新型热障涂层陶瓷La2-xGdxWMoO9的制备及其热物理性能研究

采用溶胶-凝胶自蔓延合成工艺,以Gd3+作为掺杂离子,以(NH4)6Mo7O24·4H2O,H40N10O41W12·xH2O及La(NO3)3·6H2O为前驱体原料,合成了La2-xGdxWMoO9系(LGWMO,x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷粉体。通过放电等离子烧结技术(SPS)制备出LGWMO系高致密陶瓷材料,借助XRD、激光热导仪、热膨胀系数测试仪、SEM等分析技术对材料的物相组成、热扩散系数、热膨胀系数、微观形貌等性能进行表征;研究了Gd3+离子掺杂量对LGWMO系材料热导率、热膨胀系数的影响。结果表明:少量Gd3+的掺杂(x<0.1)能降低La2WMoO9陶瓷材料的热导率,但不利于La2WMoO9陶瓷热膨胀系数的提高;在Gd3+掺杂量x=0.1时,La1.9Gd0.1WMoO9陶瓷材料具有最佳的热物理性能:热导率λ=0.65W·m-1·K-1(T=298K);热膨胀系数αL=15.04×10-6K-1(T=1273K)。     

(Gd0.8Ca0.2)2Ce2O6.6陶瓷的制备及热导率

以Gd2O3、CeO2和CaO为原料,采用固相反应法制备(Gd0.8Ca0.2)2Ce2O6.6陶瓷材料。用X射线衍射(XRD)技术和扫描电镜(SEM)研究样品的相组成和微观组织,用激光脉冲法测试样品的热扩散系数。结果表明,所制备的样品具有单一的萤石结构,组织致密且晶界清晰,其在800℃的热导率仅为YSZ陶瓷的89%,较低热导率表明该材料有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料。     

RE_(9.33)(SiO_4)_6O_2陶瓷的制备及其热学性能

利用固相反应法制备了高纯、高致密稀土硅酸盐氧基磷灰石RE_9.33(SiO_4)_6O_2(RE=La, Nd, Sm, Gd)陶瓷材料,用XRD对所合成的RE_9.33(SiO_4)_6O_2粉末和烧结得到的块体材料进行了分析表征.系统研究了RE_9.33(SiO_4)_6O_2陶瓷材料的声子速度和弹性模量,结果表明其平均声速小、弹性模型低.另外,利用Cahill模型对其热导率进行了理论计算,其极限热导率在高温下为1.18～1.22 W/m·K.从结构等各方面推断了RE_9.33(SiO_4)_6O_2陶瓷材料的低热导可能性.     

Nb2O5掺杂NiFe2O4陶瓷材料的显微结构和导电性能

以NiO、Fe2O3和Nb2O5为原料,采用固相烧结法合成陶瓷粉体,通过等静压-气氛烧结法制备Ni1-xNbxFe2O4(x=0,0.02,0.05,0.07,0.10,0.20)陶瓷试样,并对其进行导电性能测试。通过XRD、SEM、EDX、FTIR和XPS等分析手段对材料的物相组成、显微结构和微区成分进行表征,研究Nb2O5掺杂对陶瓷材料显微结构和导电性能的影响。结果表明:Nb2O5掺杂抑制NiFe2O4基体中NiO相的出现,过量时生成FeNbO4相;适量掺杂(x=0.05)有利于消除晶界孔隙,提高陶瓷的烧结密度;与未掺杂试样相比,掺杂Nb2O5的NiF2O4陶瓷材料的导电性均得到很大改善,其中掺杂量x=0.05的Ni0.95Nb0.05Fe2O4陶瓷试样在1 233 K的电导率较纯NiFe2O4的提高60%。     

Gd2(Zr1-xCex)2O7热障涂层陶瓷层材料的CMAS热腐蚀行为研究

在1250℃的温度下对Gd2(Zr1-xCex)2O7(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷分别进行了5、10和20 h不同腐蚀时间的CMAS热腐蚀实验,利用XRD、SEM及EDS等表征手段对腐蚀过程中元素的扩散、物相和形貌的变化进行了研究。结果表明,CMAS与Gd2(Zr1-xCex)2O7(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷在不同的腐蚀时间段内都会生成以萤石Ca0.2(ZrxCe1-x)0.8O1.8和磷灰石Ca2(GdxCe1-x)8(SiO4)6O6-4x为主的反应层腐蚀产物。Ce4+的掺杂含量越多,反应层的厚度越薄,而Gd2(Zr0.7Ce0.3)2O7在任一腐蚀时间段其反应层厚度都是最薄的,相比较而言其抗CMAS热腐蚀性能是最好的。Ce4+的掺杂加快了CMAS与陶瓷的反应速率,从而快速形成致密的反应层阻止CMAS向陶瓷层内部的侵蚀并且提高了陶瓷的应变容限。     

