钛酸铝材料性能及合成工艺

着重介绍了钛酸铝（Al2TiO3）陶瓷的结构、性能和合成工艺，并对今后发展趋势提出了基本观点。     

用广西高岭土制备β''''-SiAlON材料研究

以广西高岭土、炭黑为原料,白云石、CaO、TiO2为烧结助剂,采用碳热还原氮化法(CRN法)制备了β'-SiAlON材料.研究了烧成温度、保温时间、不同烧结助剂、成型压力等因素,对β'-SiAlON材料制备的影响.     

纯铁纯度对其再结晶织构及晶粒Schmid因子的影响

 为了研究纯铁纯度对其再结晶织构及Schmid因子的影响,以商业的2N8、3N5纯铁和实验室制备的4N级公斤级高纯铁为原料,通过退火再结晶和EBSD研究了2N、3N、4N纯度纯铁再结晶织构特征和晶粒的Schmid因子。结果表明,2N8、3N5和4N3纯铁的晶粒组织均为等轴铁素体,残余应力少、位错密度低,样品再结晶完全。其中,2N8和3N5纯铁的织构呈现出相同的分散分布特征,而4N3高纯铁织构特征集中,随机织构较少。ODF图和取向线分布密度进一步表明,2N8和3N5纯铁具有相似的α织构{hkl}〈110〉和γ织构{111}〈uvw〉特征及变化趋势,即两者都在α取向线的{111}〈110〉取向具有较高的分布密度和γ取向线密度随φ₁的增大而有降低;而4N3高纯铁具有〈113〉|X和γ织构特征,且包含利于材料力学性能各向异性的{332}〈113〉织构,另外,其γ取向线密度随φ₁的增大逐渐升高,直至{111}〈112〉取向密度高于2N8和3N5纯铁。晶粒Schmid因子及其频率分布直方图结果表明,2N、3N、4N纯铁均存在低Schmid因子晶粒被高Schmid因子晶粒包围的现象,且在{110}〈111〉、{112}〈111〉和{123}〈111〉这3个滑移系下晶粒Schmid因子总和平均值为0.467(4N3)＞0.461(3N5)＞0.459(2N8),呈现出纯铁晶粒Schmid因子总和平均值随纯度增大的趋势;根据Schmid定律可知,4N3纯铁的织构特征最有利于其变形。综上所述,在本工作中,随着纯铁纯度由2N8提升至4N3,样品中杂质原子减少,促进了4N3高纯铁产生强烈的〈113〉|X和γ织构特征以及利于材料力学性能各向异性的{332}〈113〉织构,增大了其晶粒Schmid因子总和平均值。     

碳热还原氮化法制备β''''-SiAlON的工艺条件研究

采用质量分数80%的粘土(广西高岭土或吉林球粘土)和20%的炭黑为原料,以白云石、CaO、TiO2为烧结助剂,经碳热还原氮化反应制备了β’-SiAlON材料。研究了烧成温度、保温时间、烧结助剂、成型压力和粘土种类等因素对制备β’-SiAlON材料的影响。结果表明,烧成温度以1450℃为宜,延长保温时间有利于β’-SiAlON相的形成;烧结助剂的催化效果以TiO2最好,白云石次之;随着成型压力的增大,合成试样中β’-SiAlON相减少;粘土原料的化学组成(m(SiO2)/m(Al2O3))对β’-SiAlON的Z值产生影响,m(SiO2)/m(Al2O3)减小时,Z值趋于增大。     

引入β'-SIALON对SiO2/Al2O3理化陶瓷材料性能的影响

在SiO2/Al2O3理化陶瓷材料中加入5～30wt％的β'-Sialon粉料,于1280℃～1360℃、保温1～2h、氧化气氛下烧成,制备了理化陶瓷材料.研究了β'-Sialon粉料加入量、烧成温度和保温时间等工艺条件对材料的显气孔率、体积密度、抗折强度、热膨胀系数、抗热震性、物相组成、显微结构的影响,并按数字等级评价标准对复合材料物理性能进行了评价.研究结果表明,加入20％的β'-Sialon粉料制备的理化陶瓷材料的综合评估指数最小,具有相对优良的物理性能;具有相对较好的显微结构;平均线热膨胀系数(25℃～1 000℃)α=4.399×10-6℃-1;加热1100℃循环水冷3次热震无炸裂,抗折强度衰减幅度小于对比样;主晶相为莫来石相和Sialon相.但引入β'-Sialon粉料对理化陶瓷材料的常温物理性能会产生不良的影响.     

