淬熄法在燃烧合成反应机制研究中的最新进展

燃烧合成技术是一种制备先进陶瓷、金属间化合物、复合材料及梯度功能材料的重要方法,淬熄法在揭示燃烧合成反应机制方面发挥了重要的作用。本文从淬熄原理、实验装置与应用实例三个方面详细介绍了楔形槽铜坩埚淬熄法、钢模具淬熄法、液体淬熄法、"气窒"淬熄法、条状试样淬熄法等燃烧波淬熄法的最新进展,分析了不同淬熄方法的优缺点,并提出了改进措施。在此基础上,展望了燃烧波淬熄法的发展方向及研究重点。     

贮氢合金Mg2Ni的燃烧合成

研究了燃烧合成贮氢合金Mg2 Ni的可行性以及保温时间和保温温度对合成产物的影响。结果证实燃烧合成了Mg2 Ni,并且确定Mg Ni的压坯试样的点火温度与Mg Ni系的共晶温度 (5 0 6℃ )很接近。     

基于高速摄影的自反应淬熄团聚粉飞行燃烧行为研究

含铁氧体成分的空心复相陶瓷微珠是一种新型轻质吸波材料。本文以Al-TiO2-Fe-Fe2O3-MnO2-蔗糖-环氧树脂为反应体系,经球磨、烘干、碳化、粉碎、筛分制成粒径为50-90μ的团聚粉,利用自反应淬熄技术熔射团聚粉获得了含铁氧体成分的空心复相陶瓷微珠。用SEM表征了淬熄前后团聚粉的形貌变化,通过高速摄影技术研究分析了团聚粉粒子在熔射过程中的飞行燃烧行为。试验结果表明,团聚粉粒子在飞行燃烧过程中经历受热蓄能、热释放与后燃烧三个阶段形成空心陶瓷熔滴,该熔滴在大过冷条件下凝固结晶最终形成空心陶瓷微珠。     

LiMnxNixCo1-2xO2的自蔓延燃烧合成及电化学性能研究

采用自蔓延燃烧法合成LiMn(x)Ni(x)Co(1-2x)O2(x=0.25,0.33,0.4.0.45)系列锂离子电池正极材料,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)分析研究钴含量的变化对材料结构的影响;利用场发射电子显微镜(FESEM)对材料的形貌进行了表征.由XPS图谱分析,在LiMn(x)Ni(x)Co(1-2x)O2(x=0.25.0.33,0.40,0.45)中.当x为0.4时合成材料中的Mn(3+)和Ni(3+)相对含量较少.在2.5～4.5 V电压范围和0.5C充放电条件下,LiMn(x)Ni(x)Co(1-2x)O2(x=0.25,0.33,0.40.0.45)的初始放电比容量分别为174,177,180和155 mAh·g(-1),循环40次后的容量保持率分别为87.7%,88.0%,90.9%和87.7%,LiMn(0.4)Ni(0.4)Co(0.2)O2的初始放电比容量最高且循环性能最好.在LiMn(x)Ni(x)Co(1-2x)O2(x=0.25,0.33,0.40,0.45)中,随着钴含量的增加,其倍率性能越好.     

自蔓延高温合成Ti—Ni合金

研究了热爆法和预热燃烧法合成 Ti-Ni 合金的自蔓延高温合成工艺。试验结果表明:低加热速度也能实现 Ti-Ni 的热爆合成;预热温度对燃烧法反应影响很大。探讨了 TiNi、Ti_2Ni、TiNi_3的形成温度,提出了燃烧合成 TiNi 的反应过程模型。大量液相的出现对燃烧反应合成 Ti-Ni 至关重要。     

自蔓延高温合成铝碳氮材料

采用Al粉和CNx前驱体粉末为原料,通过自蔓延高温合成技术,制备铝碳氮材料。利用燃烧波淬熄实验并结合XRD、SEM和EDS测试技术,研究自蔓延反应合成铝碳氮的机理。研究结果表明,自蔓延高温合成铝碳氮材料可分为3个阶段,第一阶段为Al融化和蔓流,形成的Al熔体包覆CNx前驱体粉末;第二阶段,Al与CNx分解的产物C和N2发生反应,生成AlN和Al4C3等二元相;反应放出大量的热,引发其它未反应的原料发生自蔓延反应,使反应自维持;第三阶段,AlN和Al4C3反应生成三元铝碳氮化合物。     

