Bi2O3助熔剂对CaO-B2O3-SiO2/Al2O3玻璃陶瓷复合材料性能的影响

以CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)玻璃粉体和Al₂O₃陶瓷粉体为原料,通过在CBS与Al₂O₃的质量比固定为50:50的玻璃-陶瓷复合材料中添加适量的Bi₂O₃作为烧结助熔剂,探讨了Bi₂O₃助熔剂对CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能、抗弯强度和热膨胀系数的影响规律.研究表明:Bi₂O₃助熔剂能通过降低CBS玻璃的转变温度和黏度促进CBS/Al₂O₃复合材料的致密化进程,于880 ℃下烧结即能获得结构较致密、气孔较少的CBS/Al₂O₃复合材料.然而,过量添加Bi₂O₃将使玻璃的黏度过低,从而恶化CBS/Al₂O₃复合材料的烧结性能、介电性能及抗弯强度.当Bi₂O₃的添加量为CBS/Al₂O₃复合材料的1.5wt%时,于880 ℃下烧结即能获得最为致密的CBS/Al₂O₃复合材料,密度为2.82 g·cm^-3,这一材料具有良好的介电性能(介电常数为7.21,介电损耗为1.06×10^-3),抗弯强度为190.34 MPa,0~300 ℃的热膨胀系数为3.52×10^-6 K^-1.     

Y2O3添加对MA-CA2-CA6复合材料烧结行为的影响

为适应材料轻量化的发展需要,在1 400~1 600℃条件下制备了MA-CA_2-CA_6复合材料,并考察了添加Y_2O_3对该复合材料烧结行为的影响。结果表明,添加的Y_2O_3固溶入了CA_6、MA相中,Y~(3+)通过取代Ca~(2+)、Mg~(2+)有效地促进了MA晶粒的提前长大,抑制了CA_6晶粒的异常长大;另一方面,添加过量的Y_2O_3与体系中的Al_2O_3反应生成Y_3Al_5O_(12)新相,使得CA_6相的生成量减少,同时由于MA相提前长大限制了CA_6相的生长空间,进一步促进了CA_6晶粒形貌由片状向等轴状趋势发展。以上因素共同作用,促进了MA-CA_2-CA_6复合材料的烧结行为。当Y_2O_3的添加量为2%时,经1 600℃保温2h烧成后,试样的显气孔率由19.2%下降至4.8%,体积密度由2.78g/cm~3上升至3.24g/cm~3,制得的MA-CA_2-CA_6复合材料中MA、CA_2、CA_6及少量Y_3Al_5O_(12)晶相呈现交织分布,显微结构致密,力学性能得到改善。     

ZrO2(Y2O3)含量对双峰晶粒度分布Mo-12Si-8.5B-ZrO2(Y2O3)复合材料力学性能的影响

多相Mo-12Si-8.5B合金是一种很有应用前景的高温结构材料,为了同时提高Mo-12Si-8.5B合金的强度和韧性,提出了采用纳米ZrO₂(Y₂O₃)强韧化具有双峰晶粒度分布Mo-12Si-8.5B复合材料的方法。首先采用溶胶-凝胶和高温氢还原法制备了纳米Mo-ZrO₂(Y₂O₃)复合粉末,然后以纳米Mo-ZrO₂(Y₂O₃)粉末和微米Mo粉末为原材料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有双峰晶粒度分布的Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料。结果表明,随着ZrO₂(Y₂O₃)含量的增加,制备的Mo-ZrO₂(Y₂O₃)纳米粉末的粒度和烧结体相对致密度均逐渐减小,ZrO₂(Y₂O₃)含量小于2.5wt%时,烧结体的相对致密度均大于98.1%。当ZrO₂(Y₂O₃)含量为1.5wt%和2.5wt%时,复合材料具有较高的硬度(9.76~9.98 GPa),抗弯强度(672~678 MPa)和断裂韧性(12.68~12.82 MPa·m1/2)。Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料中Mo晶粒细化、粗细Mo晶粒的晶界强化和纳米ZrO₂(Y₂O₃)颗粒第二相强化是提高硬度和抗弯强度主要原因;复合材料中粗晶粒Mo和纳米ZrO₂(Y₂O₃)有助于断裂韧性的提高,材料的增韧机制主要是裂纹偏转和裂纹桥接。      

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料。对ZrW₂O₈/ZrO₂前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW₂O₈和m-ZrO₂相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW₂O₈质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料在30~600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0。      

