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。      

Ti3SiC2/Cu复合材料的制备与摩擦磨损性能

以Ti₃SiC₂陶瓷粉和Cu粉作为原料,采用放电等离子烧结(SPS)工艺制备Ti₃SiC₂/Cu块体复合材料,研究不同Ti₃SiC₂添加含量及烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的组织、致密度和显微硬度的影响,研究SPS后Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能。研究表明:采用SPS工艺制备的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的Ti₃SiC₂在Cu中分布均匀,但随着Ti₃SiC₂含量的增加和烧结温度的升高,组织中出现团聚趋势,部分Ti₃SiC₂与Cu在界面处发生互溶现象,互溶增强了Ti₃SiC₂与基体的结合能力;Ti₃SiC₂含量和烧结温度对Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度和显微硬度影响较大,当烧结温度为900℃时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的致密度达到99.7%,接近完全致密,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的硬度较纯Cu提高了2倍左右;对于不同Ti₃SiC₂含量的Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损机制也有所差异,当Ti₃SiC₂含量较低时(1vol%~5vol%),磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损;随着Ti₃SiC₂含量的增加(10vol%~15vol%),Ti₃SiC₂发挥了本身的自润滑性,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的摩擦磨损性能有所改善,磨损机制转为犁削磨损和轻微黏着磨损;当Ti₃SiC₂含量增加到20vol%时,Ti₃SiC₂/Cu复合材料的磨损表面变得均匀而平整,表明Ti₃SiC₂/Cu复合材料的耐磨性提高。      

Zr-2合金表面ZrO2/Cr复合膜的高温蒸汽氧化行为

用微弧氧化(MAO)和磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)在Zr-2合金表面制备ZrO₂/Cr复合膜,用热重分析仪(TGA)评估了Zr-2合金基体和ZrO₂/Cr复合膜在900～1100℃蒸汽环境中的抗氧化性能,并分析其氧化后氧化层的截面结构、相组成和成分深度分布。结果表明,在900、1000和1100℃蒸汽环境中分别氧化3600 s后,ZrO₂/Cr复合膜试样单位面积增重约为Zr-2合金基体的3/8、1/4和2/5。在高温蒸汽环境中,ZrO₂/Cr复合膜表面氧化生成的致密Cr₂O₃膜能抑制氧向内扩散,提高锆合金的抗蒸汽氧化性能,阻止锆试样在1000℃蒸汽环境中出现分离氧化。ZrO₂/Cr复合膜的表面Cr层完全消耗前,Cr涂层的氧化主要取决于铬向外扩散,而不是氧向内扩散。在蒸汽氧化过程中,MAO膜的中间层能抑制氢渗透进入锆合金基体。     

Si_3N_4原位增强Cu基复合材料的制备

采用感应炉熔炼及水雾化工艺制得了Cu-Si合金粉末,经N2、H2混合气体选择氮化和真空放电等离子烧结(SPS)成型,制备得到了Si3N4原位增强Cu基复合材料(Si3N4/Cu),利用萃取法研究了选择性氮化产物及其晶体结构。结果表明:复合粉末中N含量随氮化温度的升高和氮化时间的延长而增大。在1 000℃下氮化,持续时间大于60h时,粉末中的N含量明显提高;Cu的衍射峰出现整体向大角度方向的明显偏移,同时晶格常数变小,表明Si从Cu基体中脱溶,与N反应生成Si3N4;Si3N4/Cu复合材料的增强体以β-Si3N4为主;随着氮化温度的升高和氮化时间的延长,Si3N4/Cu复合材料的电导率和硬度逐步提高。     

