)的复合材料(pSi-CNF)。多组分硅中Si、SiO提供电化学可逆容量,SiO_2可以抑制硅的体积膨胀;碳纳米纤维包覆形成的壳层结构可以有效提高复合材料的导电性,同时进一步抑制硅的体积膨胀保持核壳结构的完整。通过SEM、TEM、EDS、XRD、Raman和XPS对复合物的微观结构进行分析。结果表明:pSi-CNF的粒径为5～20μm,碳纳米纤维的直径为5～40 nm, pSi-CNF复合材料中含有Si、SiO和SiO_2多种组分硅,有明显特征峰;碳纳米纤维均匀包覆于硅表面,形成核壳结构。电化学性能测试表明,在0.2 A·g~(-1)的电流密度下,经100次循环后其可逆容量为1 411 mAh·g~(-1),容量保持率为74%,具有良好的循环稳定性和较高的可逆容量;在1 A·g~(-1)的电流密度下,经300次循环后其可逆容量为735 mAh·g~(-1),容量保持率为86%,且具有良好的倍率性能。     

交联剂对HDPE/竹粉复合发泡材料性能的影响

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体塑料,偶氮二甲酰胺与氧化锌复配物为发泡剂,过氧化二异丙苯(DCP)为交联剂,采用两步模压发泡法制备了HDPE/竹粉复合发泡材料,并研究了交联剂对复合材料密度和回弹性能、发泡性能、力学性能的影响。结果表明:当交联剂的添加质量分数为0.6%时,HDPE/竹粉复合发泡材料的密度达最小值,为0.054 g/cm~3;回弹率达最大值,为90.5%;当交联剂的添加质量分数为0.4%时,复合发泡材料的泡孔分布相对多而均匀,弯曲强度达最大值,为29.3 MPa,相比未发泡材料约低8.2%,冲击强度为6.8 k J/m~2,相比未发泡材料约低16%。     

石英玻璃纤维/气凝胶复合材料的热导率计算及优化

纤维含量和直径是影响纤维/气凝胶复合材料热导率的重要参数。采用常压干燥工艺实验制备了石英玻璃纤维/SiO_2气凝胶复合材料,基于材料微观结构表征结果建立了纤维/气凝胶复合材料总体热导率的计算模型,研究了纤维含量和纤维直径对复合材料热导率的影响规律。通过二元优化(即同时优化纤维体积分数和直径)获得了复合材料的最小总体热导率,与单一优化纤维含量或纤维直径相比总体热导率可分别减少50%和20%(以1000K为例);并探讨了在不同温度条件下复合材料中最优纤维含量和纤维直径的变化规律,发现随温度升高最优纤维含量增大而最优纤维直径减小。研究结果可用于指导纤维/SiO_2气凝胶复合材料的结构设计和性能优化,促进气凝胶复合材料在航空航天、工业、建筑等领域的节能应用。     

反应熔渗制备C/C-HfC-SiC与C/C-HfC-ZrC-SiC复合材料对比研究

以C/C纤维预制体和Zr粉、Hf粉以及Si粉为原料,采用反应熔渗法制备了不同陶瓷相比例的HfC-SiC两元陶瓷与HfC-ZrC-SiC三元陶瓷改性C/C复合材料,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)分析其形貌、成分和结构,对比了其微观结构与抗烧蚀性能,探讨了熔渗机理。结果表明,Si含量的增加有利于熔渗效果,但过量Si会降低烧蚀性能。当混合熔渗料中Si质量分数达到40%时,C/C-HfC-ZrC-SiC复合材料中细晶粒的ZrHfC固溶物分布最为均匀,有效提高了其抗烧蚀性能。烧蚀后,C/C-HfC-ZrC-SiC复合材料表面产生了一层完整致密的氧化层,而C/C-HfC-SiC复合材料表面形成了多孔的氧化层。HZS4(熔渗料中Hf, Zr和Si质量比为30∶30∶40)改性复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.08 mg·cm~(-2)·s~(-1)和-3.30μm·s~(-1),相比于HS4(熔渗料中Hf和Si质量比为60∶40)改性的复合材料,质量烧蚀率下降了46.7%。     

