Improved Toughness and Thermal Expansion of Non-stoichiometry Gd_(2-x)Zr_(2+x)O_(7+x/2) Ceramics for Thermal Barrier Coating Application

Gd_2Zr_2O_7 has been considered as a promising thermal barrier coating candidate,but its toughness and thermal expansion coefficient(TEC) need to be improved.In this study,Gd_(2-x)Zr_(2+x)O_(7+x/2)(x = 0,0.1,0.3,0.5,0.7) compounds were produced to improve the toughness and enlarge the TEC.Gd_2Zr_2O_7 and Gd_(1.9)Zr_(2.1)O_(7.05) exhibited pyrochlore structure,while Gd_(2-x)Zr_(2+x)O_(7+x/2)(x=0.3,0.5,0.7) consisted of pyrochlore and t'-ZrO_2 phases.With increasing ZrO_2 content,the pyrochlore in the compounds had decreased lattice parameter,and its ordering degree decreased when x≤0.3,then it almost kept unchanged with higher ZrO_2 content.Among the Gd_(2-x)Zr_(2+x)O_(7+x/2) ceramics investigated,the toughness of the compounds increased with increasing ZrO_2 content,while Gd_(1.7)Zr_(2.3)O_(7.15) exhibited the largest TEC.The related mechanisms were discussed in detail.     

超低膨胀陶瓷K_（2x）Ba_（1－x）Zr_4（PO_4）_6系统的X射线衍射

用高温Ｘ射线衍射方法对磷酸锆钡钾系统陶瓷材料的各向异性热膨胀作了研究．对七个组份试样的７７套高温Ｘ射线衍射图作了仔细的指标化和精密点阵常数测定．点阵常数随温度作非线性变化·对Ｋ_２ｘＢａ_１－ｘＺｒ_４（ＰＯ_４）_６的不同组份不同温度（３００～１３００Ｋ）的热膨胀系数。α_ａ、α_ｃ、　作了测定·该系统零膨胀陶瓷的组份为Ｋ_１．１６Ｂａ_０．４２Ｚｒ_４（ＰＯ_４）_６（ｘ＝０．５８）     

(La_(1-x)Yb_x)_2Mo_2O_9(x=0.06)陶瓷的制备及其电性能

采用XRD、SEM、电化学工作站等方法对高温固相反应法合成的(La1-xYbx)2Mo2O9(x=0.06)固体电解质材料的电性能进行了研究.粉末XRD结果表明,该样品为单一立方相La2Mo2O9结构.在测定温度范围内,不同气氛下的电导率随温度的升高基本呈线性增大,干燥氧气气氛下表现出较高的电导率,900℃时达到最大值0.066S/cm.(La1-xYbx)2Mo2O9(x=0.06)能完全抑制La2Mo2O9母体的相变.氧分压与电导率的关系表明样品在高氧分压气氛中是离子导体,在低氧分压气氛中是离子与电子的混合导体.     

快离子导体Na2＋xZr2—xYbxSiP2O12系统的研究

以高温固相反应制备了 Na_(2 x)Zr_(2-x)Yb_xSiP_2O_(12)系统的合成物,确定了它们的相组成以及 Nasicon 单纯相的范围。计算了系统合成物的晶胞参数,测定了它们从室温至400℃的电导率。x=1.5的合成物具有最好的导电性,在300℃时其电导率为3.65×10~(-2)(Ω·cm)(-1),在200～400℃温区内其活化能为26.36 kJ/mol。     

(Ba1-xCax)(Ti0.82Zr（0.18）)O3陶瓷结构与介电性能研究

采用固相反应法制备了(Ba1-xCax)(Ti0.82Zr0.18)O3(BCZT,0≤x≤0.26)陶瓷,研究了Ca2+掺杂对BCZT陶瓷微观结构和介电性能的影响.结果表明:当Ca2+掺杂量为0.16时,BCZT陶瓷出现第二相CaTiO3,其四方率c/a随Ca2+掺杂量的增加先减小再增大,当Ca2+掺杂量为0.06时达到最小值1.00276.通过容差因子和晶格参数的计算确认了Ca2+已进入到A位;随Ca2+掺杂量的增加,晶粒得到细化,居里温度向低温方向移动,介电峰被压低并展宽,且逐渐呈现铁电弥散性.     