纯铁的特征及高纯化发展

 铁的发现和铁器的使用促进了人类文明的进步和工业的高速发展。发达国家一直重视高、超纯铁的研发工作,并成功实现商业化生产,而中国针对高、超纯铁的研究不足,迫切需要将高纯铁和超纯铁的研究工作深入,以期引起相关科研人员对该领域的足够重视。围绕铁及纯铁,从中国首块工业纯铁的生产到相关国家制备高纯铁和超纯铁的相关研究讨论了纯铁的相关生产技术,指出了高纯铁和超纯铁仍无法大规模生产的事实;并结合不同应变速率下的室温单轴拉伸试验、电化学及周期浸润腐蚀试验和直流软磁测试系统对纯铁的拉伸、耐大气腐蚀和直流软磁性能进行了研究,结果表明,纯铁纯度提升能提高其屈服和抗拉强度对应变速率的敏感性、能提高其在模拟大气环境中的耐腐蚀能力和直流软磁性能;还从作为原料和材料角度简述了纯铁高纯化后的应用。作为原料,能够提高钢铁材料、非晶材料、半导体材料等的品质和性能;作为材料,纯度提高后能增加软磁性、磁屏蔽性能、射流性能和阻尼性能等。材料、工艺和装备等创新依靠基础研究的点滴进步,而中国对高纯铁和超纯铁研究工作的不深入,严重制约了高性能钢铁材料的发展,阻碍中国高端装备制造业的进步,因此,纯铁的高纯化不仅能够实现铁基新材料领域补短板及衍生新材料作用,还能促进工业强基,具有时代必要性。     

纳米氧化锆粉体的制备

归纳、总结了纳米氧化锆粉体制备的14种方法，分别对每种制备方法的优缺点进行了分析，对制备纳米氧化锆粉体的影响因素进行了探讨，提出了制备纳米氧化锆粉体需要进一步研究和解决的理论问题和技术问题。     

耐腐蚀钢Q345 NS焊接用材的研发

基于煤气管道用耐腐蚀钢Q345NS焊接施工的需要,开发了与之配套的焊丝和焊剂。对熔覆金属的力学性能和耐蚀性进行了检验,并研究了不同热输入量对焊接接头强度的影响。结果表明,熔覆金属的抗拉强度和屈服强度高于母材,耐蚀性能与母材相当;热输入为30～35 k J/cm时,进行了充分的冶金结合,冷却速度得以保证,接头强度高于母材,试样于母材处断裂。通过制定合理的焊接工艺参数,焊管接头强度高于母材,弯曲性能良好,冲击功相对母材没有明显降低,完全满足煤气管道的使用要求。     

烧成温度对Al2TiO5-ZrO2复合材料性能的影响

首先以平均粒径为6 μm的预合成Al2TiO5为初始原料,分散在Zr4 浓度为0.06 mol·L-1的氧氯化锆溶液中,以氨水为沉淀剂,将液相共沉淀形成的前驱体经650℃焙烧1 h,制得纳米ZrO2含量(w)分别为2%、5%、8%的Al2TiO5-ZrO2复合粉体;然后在复合粉体中加入6%聚乙烯醇(PVA)结合剂,以100 MPa压力制成53 mm×10 mm×10 mm试样,1 10 ℃干燥2 h后,经1 350、1 400、1 450、1 500℃保温2 h烧成制备了Al2TiO5-ZrO2复合材料.对烧后试样的显气孔率、抗折强度、热膨胀率进行了分析测定,借助XRD、SEM分析了Al2TiO5粉体物相组成及烧后部分试样的物相组成和显微结构,并研究了烧成温度对不同ZrO2含量试样的烧结性能、热膨胀性能、抗热震性能与显微结构的影响.结果表明:随着烧成温度的提高和ZrO2含量的增加,显气孔率与抗折强度呈现不规则的变化趋势,此种情况与预合成Al2TiO5粉磨后微粉的物相变化有关;烧成温度为1 500℃时,ZrO2含量为2%的试样,在1 250℃的热膨胀卒为0.16%,显微结构致密,抗热震性能好.