B2O3含量对SiO2–B2O3–Al2O3–Na2O系陶瓷结合剂结构与性能的影响

制备不同B₂O₃含量的SiO₂–B₂O₃–Al₂O₃–Na₂O系玻璃试样和陶瓷结合剂试样,利用电子多功能实验机、扫描电镜、显微硬度仪、平面流淌法、热膨胀系数测试仪等分别测试不同玻璃试样的密度和显微硬度,陶瓷结合剂试样的抗折强度、微观形貌和热膨胀系数等,并用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪对陶瓷结合剂的结构和成分变化进行分析。结果表明:将B₂O₃引入陶瓷结合剂中可有效降低其烧结温度,提高其热稳定性并调节其热膨胀系数等。在陶瓷结合剂中加入摩尔分数为15%的B₂O₃时,其样条抗折强度最高为78.11 MPa,密度和硬度最高分别为2.45 g/cm3和856 MPa,且该陶瓷结合剂的热膨胀系数与金刚石最匹配。X射线衍射分析结果表明陶瓷结合剂是典型的玻璃相结构,且对磨料有良好的包覆效果。      

P-G法制备纳米金刚石低温陶瓷结合剂复合烧结体

使用高分子网络凝胶法（polyacrylamide-gel method,简称P-G法）制备纳米金刚石（nano-diamond,ND）-低温陶瓷结合剂复合烧结体,并设计4种不同金刚石添加量来制备试样条,然后考察二氧化硅包覆纳米金刚石（ND@SiO₂）在陶瓷结合剂中分散的均匀性,并对比分析试样的物相、抗弯强度和显气孔率。实验结果表明:利用P-G法制备的试样中的金刚石浓度从25%增加到100%时,ND@SiO₂在凝胶体中分散均匀,无明显团聚现象;其烧结温度范围为670~720℃,抗折强度达到66.4~87.6 MPa,气孔率为10.2%~22.4%。      

纳米稀土氧化物对陶瓷结合剂的强韧化

为提高CBN砂轮用陶瓷结合剂的强度与韧性,以不同体积分数的纳米CeO₂、Sm₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Er₂O₃与基础结合剂形成复合结合剂,并通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜表征其物相和显微结构,通过三点弯曲、单边切口梁等测试方法测试其机械性能。实验结果表明:添加体积分数2%的纳米CeO₂或纳米Er₂O₃后,试样的抗折强度分别为187 MPa和194 MPa,比基础结合剂的165 MPa分别提高了13.3%和17.6%,而其他3种纳米稀土氧化物没有表现出增强作用。5种纳米稀土氧化物均可增加基础结合剂的韧性,但Er₂O₃的效果最明显,在体积分数为2.5%时,试样的断裂韧性为2.7 MPa·m1/2,比基础结合剂的1.3 MPa·m1/2提高了108.2%。以含纳米Er₂O₃体积分数2%的复合结合剂与CBN磨料（浓度200%）混合制备试样,发现该复合结合剂对CBN颗粒的润湿良好,试样的抗折强度为102 MPa。      

添加钛酸盐纳米线对陶瓷结合剂性能的影响

以CaO-Na₂O-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂体系为基础陶瓷结合剂,将水热温度150 ℃、保温24 h制备的一定量的钛酸盐纳米线加入其中,制得纳米陶瓷结合剂。通过电子多功能试验机、洛氏硬度计等对纳米陶瓷结合剂的抗折强度、硬度和流动性进行测试。结果发现:当纳米陶瓷结合剂中钛酸盐纳米线添加质量分数为1.0%、其烧结温度为610 ℃时,纳米陶瓷结合剂的抗折强度和硬度最大,分别为92.54 MPa和86 HRB,相比于基础陶瓷结合剂的61.09 MPa和53 HRB分别提高了51.5%和62.3%;且纳米陶瓷结合剂的流动性显著改善,气孔相对较少,生成的物质分布较为均匀,综合性能提高。      

ZrSiO4 对低温陶瓷结合剂预熔玻璃料结构与性能的影响

在Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂系低温陶瓷结合剂中添加不同含量的ZrSiO₄添加剂,用差示扫描热分析仪、X射线衍射仪、扫描电镜等研究ZrSiO₄含量对低温陶瓷结合剂结构与性能的影响。结果表明:ZrSiO₄含量增加,陶瓷结合剂耐火度无明显增加,其热膨胀系数在一定范围内降低;且当ZrSiO₄质量分数为4%时,陶瓷结合剂结构致密,微观状态均匀,陶瓷结合剂的综合性能最佳,其抗折强度为57.37 MPa,显微硬度为855.59 MPa。      