低温燃烧法制备(W,Mo)C/Al2O3/La2O3复合粉末及性能

为了开发出一种无黏结相硬质合金来减少传统硬质合金中钴元素的应用,采用化学法制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃。以偏钨酸铵、钼酸铵、硝酸铝、硝酸镧、尿素和葡萄糖为原料,通过低温燃烧法探究硝酸盐和尿素、葡萄糖的不同配比,得出最优配比后还原炭化制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃粉末。在1500~1800℃经离子烧结制备(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃无黏结相材料,研究其力学性能并分析强韧化机制。结果表明:硝酸盐和尿素的最佳摩尔配比为1∶2,硝酸盐和葡萄糖的最佳摩尔配比为1∶0.5,加入葡萄糖后颗粒尺寸减小了0.28μm,比表面积提高了75.64%。致密度、维氏硬度和抗弯强度在1600℃时达到最大值分别为:98.45%,2202HV和1203 MPa,断裂韧度在1500℃时达到最大值为7.52 MPa·m^1/2。由于晶粒的细化及第二相颗粒的增韧的影响,(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1500~1600℃时以沿晶断裂和穿晶断裂为主;晶粒长大以及孔隙的出现导致(W,Mo)C/Al₂O₃/La₂O₃在1700~1800℃时以沿晶断裂为主。     

Sc2W3O12/ZrO2可控热膨胀复合材料的制备

采用固相法成功制备了纯度较高的各向异性负热膨胀材料Sc₂W₃O₁₂。将ZrO₂与Sc₂W₃O₁₂按一定体积比混合, 在1200 ℃烧结10 h制备Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料。通过XRD、SEM、EDS和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。结果表明: 样品组元为正交相Sc₂W₃O₁₂和单斜相ZrO₂; 在 30~600 ℃内, Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料的热膨胀系数皆线性一致, 并且通过改变Sc₂W₃O₁₂的体积分数, 其热膨胀系数可以控制为正、负或零, 其中60%Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料在30~600 ℃的平均热膨胀系数为0.026×10^-6 ℃^-1, 近似为0。     

Al2O3@Y3Al5O12纳米短纤维对铝合金基复合材料的增强作用

采用一种具有芯-壳结构的复合纳米纤维增强铝合金复合材料,可以在提高抗拉强度的同时增加塑性。通过真空热压烧结技术制备了Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂复合纳米短纤维增强2024铝合金复合材料。研究了纤维添加质量分数对复合材料致密度、硬度、抗拉强度及延伸率的影响;并探究了芯-壳结构在复合材料增韧中的作用。结果表明:Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维具有良好的分散性,在超声分散及机械搅拌混粉后均匀吸附在铝合金颗粒表面,无分层及团聚现象;经热压烧结后,Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维以短纤维形态均匀分散在铝合金基体内,少量添加Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维起到了桥联和孔洞填充作用,使复合材料致密度和硬度提高;添加质量分数为1wt%时,抗拉强度和延伸率取得最大值,由铝合金的249.3 MPa、2.9%增加到299.1 MPa、4.3%。Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维的添加可以细化晶粒,阻碍裂纹扩展,且在拔出/断过程中Al₂O₃@Y₃Al₅O₁₂纳米短纤维芯-壳结构的塑性变形起到了增强增韧作用。      

Al2O3纤维对SiO2基陶瓷型芯的烧缩阻滞

向SiO₂基体粉料中添加Al₂O₃纤维,采用热压注法制备Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯。分析Al₂O₃纤维含量对陶瓷型芯性能的影响。研究结果表明：Al₂O₃纤维含量对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率、体积密度和抗弯强度均有较大的影响。当Al₂O₃纤维含量大于1wt%时,Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯的线收缩率大幅度降低,稳定在0.335%左右,体积密度随之降低,稳定在1.790 g · cm^-3左右;当Al₂O₃纤维含量为1wt%时,陶瓷型芯抗弯强度达最大值20.48 MPa。分析了Al₂O₃纤维对Al₂O₃/SiO₂陶瓷型芯烧结收缩的阻滞作用机制。     