(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体的制备及其发光性能的研究

运用燃烧法制备出单相(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体,利用X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)与扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)等分析表征手段,研究了Y/Ce比、燃烧剂、烧结温度对晶体结构和粉体形貌以及颗粒大小的影响.同时,通过荧光光谱(Photoluminescence,PL)对Eu~(3+)离子掺杂的纳米粉体的发光性能进行了研究.结果表明,利用燃烧法可以快速高效地获得不同Y/Ce比的单相(Y,Ce)_2Zr_2O_7纳米粉体,Ce~(3+)离子的掺杂可以有效改善粉体分散性,且对晶体能带结构有一定影响,进而影响粉体的荧光性能.     

新型光催化剂ZrW_2O_7(OH)_2(H_2O)_2的光解水产氢产氧性能

以水热反应法制备了ZrW2O7(OH)2(H2O)2粉体,利用TG-DTA、XRD、DRS和BET等手段对其理化性能进行表征,并考察了其在紫外光照射下分别以CH3OH为电子给体和以AgNO3为电子受体时的光解水产氢产氧性能.结果表明:制备的样品为结晶良好且晶相单一的四方相ZrW2O7(OH)2(H2O)2粉体,吸收边为310nm,带隙值为3.9eV,比表面积为5.9m2/g.在以CH3OH为电子给体的条件下,0.3wt%Pt/ZrW2O7(OH)2(H2O)2的光解水产氢平均速率为3.7μmol/h,以AgNO3为电子受体的条件下ZrW2O7(OH)2(H2O)2的产氧平均速率为27.8μmol/h.本研究表明,包含OH基的ZrW2O7(OH)2(H2O)2具有光解水产氢产氧能力,能带结构符合光解水要求,是一种新型的光解水材料.     

Li_(1+x)Ti_(2-x)Cr_xP_3O_(12)系统的相关系与电性

研究了 Li_(1+x)Ti_(2-x)Cr_xP_3O_(12)系统的相组成与电性的关系。结果表明,Cr~(3+)能取代 LiTi_2P_3O_(12)中的Ti~(4+)生成固溶体,直至 x=0.8。在固溶体范围内,电导率随 x 的增加不断升高,至 x=0.8时达到极大。此时在室温和300℃的电导率分别为2.4×10~(-4)和4.8×10~(-2)S/cm,电子迁移数在10~(-4)数量级,分解电压为1.8V。对所得结果从结晶化学角度进行了讨论。     

(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7:A novel high-entropy ceramic with low thermal conductivity and sluggish grain growth rate

Fine grains and slow grain growth rate are beneficial to preventing the thermal stress-induced cracking and thermal conductivity increase of thermal barrier coatings.Inspired by the sluggish diffusion effect of high-entropy materials,a novel high-entropy(HE) rare-earth zirconate solid solution(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))2 Zr_2 O_7 was designed and successfully synthesized in this work.The as-synthesized(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 is phase-pure with homogeneous rare-earth element distribution.The thermal conductivity of as-synthesized(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 at room temperature is as low as 0.76 W m-1 K-1.Moreover,after being heated at 1500 ℃ for 1-18 h,the average grain size of(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2 Zr_2 O_7 only increases from 1.69 μm to 3.92 μm,while the average grain size of La_2Zr_2O_7 increases from 1.96 μm to 8.89 μm.Low thermal conductivity and sluggish grain growth rate indicate that high-entropy(La_(0.2)Ce_(0.2)Nd_(0.2)Sm_(0.2)Eu_(0.2))_2Zr_2O_7 is suitable for application as a thermal barrier coating material and it may possess good thermal stress-induced cracking resistance.     

Na3＋xZ2—xYbxSi2PO12系统的相关系电导和结晶化学

研究了 Na_(3 x)Zr_(2-x)Yb_xSi_2PO_(12)系统的相关系和电导。此系统形成有结构连续转变的固溶体,在 x=0.5和 x=0.8时分别完成从单斜至三方和从三方至四方的结构转变。电导率开始随 x 的增加而缓慢降低,至 x=0.8后剧烈下降。比较了 Na_(3 x)Zr_(2-x)Yb_xSi_2PO_(12)与 Na_3Zr_(2-x)Yb_xSi_(2-x)P_(1 x)O_(12)以及 Na_(3 x)Zr_2Si_(2 x)P_(1-x)O_(12)系统,讨论了在此类系统中影响钠离子迁移的结晶化学因素。     

Hydrothermal synthesis and photoluminescence of Eu(2-x)Sm(x)Sn2O7 (x = 0-2.0) nanophosphors

Eu(2-x)Sm(x)Sn2O7 (x = 0, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0) solid solutions were successfully synthesized by a simple, mild hydrothermal process. The crystal structure, particle size, and chemical composition of the solid solutions were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and energy dispersive X-ray spectroscopy. X-ray diffraction patterns and transmission electron microscopy images reveal that all the products were cubic pyrochlore-type Eu(2-x)Sm(x)Sn2O7 nanocrystals with the diameter of approximately 20 nm. Due to efficient energy transfer from Sm3+ to Eu3+, the Eu(2-x)Sm(x)Sn2O7 (x = 0.1, 0.5, 1.0, and 1.5) nanocrystals exhibited strong 5D0 --> 7F1 photoluminescence emission of Eu3+. The dominant 5D0 --> 7F1 transition revealed good monochromaticity and low distortion of the Eu(2-x)Sm(x)Sn2O7 nanophosphors.     