纳米Ti（C,N）对CBN磨具用陶瓷结合剂性能的影响

本实验选用Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-B₂O₃系统作为基础陶瓷结合剂体系,向陶瓷玻璃料中分别加入2%、4%、6%、8%质量分数的纳米Ti（C,N）制得纳米陶瓷结合剂。采用CMT4504型电子多功能试验机、LCP-1差热膨胀仪和Stemi 2000-C金相显微镜等测试分析仪器,分别对不同含量纳米Ti（C,N）的结合剂进行抗折强度、差热分析、显微结构分析和流动性等性能检测,分析不同含量纳米Ti（C,N）对结合剂的影响。结果表明:加入2%、4%、6%、8%质量分数的纳米Ti（C,N）后,陶瓷结合剂流动性范围为179.80%~193.33%,抗折强度为33.55~116.38 MPa。其中,加入6%质量分数纳米Ti（C,N）陶瓷结合剂的性能最佳,抗折强度比基础陶瓷结合剂增加了39.92 MPa,流动性增大了22.9%,综合性能得到改善。      

十二烷基苯磺酸钠对陶瓷结合剂及金刚石分散性的影响

采用溶胶–凝胶法制备陶瓷结合剂粉末和陶瓷结合剂/金刚石混合粉末以及相应的块体材料。研究分散剂(十二烷基苯磺酸钠)质量分数为0～4.02%时,其对陶瓷结合剂物相、耐火度、弯曲强度和热膨胀系数等的影响,以及其对M2.5/5金刚石在陶瓷结合剂/金刚石混合粉末中分散性的影响。结果表明：分散剂质量分数为1.34%时,陶瓷结合剂的耐火度、弯曲强度和热膨胀系数与未添加分散剂时相比未发生明显变化,其中耐火度为700℃、弯曲强度为45 MPa、热膨胀系数为4.3×10^-6℃^-1;当分散剂的质量分数从1.34%增加至4.02%时,陶瓷结合剂的耐火度降至600℃,弯曲强度降至28 MPa,热膨胀系数增至7.5×10^-6℃^-1;分散剂质量分数为1.34%时,M2.5/5金刚石均匀分散在陶瓷结合剂/金刚石复合材料中,且未引起复合材料的性能变化。     

Cr/Al/B/diamond体系中金刚石表面的热爆反应涂层

采用Cr/Al/B/diamond粉体为原料,并添加少量Cr₂O₃或B₂O₃以诱发热爆反应。结果表明:在高纯Ar保护下,热爆反应后的试样粉末化严重,易将结合剂与金刚石颗粒分离。添加Cr₂O₃的原料体系发生热爆反应后,结合剂中的主相为Cr₂AlB₂,金刚石表面会形成含Cr₃C₂和Al的复合涂层,涂层的晶粒大小为0.5～7.0 μm。当金刚石质量分数为10%和20%时,试样中的金刚石颗粒表面涂覆良好,其起始和终止氧化温度都显著高于未涂覆金刚石的;而在金刚石质量分数较高时,其表面涂覆效果略差。添加B₂O₃的原料体系发生热爆反应后,金刚石表面的涂覆效果不佳,只有半数或以下数量的金刚石颗粒被涂覆。      

氧化铝空心球对树脂结合剂金刚石磨盘磨削蓝宝石的影响

为改善蓝宝石研磨效果,在树脂结合剂金刚石磨盘中添加氧化铝空心球。通过力学性能测试、SEM扫描观测和实际磨削实验,研究空心球粒径及体积分数对树脂结合剂强度和磨盘性能的影响。研究表明:试样抗折强度随空心球粒径和比例的增大而降低;当添加空心球的体积分数为30%时,空心球粒径对试样抗折强度的影响基本消失。磨削实验证明:添加氧化铝空心球可提高蓝宝石磨削时的效率,并改善蓝宝石的表面粗糙度。添加体积分数为20%的空心球的磨盘在磨削过程中具有最好的综合磨削性能,与不加空心球的磨盘相比,磨削效率提高82.6%,表面粗糙度降低至R_a 0.249μm。      

球磨工艺和分散剂对陶瓷结合剂粉体解团聚的影响

通过球磨工艺和添加分散剂相结合的方法对陶瓷结合剂团聚体进行解团聚,研究球磨参数和分散剂添加量对解团聚效果及结合剂机械性能的影响,并用激光粒度分析仪、SEM、万能材料试验机测试结合剂粉体解团聚前后的粒度、显微形貌、抗折强度。结果表明:采用小粒径(5 mm)的磨球,添加质量分数为2.5%的分散剂球磨2 h后,结合剂粉体分散性良好,基本没有团聚现象,其D₅₀可降至0.186 μm,且球磨后的粉体在700 ℃烧结后,其抗折强度达到26.2 MPa,比原始团聚体烧结后样品的强度提升了近45%。      