多层陶瓷结构Al2O3-Fe2O3/3Y-TZP梯度复合陶瓷的制备及性能

为更好地实现口腔修复体的美学修复效果,采用掺杂不同含量Fe₂O₃（0.01wt%~0.09wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的3 mol% Y₂O₃稳定的ZrO₂（3Y-TZP）粉体为原料,经过铺粉、压制、烧结等工艺制得色度渐变的多层陶瓷结构Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷。对该梯度复合陶瓷的色度分布、烧结性能和力学性能进行检测,同时研究了Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂对3Y-TZP陶瓷组织和性能的影响。结果表明,制得的Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷色度由红黄向白色沿成分变化方向呈梯度变化,与天然牙齿色度分布规律一致;力学性能呈梯度变化并从无色端到有色端逐渐降低,但仍满足牙科使用需求（≥ 800 MPa）;在无色瓷层中掺杂微量Al₂O₃（0.1wt%）可以改善Al₂O₃-Fe₂O₃/3Y-TZP梯度复合陶瓷的烧结性能,避免在预烧结过程中发生开裂。微量Fe₂O₃和Al₂O₃的掺杂会促进其在烧结过程中的致密化及晶粒长大;微量Fe₂O₃（0.01wt%）和Al₂O₃（0.1wt%）的掺杂有助于提高3Y-TZP陶瓷的挠曲强度,然而随着Fe₂O₃掺杂量的继续增多（≤ 0.09wt%）挠曲强度降低。      

高温N2气氛下树脂结合刚玉材料中阿隆相的形成机制

以酚醛树脂为结合剂,分别以100wt%烧结刚玉细粉、100wt%电熔刚玉细粉和50wt%烧结刚玉加50wt%电熔刚玉混合细粉为原料制备试样,试样在N₂气氛下经1 500℃和1 600℃烧成,对烧后试样进行XRD、SEM和EDAS表征分析。结果表明：1 500℃烧后试样中生成了γ-AlON（Al₅O₆N）和12H多型体（Al₆O₃N₄）,1 600℃烧后试样中生成了γ-AlON（Al₅O₆N）、21R多型体（Al₇O₃N₅）和16H多型体（Al₈O₃N₆）。1 600℃烧成试样中生成的阿隆（AlON）含量较1 500℃烧成试样显著增多。在相同温度下,50wt%烧结刚玉加50wt%电熔刚玉混合细粉试样中生成的AlON含量最多,100wt%电熔刚玉细粉试样次之,100%烧结刚玉细粉试样中生成的AlON含量最少。分析了AlON的形成机制并建立了刚玉细粉与碳的反应模型。     

WC-40%Al2O3复合粉末二步热压烧结

以高能球磨机械合金化制得的WC-40%Al₂O₃复合粉末为原料,采用二步热压烧结法制备复合块体。首先将粉末坯体在压力条件下加热到较高的温度 T₁,获得相对致密的坯体结构,此时存在临界的可收缩气孔,然后将其保温在一个相对较低的温度 T₂,通过低温保温实现致密化。由于烧结过程温度相对较低,晶粒长大被有效抑制。采用XRD、SEM、扫描探针（SPM）对复合材料的物相、微观结构进行表征,并进行正交实验分析第二步烧结温度以及保温时间对复合块体微观组织和力学性能影响。结果表明：当 T₁=1600 ℃、T₂=1450 ℃保温6 h时,WC-40%Al₂O₃复合材料成形致密度达到99.03%,维氏硬度和断裂韧性分别为18.36 GPa和10.4 MPa·m^1/2,抗弯强度为1162.1 MPa.     

研磨-焙烧法制备La2O3/BiOCl复合光催化剂及其对高浓度染料降解性能

首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片, 然后利用研磨-焙烧法将La₂O₃纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中, 制备了一系列La₂O₃/BiOCl复合光催化剂(La₂O₃: 1wt%、2wt%、4wt%、8wt%)。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征。以紫外灯(λ = 254 nm)为光源, 评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙II(40×10^-6)的活性。结果表明, 经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能, 同时2~5 nm的La₂O₃纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面。200℃焙烧制备的1wt%La₂O₃/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基, 对染料表现出较强的吸附性能。该催化剂表现了最高的光催化活性, 活性为纯BiOCl的2.4倍。另外, La₂O₃/BiOCl中的La³⁺提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子, 从而阻止了光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的复合, 有利于光催化活性的提高。     

CuFe2O4/纳米纤维素磁性复合材料的制备及催化性能

采用简单易行的一锅溶剂热法原位合成CuFe₂O₄/纳米纤维素（CuFe₂O₄/CNC）磁性复合材料,并研究CuFe₂O₄/CMC磁性复合材料催化剂在NaBH₄作用下催化还原4-硝基酚（4-NP）性能。结果表明:所制备的CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料为单一尖晶石结构,具有超顺磁性,纳米颗粒尺寸约为10 nm,其饱和磁化强度为33.15 emu·g-1。与CuFe₂O₄纳米颗粒相比,CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料的比表面积提高到89.9 m2·g-1（CuFe₂O₄纳米颗粒的比表面积为53.9 m2·g-1）。CNC有助于改善CuFe₂O₄的单分散性,且对4-NP的吸附作用能加快反应的传质速率。将CuFe₂O₄/CNC磁性复合材料用于催化还原4-NP,反应符合一级动力学特征;当CNC的添加量为0.2 g时,可以将4-NP（100 μL,0.005 mol·L-1）溶液在25 s催化还原完全,表现出优异的反应活性。催化剂循环使用5次后,对4-NP的转化率仍能保持90%以上。      