素坯密度对气相渗硅制备C/C-SiC复合材料结构与性能的影响

三维针刺碳毡经化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)增密制备C/C素坯,通过气相渗硅(Gaseous Silicon Infiltration,GSI)制备C/C-SiC复合材料。研究素坯密度与CVI C层厚度及素坯孔隙率的变化规律,并分析素坯密度对C/C-SiC复合材料力学性能、热学性能的影响。结果表明:随着素坯密度增大,CVI C层变厚,孔隙率减小;C/C-SiC复合材料中残C量随之增大,残余Si量随之减小,SiC先保持较高含量(体积分数约40%),随后迅速降低,C/C-SiC复合材料密度逐渐减小,力学性能先增大后减小,而热导率及热膨胀系数降低至平稳。当素坯密度为1.085g/cm3时,复合材料力学性能最好,弯曲强度可达308.31MPa,断裂韧度为11.36MPa·m1/2。研究发现:素坯孔隙率较大时,渗硅通道足够,残余硅多,且CVI C层较薄,纤维硅蚀严重,C/C-SiC复合材料力学性能低;素坯孔隙率较小时,渗硅通道很快阻塞,Si和SiC含量少,而闭孔大且多,C/C-SiC复合材料力学性能也不高。     

复合纤维增强疏水SiO2气凝胶的制备及其性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,复合纤维为增强相,采用溶胶-凝胶法和常压干燥技术制备了纤维增强疏水SiO_2气凝胶复合材料。利用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、比表面积分析仪等手段对气凝胶的化学组成、形貌及结构等进行了分析,并且测量了样品的密度和抗折强度。结果表明:经常压干燥制备的SiO_2气凝胶复合材料加工成块性较好,密度在0.27g/cm~3左右,比表面积达到878.544m~2/g;随着复合纤维的掺入,凝胶填充了纤维之间的大部分微米空隙,并与纤维形成了比较密实的结构,复合材料的抗折强度提高到了1.53 MPa,使得材料有较好的韧性,适用于不规则形状的隔热。     

界面设计对Si_p/Al复合材料组织和性能的影响

采用真空气压浸渗方法制备Sip/Al复合材料,研究硅颗粒表面炭化和氮化处理对Sip/Al复合材料组织结构和性能的影响。结果表明:炭化和氮化处理可在硅颗粒表面生成炭化硅层和氮化硅层,能有效地阻止高温制备时铝对硅的溶解,提高复合材料的性能。经1300℃炭化处理2h后制得的体积分数为50%的Sip/Al复合材料,其热导率达139.98W·(m·K)-1,相比未作处理的提高约30%;经1200℃氮化处理2h后制得的体积分数为50%的Sip/Al复合材料,其热导率为128.80W·(m·K)-1,相比未作处理的提高约20%。     

硅改性酚醛/碳纤维复合材料的制备及烧蚀性能

针对酚醛树脂(RF)耐热性不足、抗烧蚀性能差,且SiO₂粒子与酚醛树脂相容性的问题,采用共凝胶法制备纳米级的SiO₂/RF杂化气凝胶,通过构建凝胶网络互穿结构,增加两相相容性,探究SiO₂/RF杂化气凝胶的微观结构、化学结构和热物理性能。制备得到硅改性酚醛/碳纤维复合材料,并对改性前后复合材料的烧蚀性能进行比较。结果表明,不同硅含量的杂化气凝胶具有凝胶骨架和孔隙双连续的结构特性,密度分别在0.145～0.160 g/cm³之间。随着硅含量提高,杂化气凝胶残留率增加,Si—O键吸收振动峰更明显,但XRD无衍射峰。综合考虑孔径分布及热物理性能,选取性能最优的杂化气凝胶制备硅改性酚醛/碳纤维复合材料,改性后复合材料的质量烧蚀率为0.046 g/s,线烧蚀率为0.074 mm/s。与未改性的复合材料相比,质量烧蚀率降低了20.7%,线烧蚀率降低了21.3%,改性后材料的抗氧化性和烧蚀后的残留率得到明显提升。     

颗粒增强Al/Si复合材料的制备工艺研究

研究用浸渗法制备颗粒增强铝硅复合材料的工艺。采用加压渗流将铝液压入到硅颗粒间隙中制备复合材料,分析了不同粒度颗粒增强相对复合材料浸渗长度及Si含量的影响。结果表明：利用浸渗法制得的Al—Si复合材料硅的体积分数可高达60％以上,随颗粒度的减小而增加。     