快淬纳米晶/非晶Mg2-xLaxNi (x=0～0.6)合金的贮氢动力学

为了改善Mg2Ni型合金气态及电化学贮氢动力学性能,用La部分替代合金中的Mg,用快淬技术制备了Mg2-xLaxNi(x=0,0.2,0.4,0.6)合金,用XRD,SEM,HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts设备测试了合金的气态贮氢动力学性能,用程控电池测试仪测试了合金的电化学贮氢动力学.结果发现,快淬无La合金具有典型的纳米晶结构,而快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构,表明La替代Mg提高Mg2Ni型合金的非晶形成能力.La替代Mg明显地改变Mg2Ni型合金的相组成.当La替代量x=0.4时,合金的主相改变为(La,Mg) Ni3+ LaMg3.合金的气态及电化学吸放氢动力学对La含量及快淬工艺敏感,La替代使合金的吸氢动力学降低,但适量的La替代可以明显改善合金的放氢动力学及高倍率放电能力.适当的快淬处理可以提高合金的气态及电化学贮氢动力学,但获得最佳贮氢动力学的快淬工艺与合金的成分密切相关.     

Mo(Si,Al)2的自蔓延高温燃烧合成

研究了Mo(Si，Al)2的自蔓延高温燃烧合成反应过程以及产物的生成机制。研究结果表明：Al部分取代MoSi2结构中的Si，不但对反应体系的热效应有影响，同时还对燃烧波前端的蔓延速度、反应体系的燃烧模式以及产物的结构有影响。这可以从Mo-Si-Al系自蔓延合成过程中反应体系的传质传热过程的改变得到较好的解释。Mo(Si，Al)2的自蔓延燃烧合成机制与MoSi2相同，都是经过溶解析出过程直接由反应物得到产物。     

自蔓延高温合成新工艺

本文试图研究自蔓延高温合成（ＳＨＳ）过程及查明ＳＨＳ过程的优点和特性。     

自蔓延高温合成制备TiB2

采用Ｔｉ和Ｂ粉压坯，用电焊机作燃烧合成时的点火装置，利用燃烧合成方法制备ＴｉＢ２。用ＸＲＤ、ＳＥＭ技术对合成产物进行结构、组织分析。结果表明，用燃烧合成法在４５７．０℃～８５６．１℃之间可制备得到ＴｉＢ２。用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）制备ＴｉＢ２粉末，其粒度可达１～５μｍ。     

Preparation and Structure of Mg2-xRExNi （RE = La, Ce, Pr, Nd, Y） Ternary Alloys

A series of Mg2-xNdxNi (x =0.05, 0.1, 0.2, 0.3) alloys and Mg1.95RE0.05Ni (RE= La, Ce, Pr, Nd, Y)ternary alloys were prepared by ball milling of mixted powder of Mg, Ni, RE and sintering under the protection of argon. XRD analysis shows that Mg2-xNdxNi (x = 0.05, 0.1 ) and Mg1.95RE0.05Ni consist of single phase with the same crystal structure as Mg2Ni. While three-phase alloys including Mg2Ni, NdNi and NdMgNi4 were formed in Mg1.8Nd0.2Ni and Mg1.7Nd0.3Ni alloys respectively. The lattice constants of Mg2Ni in those ternary alloys were calculated. The decomposition of Mg2Ni occurs in the milling process of Mg2Ni and Mg1.95RE0.05Ni alloys respectively. For the latter, another earlier reaction occurs in milling process, which means that atoms of RE are separated from crystal structure of Mg2Ni and form relevant oxides by combination with oxygen existed in argon atmosphere.     

微晶氢氧化镍粉末的制备及性能

采用化学沉淀法制备氢氧化镍粉末,通过正交试验和单因素试验,得到反应的最佳工艺条件。以XRD和SEM分析了氢氧化镍粉体的相结构和形貌。结果表明,所制得的样品为-βNi(OH)2。对样品进行恒流充放电电化学性能测试表明,样品具有较好的放电性能,适合于作镍氢电池的正极材料。     

ZnS/Ni_2P复合物的合成、表征及光催化性能

以ZnS微球作为前驱体,乙酸镍为镍源,白磷为磷源,采用水热法制备ZnS/Ni_2P复合物。通过XRD,FE-SEM和TEM表征得知,ZnS/Ni_2P复合物由立方相的ZnS微球和复合于微球表面的六方相Ni_2P颗粒组成,且ZnS微球由ZnS纳米颗粒组成。光催化降解染料实验测试结果显示,ZnS/Ni_2P复合物与单一的ZnS相比,催化性能得到显著改善。同时,探究了不同的ZnS与Ni_2P质量比对复合物性能的影响,结果表明Ni_2P与ZnS的相对复合比例太大或太小都会对复合物性能的提升产生不良影响,最佳ZnS:Ni_2P的质量比为4:1。     