光催化辅助化学机械抛光CVD金刚石抛光液的研制

CVD金刚石因其优越的物理化学特性被应用到许多高科技领域中,但目前的抛光方法存在着效率低、精度差等诸多问题,无法满足高科技领域对金刚石高效超光滑的表面精度要求。我们提出利用二氧化钛光催化辅助化学机械抛光方法实现CVD金刚石的高质量加工,并研制出用于金刚石抛光的二氧化钛光催化氧化原理结合辅助化学机械抛光液。首先,我们根据光催化原理搭建相应的化学机械抛光装置;然后,采用甲基橙溶液氧化变色及溶液氧化还原电位（ORP）表征抛光液的氧化性;最后,对CVD金刚石进行了光催化辅助化学机械抛光。结果表明:P25型二氧化钛光催化活性最高,每100 mL纯水中加入1 mL的H₂O₂与0.2 mL的H₃PO₄对催化剂活性影响最大,氧化还原能力较高,采用其加工CVD金刚石可使抛光表面变得极为光滑。      

K438铸造高温合金表面热浸镀铝涂层的抗氧化性能

针对K438镍基高温合金在高温条件下抗氧化性能不足的问题,采用热浸镀铝技术在其表面制备了铝化物涂层。经1000 ℃、1 h真空扩散退火处理后,对高温合金的热浸镀铝涂层开展了1000 ℃、250次的高温循环氧化试验,并采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等分析测试手段,对高温氧化后涂层截面组织进行了研究。结果表明,试验合金在1000 ℃、40次循环氧化后氧化增量曲线便开始下降,高温抗氧化性能较差,经1000 ℃、250次循环氧化后,形成了Al₂O₃、TiO₂、Cr₂O₃、NiO和尖晶石NiCr₂O₄、NiAl₂O₄等氧化产物。而热浸镀铝涂层经1000 ℃、40次循环氧化后,氧化增量变化较小,且经250次循环氧化后,氧化产物中未发现Cr₂O₃的存在,其高温抗氧化性能均较基体明显提高,其中热浸镀90 s的涂层高温抗氧化性能更好。     

High temperature oxidation behavior of Ti3SiC2-based material in air

The oxidation behavior of Ti₃SiC₂-based material in air has been studied from 900°C to 1200°C. The present work showed that the growth of the oxide scale on Ti₃SiC₂-based material obeyed a parabolic law from 900°C to 1100°C, while at 1200°C it followed a linear rule. The oxide scale was generally composed of an outer layer of coarse-grained TiO₂ (rutile) and an inner layer of fine-grained TiO₂ and SiO₂ (tridymite) above 1000°C. A discontinuous coarse-grained SiO₂ layer was observed within the outer coarse-grained TiO₂ layer on the samples oxidized at 1100°C and 1200°C. Marker experiments showed that the oxidation process was controlled by the inward diffusion of oxygen, outward diffusion of titanium and CO or SiO, and that internal oxidation predominated. The TiC content in Ti₃SiC₂ was deleterious to the oxidation resistance of Ti₃SiC₂.     

多元异质结CdS/PbS/TiO2的制备及其对304不锈钢光生阴极保护性能研究

采用阳极氧化法制备TiO₂纳米管,通过超声辅助连续离子沉淀法对TiO₂纳米管进行CdS/PbS共复合修饰改性。应用X射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM) 及其配套的能谱分析 (EDS) 对CdS/PbS/TiO₂的晶型特征、表面形貌及元素分布进行表征;利用电化学分析方法研究了复合次序对CdS/PbS/TiO₂的光电性能影响,考察了CdS/PbS/TiO₂复合材料对304不锈钢的阴极保护性能。结果表明:成功制备了晶型特征和表面形貌良好的CdS/PbS/TiO₂多元异质结;先复合9次PbS、再复合15次CdS的TiO₂纳米管具有更加优良的光电性能;光照下CdS/PbS/TiO₂复合材料对304不锈钢光生阴极保护性能显著优于单一PbS复合的TiO₂和纯TiO₂;在暗态下CdS/PbS/TiO₂复合材料储能效果良好,可延长对304不锈钢的阴极保护作用。     

Analysis of trace mercury in water by solid phase extraction using dithizone modified nanometer titanium dioxide and cold vapor atomic absorption spectrometry