Pd负载型介孔ZrO2-TiO2复合材料的设计合成及其CO催化氧化性能研究

以介孔结构的复合ZrO₂-TiO₂为载体负载活性组分, 制备了具有高CO催化氧化活性的Pd/ZrO₂-TiO₂与PdCu/ZrO₂-TiO₂负载型催化剂。XRD、TEM研究结果表明: 活性组分Pd、Cu物种可均匀分散于介孔载体中。系统考察了不同的催化剂载体、制备方法和助催化剂等对该介孔复合材料CO催化氧化性能的影响, 结果表明: 以ZrO₂-TiO₂为载体的催化剂其CO催化氧化活性明显优于以介孔Al₂O₃或介孔SBA-15为载体的催化剂; 一步法制备的介孔Pd/ZrO₂-TiO₂催化剂其CO催化氧化的低温活性较浸渍法制备的Pd/ZrO₂-TiO₂有很大提高; 并且Pd和Cu物种共负载的介孔ZrO₂-TiO₂复合催化剂具有最优的CO催化氧化活性, 其CO的完全催化氧化温度可降至170℃, O₂-TPD分析说明Pd和Cu之间的相互作用使得PdCu/ZT催化剂在更低温度具有氧化还原活性。     

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...     

粉末表面氧化对二氧化铀芯块烧结性能的影响

用SEM、XRD、BET和DSC TG、热膨胀仪等观察了UO₂粉末的形貌结构并研究粉末氧化前后的烧结性能,分析了UO₂粉末表面预氧化对二氧化铀芯块烧结性能的影响。结果表明,240℃×8 h是UO₂粉末预氧化表面改性的最佳工艺;粉末改性后表层为UO_2+x和少量U₃0₇,改性粉末压坯在氩气气氛中开始发生收缩的温度降低了530-600℃,平均线收缩率提高了1倍;在本氩气保护条件下,热膨胀试验后芯块的密度从8.52 g/cm³提高到9.44 g/cm³。采用本改性粉末,在1300℃×5 h/N2+5%CO₂-1500℃×1 h/H₂批试烧结,其密度达10.26 g/cm³,O/U比为2.013。     

机械合金化和放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金

研究了球磨转速、球料比和球磨时间对NbMoCrTiAl高熵合金粉末的物相、微观形貌及粒度的影响,探讨了不同温度下放电等离子烧结制备NbMoCrTiAl高熵合金微观组织和硬度的变化规律。结果表明:在转速300 r/min和球料比10∶1条件下,球磨60 h粉末只达到部分合金化;在转速300 r/min和球磨50 h时,球料比要达到12∶1才能实现粉末完全合金化;在球料比10∶1和球磨50 h条件下,球磨转速要高于400 r/min才能获得单一BCC固溶体高熵合金。NbMoCrTiAl粉末在高能球磨中元素发生合金化的先后顺序为Al→Ti→Cr→Nb→Mo。NbMoCrTiAl高熵合金粉末在放电等离子烧结(SPS)时发生了第二相析出和溶解转变。随着烧结温度的升高(1 400～1 600℃),第二相的数量减少及其尺寸增大,导致了合金硬度的降低。     

二硅化钼喷涂粉末的制备及其涂层组织结构

以粒度为1~2μm的MoSi₂粉末为原料,采用喷雾干燥和真空烧结制备了喷涂用MoSi₂团聚粉末. 分别用平均粒度为9.68μm的MoSi₂粉末和团聚造粒MoSi₂粉末(38~72μm)为喂料, 大气等离子喷涂制备了二硅化钼涂层,分析了涂层的微观组织结构. 研究结果表明,喷雾干燥造粒后的近球形粉末在1300℃真空烧结1h后,粉末流动性和松装密度分别为17.1s/50g和2.16g/cm³,比烧结前分别增加了57.0%和46.0%.平均粒度为9.68μm 的MoSi₂粉末制备的涂层主要是由Mo和Mo₅Si₃等富钼相组成. 团聚粉末制备的涂层主要由MoSi₂相组成,涂层较致密, 内部出现了类似“网状”的组织结构.     

SPS界面反应增强机制调控的软磁复合材料磁性能和电阻率

设计软磁复合材料(SMCs)的绝缘层要兼顾软磁性能和电阻率。本研究以Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄复合体系为例, 研究界面MnO₂氧化剂对样品软磁性能和电阻率的影响, 揭示提高软磁性能和电阻率的SMCs界面放电等离子烧结(SPS)氧化还原机制。采用球磨法制备添加0、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt% MnO₂的核壳结构Fe@Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)复合粉末, 随后SPS烧结制备Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品, 通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征该样品的结构特征, 用精密电阻测试仪和振动样品磁强计测试该样品的电阻率和磁性能。研究发现, 添加0.5wt% MnO₂的Fe/Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄(MnO₂)块体SMCs样品比未添加样品电阻率提高33.7%、饱和磁化强度提高6.9%。研究结果表明, SPS烧结增强SMCs界面快速氧化还原反应, MnO₂氧化剂的添加使界面铁氧体离子浓度变化, 降低了B位电子跃迁频率, 提高有效波尔磁子数及B-B磁超交换作用, 表现出同时提高SMCs的软磁性能和电阻率的多重效应。     