界面改性对SiC_p/Cu复合材料热物理性能的影响

采用热压烧结法成功制备SiC_p/Cu复合材料。采用溶胶-凝胶工艺在SiC颗粒表面制备Mo涂层,研究Mo界面阻挡层对复合材料热物理性能的影响。结果表明:过氧钼酸溶胶-凝胶体系能够在SiC颗粒表面包覆连续性、均匀性较好的MoO_3涂层,最佳工艺配比为SiC∶MoO_3=5∶1(质量比)、过氧化氢∶乙醇=1∶1(体积比),SiC表面丙酮和氢氟酸预清洗处理有利于MoO_3涂层的沉积生长。MoO_3在540℃第一步氢气还原后转变为MoO_2,MoO_2在940℃第二步氢气还原后完全转变为Mo,Mo涂层包覆致密完整。热压烧结SiC_p/Cu复合材料微观组织致密均匀,且相比原始SiC颗粒增强的SiC_p/Cu,经溶胶-凝胶法界面改性处理的SiC_p/Cu复合材料热导率明显提高,SiC体积分数约为50%时,SiC_p/Cu复合材料热导率达到214.16W·m~(-1)·K~(-1)。     

常压干燥制备疏水性SiO_2-玻璃纤维复合气凝胶及表征

以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为复合硅源,玻璃纤维为增强体,采用溶胶-凝胶和常压干燥工艺制备出疏水性SiO2-玻璃纤维复合气凝胶。利用N2吸附脱附、扫描电镜、高分辨透射电镜、红外光谱、接触角、热重-差热分析及力学测试等手段表征复合气凝胶,并分析预处理玻璃纤维时的盐酸浓度及浸泡时间对复合气凝胶密度的影响。结果表明:当玻璃纤维的预处理条件为2.5mol/L盐酸浸泡0.5h时,制备得到的SiO2-玻璃纤维复合气凝胶表观密度最低,为0.12g/cm3,孔径主要分布在2~50nm,疏水角为142°,热稳定性温度高达500℃,抗压强度为0.05MPa,弹性模量为0.5MPa。     

亚微米碳化硅粉末的制备

采用硅酸乙脂和酚醛树脂为原料,合成了具有高混合度的Ｃ／ＳｉＯ２混合物。高温碳热反应后,得到亚微米级的球状粉末,并且粉末粒度分布范围小。本文对碳热反应中一氧化硅的损失作了定量分析。结果表明,较高Ｃ／ＳｉＯ２比导致较低一氧化硅损失和较高的碳化硅产量。在１５００℃反应后,Ｃ／ＳｉＯ２＝３时,一氧化硅的损失达约２０％。而当Ｃ／ＳｉＯ２＝５时,损失＜５％。较高的Ｃ／ＳｉＯ２比对碳化硅的形成速度有明显的促进作     

Effects of amorphous silica coatings on the sintering behaviours of SiC whisker-reinforced Al2O3 composites

In this study, pressureless sintering of silicon carbide whisker (SiC_w)-reinforced alumina composites was investigated. SiC whiskers or Al₂O₃ powders were coated with amorphous silica, and sintering behaviour was analysed according to the powder characteristics of the composite. It was found that amorphous silica coatings improved densification as compared with uncoated powders, because the viscous flow allows the release of any tensile stress due to differential shrinkage between the matrix and the silicon carbide whiskers. Mullite occurred when amorphous silica coatings reacted with alumina at 1500 °C, which resisted the viscous sintering of the amorphous silica coatings.     

Crystallization behavior of silica-calcium phosphate biocomposites: XRD and FTIR studies

Silica and calcium phosphates (CaP) are the most important ingredients in bioactive materials that bond to bone and enhance bone tissue formation. In this study, silica-calcium phosphate (SiO2-CaP) composites were developed by powder metallurgy method, using silica (SiO2) and anhydrous dicalcium phosphate (CaHPO4) powders (CaP) in the ratios (wt%): 20/80, 40/60, 60/40 and 80/20. The effects of temperature and chemical composition on crystallization and phase transformation of the SiO2-CaP composites were evaluated by XRD and FTIR. Thermal treatment of the starting material suggested that CaHPO4 transforms into: y-Ca2P2O7 at 800°C; p-Ca2P2O7 at 1000°C and a-Ca2P2O7 at 1200°C. On the other hand, P-quartz was the only detected phase after thermal treatment of silica in the temperature range 800-1200 °C. For all SiO2-CaP composites, SiO2 and CaP did not modify the crystallization behavior of each other when sintered in the temperature range 800-1000°C. However, at 1200°C, CaP promoted the transformation of p-quartz into a-cristobalite. Moreover, SiO2 stabilized p-Ca2P2O7. The modifications in the crystallization behavior were related to ion substitution and formation of solid solutions.     