A new method for analysis of trace mercury in water samples was developed, based on the combination of preconcentration/separation using dithizone-modified nanometer titanium dioxide (TiO2) as a solid phase extractant and determination by cold vapor atomic adsorption spectrometry (CVAAS). Dithizone was dissolved with alcohol and loaded on the surface of nano-sized TiO2 powders by stirring. The static adsorption behavior of Hg2 on the dithizone-modified nanoparticles was investigated in detail. It was found that excellent adsorption ratio for Hg2 could be obtained in the pH range of 7-8 with an oscillation time of 15 min, and a 5 mL of 3.5 mol·L-1 HCl solution could quantitatively elute Hg2 from nanometer TiO2 powder. Common coexisting ions caused no obvious influence on the determination of mercury. The mechanisms for the adsorption and desorption were discussed. The detection limit (3σ) for Hg2 was calculated to be 5 ng·L-1. The proposed method was applied to the determination of Hg2 in a mineral water sample and a Zhujiang River water sample. By the standard addition method, the average recoveries were found to be 94.4%-108.3% with RSD (n = 5) of 2.9%-3.5%.     

烧结温度对Sr掺杂HA/Ti复合材料组织结构及体外生物活性的影响

采用溶胶凝胶法制备了锶掺杂羟基磷灰石(Sr-HA)粉末,将制备的Sr-HA粉末和Ti粉按质量比2∶8压制成坯,在大气环境下烧结制备Sr-HA/Ti生物复合材料,研究烧结温度对Sr-HA/Ti生物复合材料组织结构及生物活性的影响。结果表明:烧结后Sr-HA/Ti复合材料主要由Sr-HA、Ti、TiO₂、CaO等物相组成,当温度达到950 ℃时,材料表面氧化严重,Sr-HA分解增加。大气条件下烧结制备的Sr-HA/Ti复合材料孔径可以满足骨组织长入基本要求,烧结后复合材料冶金结合良好,随着烧结温度的提高复合材料表面孔隙数量增多,孔隙直径减小,细小的孔隙均匀分布于TiO₂及α-Ti形成网格结构之间。模拟体液浸泡14天后,850 ℃烧结的试样表面陶瓷相沉积效果最好,复合材料表面生成了利于成骨的Ca₅(PO₄)_3-x(CO₃)_xOH相。     

Y2O3对铁基金刚石工具性能的影响

采用正交试验方法研究热压压力、烧结温度和Y₂O₃含量等3个因素对铁基胎体硬度、致密度、抗弯强度和断口微观形貌等的影响,并获得较优的烧结工艺参数。在此基础上,制备含Y₂O₃的铁基金刚石工具,并对其断口形貌、耐磨性和锋利度等进行检测及分析。结果表明:含Y₂O₃的铁基结合剂胎体,其相对密度和硬度的影响因素次序为Y₂O₃含量＞烧结温度＞热压压力,抗弯强度的影响因素次序为烧结温度＞Y₂O₃含量＞热压压力;且Y₂O₃能促进铁基金刚石胎体组织的致密化,降低其烧结温度。在烧结温度为780 ℃、热压压力为51 kN的较优烧结工艺下,适量的Y₂O₃能使金刚石工具的孔隙率减小、黏结状况改善,并增强黏结剂对金刚石磨粒的把持能力。      

氧化硼对保护渣中TiO2溶解动力学的影响

含钛钢连铸过程中,部分TiO₂夹杂物进入保护渣,导致渣性能恶化,进而影响铸坯质量。采用旋转法,研究了TiO₂在保护渣中的溶解速率与旋转速度、温度、B₂O₃含量等因素的关系。结果表明,TiO₂在保护渣中溶解速率与棒旋转的角速度的平方根成正比;且在温度升高时,TiO₂在保护渣中的溶解速率有明显的上升;在w(B₂O₃)=0～9%时,随着B₂O₃含量上升,TiO₂溶解速率升高,溶解活化能由162.99降至123.95 J/mol,但B₂O₃含量对溶解速率的影响要明显小于温度的影响。以上研究结果较好阐明了TiO₂在保护渣中的溶解机理,为含钛钢连铸过程提供一定的参考。     

Aerosol Spray Pyrolysis Synthesis of Porous Anatase TiO_2 Microspheres with Tailored Photocatalytic Activity

Porous titanium dioxide(TiO_2) microspheres(MS) were prepared by a facile ultrasonic spray pyrolysis process with commercial colloidal silica as a sacrificial template. The morphology structure, Brunauer–Emmett–Teller surface areas and pore size distribution of TiO_2 microspheres were studied by changing the content and diameter of the silica template in detail. These porous micro-sized MS are composed of anatase TiO_2 nanocrystallites of 5–10 nm and have unique bimodal mesopores. The largest specific surface area of 112.3 m~2/g has been achieved using 60 wt% 20 nm silica as a template.When used as photocatalysts, the best photocatalytic activity of the as-prepared porous MS is comparable to commercial P25 nanopowders. Moreover, the micro-size and tailored properties from the design that appear during the ultrasonic spray pyrolysis process give these porous MS a promising application in photocatalytic reaction.