惰性无机填料比例和颗粒尺寸对纳米Al/Al2O3 改性有机硅涂料抗高温氧化行为的影响

本文研究了纳米ZrO₂、亚微米碳化硅、微米玻璃粉(软化点450℃)填料含量对304不锈钢表面纳米Al/Al₂O₃改性有机硅涂层的600℃高温氧化行为的影响。在1000 h氧化测试过程中,不锈钢样品表面涂层未出现剥落,未观察到基体氧化膜,说明涂层具有良好的抗氧化性能。对氧化后样品的显微观察表明,ZrO₂、SiC和玻璃粉质量分数分别为7%、7%和3%时的涂层中未出现微孔,而玻璃粉质量分数为7%的两种涂层中则出现了大量的微孔。相应地,前者的氧化增重也仅为后两者的约60%,这说明减少玻璃粉的添加量,可消除涂层微孔,有利于提高涂层的抗氧化性能。     

新型纳米ZrO2/聚酰亚胺复合超薄膜的制备表征及其介电性能

以油酸为有机配体,采用两相方法合成了油溶性的超小尺寸纳米晶体纳米ZrO₂（nano ZrO₂）,并对nano ZrO₂表面包覆的油酸改性使纳米晶体与聚酰胺酸（PAA）接枝,通过旋膜法热亚胺化后形成nano ZrO₂/聚酰亚胺（PI）复合超薄膜。利用TEM、XRD、FTIR和SEM等对nano ZrO₂及nano ZrO₂/PI复合超薄膜进行表征,并对nano ZrO₂/PI复合超薄膜的介电性能进行了探究。结果显示,nano ZrO₂尺寸均一（5.0 nm左右）,为锐钛矿晶型,其晶体结构和尺寸不受改性接枝影响。nano ZrO₂在复合超薄膜中分散良好。电学研究表明,复合超薄膜的介电性能受nano ZrO₂与PAA质量比及制膜热亚胺化温度的影响。当PAA∶ZrO₂质量比为2∶3、热亚胺化温度为320℃时,介电常数达到最大,几乎是纯PI薄膜的2倍。两相法-改性接枝-热亚胺化制备PI复合超薄膜的方法简单高效,能够避免无机粒子在PI基体内的团聚并提高介电性能,对于PI基复合薄膜的制备、应用及推广具有重要意义。     

Cu/Ti3SiC2体系润湿性及润湿过程的研究

采用座滴法研究了温度及Ti₃SiC₂的两个组成元素Si和Ti对Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的影响。结果表明, Cu与Ti₃SiC₂之间有良好的润湿性, 且润湿过程属于反应性润湿。随着温度的升高, Cu与Ti₃SiC₂间的反应区扩大, 反应层深度增加, 润湿角减小, 温度超过1250℃后反应明显加快, 至1270℃时润湿角降至15.1°。物相分析与微观结构研究表明, Cu/Ti₃SiC₂界面区域发生了化学反应, 反应产物主要为TiC_x和Cu_xSi_y, 同时发生元素的互扩散, 形成反应中间层, 改变体系的界面结构, 促进了Cu和Ti₃SiC₂基体的界面结合, 从而改善了体系的润湿性。在Cu中添加Si抑制了Ti₃SiC₂的分解, 而添加Ti阻碍了Cu向Ti₃SiC₂的渗入, 均不利于Cu/Ti₃SiC₂体系润湿性的改善。     