硅铝凝胶制备与晶化研究

本文以铝胶和硅胶为原料,采用溶胶-凝胶方法进行了硅铝凝胶形成及晶化行为研究.结果表明,要形成稳定铝硅溶胶pH值必须控制在3以下,采用氨水和乙酰丙酮可调节胶凝时间.采用XRD和TEM研究了凝胶和不同温度热处理之后粉体组成和结构,从干凝胶至莫来石的整个形成过程首先是生成硅铝尖晶石,然后才是莫来石,所得到的粉体存在较为严重的二次团聚.在硅铝凝胶中引入氟化铝有助于莫来石晶须生成.     

Preparation and microstructural evolution of carbon/carbon composites

Carbon/carbon (C/C) composites with characteristic matrix-crack pattern are key intermediate materials for preparation of carbon/silicon carbide (C/C–SiC) composites. The C/C composites were prepared by pyrolyzing carbon fiber/phenolic resin preform. The change of density, open porosity, mass loss and specially the microstructural evolution of the composites during pyrolysis at 200–900 °C was analyzed, which provided important information for preparation of C/SiC composites by infiltration of silicon. An increasing number of regular spacing cracks were formed above 400 °C. After pyrolysis at 900 °C, the pore volume was 0.17 cm³/g, and the pores in the radius range of 2.44–122.19 μm occupied 81% of the pore volume.     

针刺C/SiC复合材料拉-压疲劳特性与失效机理EI北大核心CSCD

研究了室温下针刺C/SiC复合材料的拉-压疲劳特性,并与其拉-拉疲劳特性进行了对比。结果表明:针刺C/SiC复合材料的拉-压疲劳强度略低于拉-拉疲劳强度;两种循环载荷下都存在迟滞现象,随着循环数的增大迟滞环不断右移,且偏斜程度和包围面积不断增大。采用扫描电子显微镜对失效试件的断口形貌和微观结构的观察表明:除了垂直于加载方向的基体开裂以及界面脱粘,拉-压循环加载下的细观失效机制还包括平行于加载方向的基体开裂以及层间的开裂。这些平行于加载方向的损伤使得纤维受力状态恶化,最终削弱了针刺C/SiC复合材料拉-压疲劳强度。     

PET/SiO2纳米复合材料的非等温结晶动力学

为了研究溶胶-凝胶原位聚合法合成的PET/SiO2纳米复合材料的结晶性能,用Avrami法和莫志深法对该复合材料进行了非等温结晶动力学研究。通过研究,得出以下结论:SiO2纳米粒子对基体PET具有异相成核作用,使PET的结晶温度明显升高,SiO2纳米粒子的加入使PET的结晶速率提高;SiO2粒子改变了PET基体的成核机理和生长方式;PET/SiO2纳米复合材料非等温结晶行为适合莫志深法。     

纳米SiO2/纤维素复合材料的非均相制备及其性能

采用硅酸四乙酯(TEOS)作为无机前聚物,纤维素为有机组分,利用溶胶-凝胶法在非均相乙醇溶液中制备了纳米SiO₂/纤维素复合材料。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)对复合材料的形貌、结构以及热稳定性进行表征。讨论了SiO₂含量对材料力学性能的影响。研究了主要因素碱催化剂氨水对纤维素与SiO₂复合效果的影响。结果表明,纳米复合材料的弹性模量、拉伸强度随SiO₂含量的增加先增加后减少,质量分数分别为3.1％、10.6％时弹性模量、拉伸强度达到最大。氨水加入量为3.70×10-4 mol/L时,纤维素与SiO₂的复合效果最佳。非均相制备的纳米SiO₂/纤维素复合材料同样也明显提高了纤维素材料的疏水性、热稳定性和力学性能。