MgAl2O4:Mg荧光粉的合成及其发光性能

用超声辅助聚丙烯酰胺凝胶法合成了MgAl₂O₄:Mg荧光粉。在MgAl₂O₄体系中引入的Mg金属颗粒抑制了MgAl₂O₄相的形成,在900℃及以上的温度烧结MgAl₂O₄:Mg干凝胶粉末,镁颗粒氧化成MgO。Mg金属颗粒的引入使MgAl₂O₄:Mg荧光粉的形貌由细小的纳米颗粒变为方便面型;MgAl₂O₄:Mg荧光粉的颜色由在600℃烧结时的暗棕色变为在800℃烧结时的白色,在1000℃烧结时白色变暗。随着烧结温度的提高MgAl₂O₄:Mg荧光粉的能带先增大后略微减小。引入镁颗粒使荧光光谱中位于395和425 nm的两个荧光峰淬灭,在650、656和680 nm出现三个新的荧光发射峰,且随着烧结温度的提高发光强度减弱。金属颗粒的表面等离子体共振导致MgAl₂O₄主晶格荧光淬灭,缺陷能级使MgAl₂O₄:Mg荧光粉产生了新的荧光发射峰。     

MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料的制备及其电化学性能EI北大核心CSCD

采用水热法制得一种尖晶石型MgCo_(2)O_(4)海胆状电极材料,并通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电化学工作站对产物进行了表征和电化学性能测试。通过改变所制备材料的水热反应时间,制备出团簇结构、分布较均匀以及密集度较高的MgCo_(2)O_(4)海胆状形貌。结果表明,当水热反应时间为6 h时所获得的MgCo_(2)O_(4)电极材料结构较为完善、尺寸较为均匀、电化学性能较为优异,而且在电流密度为1 mA/cm^(2)情况下,面积比电容高达6.75 F/cm^(2)。另外,对该MgCo_(2)O_(4)海胆状材料在20 mA/cm^(2)的电流密度下循环1000周次后,面积比电容保持为原来的88.4%,表现出良好的循环性能。     

Fe3O4/高岭土磁性复合材料对Cu2+的吸附性能

为实现高岭土（Kaolin）在Cu²⁺废水处理中的实际应用,采用球磨方法制备了剥离Kaolin,并通过氧化沉淀法制备了Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料。通过激光粒度分析仪、SEM、XRD对Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料的形貌及组成进行表征,并通过测试Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的饱和吸附量和磁分离回收率,确定了当Kaolin球磨4.0 h、掺量为3.0 g时所制备的Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的吸附性能最佳,平衡吸附量为17.98 mg/g。磁滞回线结果表明,Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料具有较好的磁响应性,饱和磁化强度约为16.19 emu/g。此外,采用Langmuir和Freundlich吸附等温式对Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料的吸附数据进行拟合,结果表明,Fe₃O₄/Kaolin磁性复合材料对Cu²⁺的吸附行为基本符合Langmuir吸附等温模型和Freundlich吸附等温模型,既存在单分子层吸附,也存在多分子层吸附。     

Influence of rare-earth oxides on structure and crystallization properties of Bi2O3–B2O3 glass

Bi₂O₃·B₂O₃ glasses doped with rare-earth oxides (RE₂O₃) (RE³⁺ = La³⁺, Pr³⁺, Sm³⁺, Gd³⁺, Er³⁺ and Yb³⁺) were prepared by the melting–quenching method. The relationships between composition and properties were demonstrated by IR, DSC, XRD and SEM analysis. The results show that the network structure resembles that of undoped Bi₂O₃·B₂O₃ glass, composing of [BO₃], [BO₄] and [BiO₆] units. RE₂O₃ stabilizes the glass structure as a modifier. Transition temperature (T_g) increases linearly with cationic field strength (CFS) of RE³⁺. La₂O₃, Pr₂O₃, Sm₂O₃ and Gd₂O₃ are benefit to promote the formation of BiBO₃ crystal. When Er₂O₃ and Yb₂O₃ are introduced, respectively, the main crystal phase changes to Bi₆B₁₀O₂₄. Transparent surface crystallized samples are obtained by reheating at 460–540 °C for 5 h. In this case, needle like BiBO₃ crystal or rare-earth-doped BiBO₃ crystal (Pr_xBi_1−xBO₃ and Gd_xBi_1−xBO₃) are observed, which is promising for non-linear optical application.