掺杂Cu的（In2Te3）0.08（SnTe）0.92化合物热电性能

(In2Te3)x(SnTe)1-x系列化合物具有较低的电导率和热导率,热电性能较差。考虑到其中的In2Te3单元具有三分之一的阳离子空位,可以通过掺杂Cu等外来原子来占据In的空位,使化合物的载流子浓度达到最优化,降低材料的热导率从而改善其热电性能。本组实验中,采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术制备了(In2-x Cux Te3)0.08(SnTe)0.92(x=0.025,0.05,0.2)系列化合物。测试结果表明,掺杂不同摩尔数的Cu元素后,材料的Seebeck系数几乎没有变化,电导率有所提高,晶格热导率L值大幅度降低,成功地抑制了高温区(In2Te3)0.08(SnTe)0.92的双极扩散效应。当x=0.2时,该化合物在647 K取得最大ZT值0.29,是掺杂Cu元素前ZT值的4.6倍。     

0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3（1-x）(Ni51.5Mn25Ga23.5)x固溶体系磁电性能研究

采用传统的固相烧结法合成了0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x复合体系陶瓷。XRD结果表明,随着Ni51.5Mn25Ga23.5(NMG)掺入,Ni51.5Mn25Ga23.5先溶于0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3中,后NMG量超过5%不溶于复合体系中,使得0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3的峰位向右偏移;铁电性能测试结果表明,0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x复合体系陶瓷随着Ni51.5Mn25Ga23.5的掺入量的增加矫顽场E先降低后增加,剩余极化强度Pr逐渐降低,这与XRD的测试结果相一致;磁性测试结果表明,0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(1-x)(Ni51.5Mn25Ga23.5)x随着Ni51.5Mn25Ga23.5掺入量的增加,以独立相析出在复合体系中,剩余磁化强度Mr逐渐增大。     

Gd3+掺杂La2Mo2O9的相稳定性及热导率

La2Mo2O9具有极低的热导率,但其在580℃左右会发生α-β相变,严重影响其性能和应用。本实验以Gd203掺杂La2Mo2O9制备了一系列La2-xGdxMo2O9 (x=0.0~0.5)固溶体,研究了掺杂Gd3+对La2Mo2O9相稳定性和热导率的影响。结果表明,随着Gd3+掺杂量的增加,相变得到有效抑制,当x≥0.2时样品以β相存在。样品的热导率随Gd3+掺杂量的增加先减小后增加,室温下在x=0.2时达到最低,此后缓慢上升,但所有样品的热导率均小于1 W/(m·K)。     

Gd3+xAl2-x系合金的晶体结构和磁熵研究

采用真空高频磁悬浮炉制备Gd3+xAl2-x(x=0,0.1,0.2,0.3)合金。通过Gd对Al的部分替代,研究了Gd元素微量替代对Gd3Al2合金结构和磁熵的影响。实验结果表明,Gd3+xAl2-x系合金的结构与Gd3Al2相同;随着Gd含量的增加,Gd3+xAl2-x系合金的居里温度和磁熵发生了变化,这说明Gd对Al的部分替代改变了Gd3Al2合金的磁热效应。     

La2(Zr0.7Ce0.3)2O7固相合成行为及热物理性能

采用固相合成制备了热障涂层陶瓷材料La2(Zr0.7Ce0.3)2O7(LZ7C3)。通过差热分析、X射线衍射等分析方法对固相合成行为影响因素进行研究,并用激光脉冲法和高温膨胀仪测试了LZ7C3粉末的热扩散系数和热膨胀系数。结果表明:完全合成LZ7C3的温度至少1400℃,煅烧时间至少5 h,反应粉末的粒度为0.82μm时,合成的LZ7C3粉末X射线衍射图谱没有La2 O3残留峰,其La∶Zr∶Ce为50.09∶35.12∶14.79,非常接近理论原子比例10∶7∶3;LZ7C3的热导率在1200℃时为0.79 W.m-1.K-1,热膨胀系数在1200℃时为11.6×10-6K-1,从室温到1200℃的加热过程中没有失重和相变发生,具有较高的相稳定性。     