高性能LiNiO2制备方法的研究

从材料合成的角度探讨了以ＬｉＮＯ３＋Ｎｉ（ＯＨ）２为起始材料的固相反应法合成正极材料的特点。用这种方法制备ＬｉＮｉＯ２可以在较低的温度,较短的时间以及Ｌｉ／Ｎｉ摩尔比为１．０－１．２获得可逆容量为１５０ｍＡ．ｈ／ｇ（２．５－４．２Ｖ）的正极材料,优化条件下材料的可逆容量高达１６０ｍＡ．ｈ／ｇ。     

热处理工艺对0Cr15Ni5Cu2Ti马氏体不锈钢组织和性能的影响

本文对不同固溶和时效温度下的0Cr15Ni5Cu2Ti马氏体不锈钢组织及性能进行分析，以此确定该钢的热处理工艺，同时对该钢的强化机理进行分析。     

硼的添加对Mg2Ni储氢合金吸放氢性能的影响

镁系储氢合金有着价格低廉、储氢量大等优点,作为机载储氢材料有着广泛的应用前景,但其过高的氢分解温度,过慢的分解速度等缺点制约着实际应用.采用机械球磨制备出Mg2 Ni-xB(x =0％,1％,5％,10％,15％)系列储氢合金.通过XRD分析了合金的物相结构,采用P-C-T测试仪测定了合金的吸放氢性能,研究了添加不同含量的B对Mg2Ni合金吸放氢性能的影响.研究结果表明,B的添加对合金在200和300℃下吸放氢性能的改善作用不明显,但添加B的合金在400℃下的吸氢量均较Mg2Ni高,B的添加量由1％增至15％的合金吸氢量分别为3.09％,3.00％,2.81％,2.84％,而Mg2Ni的吸氢量则只有2.60％.随着B含量的增加,含B合金吸氢量略有降低;在含B的试样中,含5％B的合金吸氢速率最大,仅需180 s便能完成吸氢.所有含B合金的放氢平台均较Mg2Ni高且较为平坦.本次实验表明,B的添加量对合金性能的提升存在一个最优值,本次实验结果显示,添加5％B相对较好地改善合金的储氢性能,提高合金吸氢量和放氢平台压的同时能保持较快的吸氢速率.     

冷处理温度对1Cr20Co6Ni2WMoV钢组织和力学性能的影响

马氏体热强钢1Cr20Co6Ni2WMoV用真空感应炉冶炼,锭重22.5 kg并锻成中16 mm棒材。试样经 1060℃1h油冷淬火, -70℃或-192℃2h空冷的冷处理,640 ℃3 h空冷回火处理。试验结果表明, 1Cr20Co6Ni2WMoV钢在热处理后的组织由高密度位错的回火板条马氏体、残余奥氏体、δ-铁素体和M₂₃C₆组成。 随冷处理温度由-70 ℃降至-192℃,晶界上M₂₃C₆析出数量增多,晶内位错密度升高,残余奥氏体含量降低,钢 的抗拉强度和屈服强度分别由1045 MPa和715 MPa提高至1090 MPa和760 MPa。     

深过冷技术制备均质过偏晶合金及其形成机制的研究

采用熔融玻璃净化和循环过热相结合的方法使Ni 40 % (质量分数 )Pb合金获得 2 92K大过冷度 ,成功制备出大体积均质过偏晶合金。根据BCT模型和组织演化结果分析表明 :过冷粒状晶是在内应力的作用下 ,枝晶发生全面碎断 ,随后在枝晶段表面和应变能的驱动下使晶界移动发生再结晶的结果 ,即枝晶碎断 再结晶机制 ;试样基体上弥散分布的细密铅颗粒是由于快速凝固阶段溶质截留效应而形成的 ,少量较大尺寸铅颗粒的形成主要与慢速凝固阶段分布于枝晶骨架间残余富铅液相的聚合有关。     

高温回火对1Cr12Ni3Mo2VN耐热钢力学性能和组织的影响

研究了1Cr12Ni3Mo2VN钢1010℃1 h油冷,2次580～620℃1 h回火空冷后的力学性能和组织。试验结果表明,在620℃回火拉伸试样中,回火马氏体板条界析出大量聚集的粗化的块状M_(23)C_6碳化物,试样塑性变形以孪晶方式进行,塑性较低;580℃回火拉伸试样塑性变形以滑移方式进行,塑性较好。该钢最佳回火工艺为两次580℃1 h空冷。