TiB2/Cu复合材料的电弧侵蚀行为

采用放电等离子烧结法（SPS）制备TiB₂质量分数为1wt%~5wt%的TiB₂/Cu复合材料,测试其导电率和硬度。当TiB₂质量分数由0增至5wt%时,复合材料的导电率由96.9%（International Annealed Copper Standard,IACS）降至65.1%（IACS）,布氏硬度由42.8增至65.2。对所制备的不同TiB₂质量分数的TiB₂/Cu复合材料在直流24 V、不同电流条件下进行电接触实验,探究TiB₂添加量和电流对TiB₂/Cu复合材料耐电弧侵蚀性能的影响。结果表明,TiB₂/Cu复合材料的平均燃弧时间、平均燃弧能量和材料损耗量随着电流的增加而增加,TiB₂/Cu复合材料的阴极损耗量高于阳极,整体上TiB₂/Cu复合材料由阴极向阳极转移。在24 V和25 A条件下,不同TiB₂质量分数的TiB₂/Cu复合材料的燃弧时间和燃弧能量随操作次数增加不断波动,整体上呈逐渐增加的趋势,3wt% TiB₂/Cu复合材料的稳定性最高,平均燃弧时间和燃弧能量最低。随着TiB₂质量分数的增加,TiB₂/Cu复合材料损耗量降低,表面蚀坑变浅。     

宽带隙、高折射率聚偏四氟乙烯/TiO2-ZrO2光学膜的制备和表征

以氧氯化锆(ZrOCl₂·8H₂O)为锆源, 钛酸丁酯(Ti(OBu)₄)为钛源, 聚偏氟乙烯(PVDF)为有机添加剂, 采用溶胶–凝胶法在K9玻璃基片上制备PVDF/TiO₂-ZrO₂光学膜, 提高了ZrO₂-TiO₂光学膜的综合性能。然后采用SEM、FT-IR、接触角以及紫外/可见/近红外透射光谱等手段对PVDF/TiO₂-ZrO₂光学膜的组成、光学性能和抗激光损伤阈值进行了研究。SEM测试表明, 在K9玻璃基片上制备了光学膜。PVDF的添加导致水与薄膜的接触角增大。ZrO₂-TiO₂光学膜的光学带隙随ZrO₂含量的增加而略微增大, PVDF/ZrO₂(50mol%)-TiO₂薄膜的光学带隙随PVDF质量分数的增加而增大。另外, ZrO₂-TiO₂光学膜的折射率随ZrO₂摩尔分数的减小而增大, PVDF/ZrO₂(50mol%)-TiO2膜的折射率随PVDF质量分数的增加而增大。     

三维有序介孔结构氧化钼制备及催化性能

以三维有序介孔分子筛KIT-6为模板剂制备碳模板, 七钼酸铵为钼源, 采用超声辅助下的真空浸渍法, 合成了三维(3D)有序介孔、蠕虫状介孔MoO₃。采用TEM、HRTEM、SAED、XRD、TG/DT、N₂吸脱附等对材料物理性能进行了表征。采用H₂-TPR、甲苯和一氧化碳完全氧化等对催化性能进行了评价。研究发现: 制备的三维有序介孔MoO₃为正交相晶体结构, 比表面积194 m²/g; 在转化率分别为50%、90%、100%时, 甲苯的起燃温度分别为203℃、215℃、225℃; CO起燃温度分别为114℃、158℃、180℃。3D-MoO₃优良的催化性能与高比表面和三维有序介孔架构密切相关。     

RuO2/ZrO2/TaON复合光催化材料的制备及光解水制氢性能

采用控制水解法制备了细颗粒的ZrO₂/Ta₂O₅复合氧化物粉体, 在氨气流量为90 mL/min、850℃下氮化10 h获得ZrO₂/TaON, 用浸渍法制备含助催化剂RuO₂的复合光催化剂。用XRD、SEM、TEM和UV-Vis漫反射光谱等对所制备的光催化材料进行了表征, ZrO₂、RuO₂的晶粒尺寸约为10 nm,TaON的晶粒尺寸约为25 nm, 复合光催化剂可以吸收波长≤500 nm的可见光。ZrO₂的引入降低了氮化生成TaON的缺陷密度, 提高了TaON的比表面积。光电流及光催化分解水制氢反应定量评价了复合材料的光催化性能, RuO₂含量为2.0wt%时复合光催化剂活性最高, 0.6 V偏压下光电流密度为0.6 mA/cm², 产氢速率为6.0 μmol/h。