孔道Al2O3/SiO2对NaAlH4-Tm2O3体系储氢性能的影响

以机械球磨法制备具有可逆吸放氢性能的NaAlH4-Tm2O3储氢材料体系。利用相同制备方法进一步研究两种不同孔道材料(大孔Al2O3与介孔SiO2)对NaAlH4-Tm2O3体系储氢性能的影响,测试样品的循环吸放氢性能,并对样品吸放氢前后的结构进行表征。结果表明:大孔Al2O3材料的添加并不能明显改善NaAlH4-Tm2O3体系的放氢速率和放氢量,而介孔SiO2的加入使NaAlH4-Tm2O3体系在150℃条件下5 h内的首次放氢量(质量分数)达到4.61%,高于NaAlH4-Tm2O3体系的4.27%,增加了约8.0%。此外,添加介孔SiO2的NaAlH4-Tm2O3体系放氢速率也有所提高。     

Mn掺杂In2O3陶瓷材料的高温热电传输性能

利用放电等离子(SPS)烧结工艺制备Mn掺杂In2O3多晶陶瓷材料。通过测试热电传输性和观察微观结构,研究了掺杂工艺对SPS烧结多孔结构In2O3陶瓷传输性能的影响。结果表明,低浓度掺杂的样品在测试温度范围内能得到较高的电导率和热电势;掺杂试样In1.99Mn0.01O3在973 K可获得最高的热电功率因子4.0×10-4W.K-2.m-1,从而可知,控制In2O3中低浓度的Mn的掺杂量可获得较好的高温n型热电材料。     

燃烧反应制备Y_(2-x)Gd_xTi_2O_7烧绿石及其作为核废物固化材料的稳定性研究（英文）

烧绿石基陶瓷材料是理想的核废物固化基材,本研究采用燃烧反应结合快速加压工艺,以Cu O为氧化剂、Ti为还原剂,在5 min内快速制备出烧绿石基Y_(2-x)Gd_xTi_2O_7/Cu复合材料固化体。以Gd作为三价锕系核素的模拟物,设计Gd取代Y_(2-x)Gd_xTi_2O_7烧绿石中的Y位。结果表明,Gd能完全取代Y位形成Gd_2Ti_2O_7烧绿石,所得产物没有杂质相出现,且在烧绿石基体中没有出现相分离现象。选择Gd1.0样品进行浸出试验,结果表明该样品具有优异的水热稳定性,Cu、Y和Gd元素的42d归一化浸出率分别低至2.4×10~(-2)、1.1×10~(-5)和5.3×10~(-6) g·(m~2·d)~(-1)。     

焙烧温度对Li2FeSiO4前驱体Li2SiO3性能的影响（英文）

以Li2CO3,HNO3,Si(OC2H5)4为原材料,采用溶胶-凝胶和高温焙烧法合成Li2SiO3;研究焙烧温度和回流系统对硅酸锂组分和性能的影响;利用TGA/DTA,XRD,SEM和粒径分析等手段对样品进行表征;采用Li2SiO3和Fe2C2O4.2H2O固相反应制备Li2FeSiO4。XRD结果表明,在溶胶-凝胶制备过程中使用回流系统能减少Li2SiO3样品中Li2SiO5和Li4SiO4杂质。焙烧结温度对Li2SiO3的性能有重要的作用,当温度为700℃时,Li2SiO3前驱体材料样品纯度为97%,并具有良好的形貌;它是由粒径为1～3μm的一次粒子组成,一次粒子束形成疏松、多孔的团聚体。     

烧结助剂Y2O3和Pr6O11对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响

采用高分子网络法制备混合纳米粉体,研究稀土氧化物Y2O3和Pr6O11加入量对Al2O3陶瓷相对密度和热导率的影响。采用阿基米德方法测定样品的体积密度,利用激光脉冲法测量试样的热扩散率并计算得出热导率。结果表明:两种添加剂都可以降低Al2O3陶瓷的烧结温度,提高Al2O3陶瓷的热导率,其中Y2O3的促进作用较强;当保温时间相同、烧结温度为1 500~1 650℃时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率都随烧结温度的升高而增大;当烧结温度相同、保温时间为30~120 min时,Al2O3陶瓷的相对密度和热导率也随保温时间的延长而增大。     

柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备La2(CexZr1-x)2O7纳米粉体

采用柠檬酸盐溶胶凝胶法制备出了La2(CexZr1-x)2O7纳米粉体,利用TG-DTA、XRD、SEM等方法对粉体进行了研究。结果表明:制备出的纳米粉晶粒在25 nm左右;粉体在600℃附近具有稳定的晶体结构;La2Zr2O7为烧绿石结构,La2(CexZr1-x)2O7的晶体结构为近似Ce4O7的萤石结构;随着柠檬酸含量的增大,得到蓬松絮状的粉体。     

GaSb添加和Sb掺杂对Mg2Si0.5Sn0.5固溶体热电性能的影响（英文）

利用B2O3助熔剂法结合热压法制备了Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)固溶体。X射线衍射结果表明样品呈单相。Sb掺杂有效提高了样品的电导率。随温度升高,Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)样品的电导率降低而塞贝克系数升高。随Ga Sb含量的增多,样品的电导率呈现出先增大后减小的变化趋势。所有样品中Mg2Si0.287Sn0.5(Ga Sb)0.1Sb0.013具有最低晶格热导率,其室温晶格热导率比Mg2Si0.5Sn0.5[11]低15%。由于电导率较高使Mg2Si0.327Sn0.5(Ga Sb)0.08Sb0.013具有最高热电优值,在720 K达到0.61,显著高于基体Mg2Si0.5Sn0.5[11]的最高热电优值0.019。     

SmGdCe_2O_7陶瓷材料的热膨胀系数及热导率

以Sm2O3、Gd2O3和Ce O2为原材料,采用固相反应法制备了Sm Gd Ce2O7陶瓷材料,用X射线衍射分析了其相结构,采用扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析其显微组织和元素组成,用推杆膨胀法和激光脉冲法测试了其热膨胀系数和热导率。结果表明,所制备的Sm Gd Ce2O7具有典型的萤石结构,其微观组织致密,晶界清晰。Gd3+离子较小的离子半径使其热膨胀系数低于Sm2Ce2O7,基质原子与取代原子之间质量及尺寸之间的差别,使其具有比Sm2Ce2O7更低的热导率,该材料有潜力用作新型热障涂层表面的陶瓷层材料。     

合成温度对正极材料Li3V2（PO4）3/C性能的影响

以V2O5、NH4H2PO4、Li2CO3和C6H8O7·H2O为原料,采用溶胶-凝胶法在600～800℃下合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C,利用XRD和蓝电测试系统对材料进行表征,研究了合成温度对材料电化学性能的影响。结果表明:650℃下合成产物中开始出现Li3V2(PO4)3相,700、750和800℃下合成纯相的Li3V2(PO4)3正极材料;750℃合成的样品在放电电流密度为0.1C下首次放电容量为123.5mAh·g-1,并且随电流密度增大到10C时也有较好的循环稳定性。     

黄色发光材料Gd2O3:Dy3+的水热法合成及发光性能

以尿素为沉淀剂,采用水热方法制备Gd2O3:Dy3+黄色发光粉。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜以及荧光分光光度计对水热前驱体及目标产物进行分析表征。结果表明:水热前驱体为水合碳酸钆,经900℃焙烧后得到纯立方相的Gd2O3:Dy3+。其微观形貌为针状结构,长度约为10～200μm。Gd2O3:Dy3+的激发光谱由峰值为239,279,314,353nm的一系列激发峰组成,最强峰位于279nm处;发射光谱主要由两部分组成,分别为460～500nm的蓝光和560～590nm的黄绿光的发射峰(带),最强峰位于573nm处,归属为Dy3+的4F9/2-6H13/2跃迁。Dy3+的掺杂浓度对Gd2O3:Dy3+的发光强度有着重要的影响,发光强度随着Dy3+掺杂量的增加呈现先增大后减小的趋势,掺杂浓度为0.8%时发光强度最大,其浓度猝灭主要是由电偶极-电偶极相互作用所致。