Fe_x(In_2O_3)_(1-x)磁性颗粒膜的结构及光学性质

用射频溅射法制备了金属 /半导体 Fex(In2 O3) 1-x 颗粒膜。实验结果表明 :纳米尺度的Fe颗粒比较均匀地分布在非晶态母体In2 O3 中。退火可使In2 O3 晶化。该样品在室温下表现出超顺磁驰豫 ,符合Langevin方程。光学测量表明 :嵌Fe的磁性颗粒膜 ,其电子的带间跃迁由In2 O3 的直接跃迁变为间接跃迁 ,基本吸收边红移 ;随磁性增强 ,局域态尾变宽 ,带隙变窄     

CaTiO3 对(1-x)ZnAl2O4-xMg2TiO4(x=0.21)微波介质陶瓷结构和性能的影响

利用常规固相法制备了ZnAl2O4-Mg2TiO4-CaTiO3陶瓷,研究了CaTiO3对其相成分、微观组织结构和微波介电性能的影响规律. 结果表明,CaTiO3能有效地改善(1-x)ZnAl2O4-xMg2TiO4(x=0.21)材料的烧结性能,使其致密化温度降低150℃. ZnAl2O4-Mg2TiO4-CaTiO3陶瓷体系中包括ZnAl2O4基尖晶石相、CaTiO3、MgTi2O5和Zn2Ti3O8相,当烧结温度高于1400℃时,Zn2Ti3O8相消失. 随着CaTiO3含量的增加,体系中CaTiO3相含量增加而MgTi2O5相含量减少,且CaTiO3具有显著地调节谐振频率温度系数的作用. 当在(1-x)ZnAl2O4-xMg2TiO4(x=0.21)体系中掺入6mol%的CaTiO3添加剂时,经1400℃烧结后能获得温度稳定性好的微波介质陶瓷材料,其微波介电性能为:εr=11.8,Q*f=88080GHz,τf=-7.8×10-6/℃.     

陶瓷(V_(1-x)Cr_x)_2O_3系统中金属—绝缘体相变的X射线衍射研究

本文讨论在常温和29～207℃温区内用 X 射线衍射技术研究(V_(1-x)Cr_x)_2O_3陶瓷样品中的金属—绝缘体(M—I)相变。实验中发现,即使在低于相变点的室温下,样品中仍存在部分绝缘相。同时发现金属—绝缘体相变温区很宽。作者对此进行了分析讨论,认为导致上述现象的直接原因是材料的成分起伏和应力起伏。对M—I 相变的过程提出了假设模型,并在此基础上解释了陶瓷样品的 X 射线实验结果和阻温特性。     

沉淀剂对La_2Zr_2O_7制备过程的影响

分别采用氨水和草酸铵作沉淀剂,通过化学共沉淀法制备了单相La2Zr2O7粉末。利用DSC-TGA和XRD等方法对LZ前驱体的煅烧分解过程、产物物相进行了分析和表征。结果表明:氢氧化物前驱体在400~750°C分解得到无定型的复合氧化物,800℃保温2.5h即完成相转变形成单相组分的La2Zr2O7;而草酸盐前驱体在400~650°C草酸盐发生分解得到无定型氧化镧、氧化锆的混合物;700°C以后,La(OH)3的分解、无定型氧化物晶化得到六方结构氧化镧与单斜相氧化锆、Zr4+扩散到La2O3晶界生成La2Zr2O7等三个反应同时进行。获得单相组分La2Zr2O7的煅烧条件至少要1450℃,保温2.5h。草酸盐前驱体中镧和锆两种成分局部的分布不均匀是造成其处理温度比氨水法要高的直接原因。     

Zr_(1-x)T_xMn_(0.6)Ni_(1.4)(T=Ti,V)合金的晶体结构和贮氢特性

本文研究了Zr_(1-x)T_xMn_(0.6)Ni_(1.4)(T=Ti,V;x=0,0.1,0.2,0.4,0.6)合金的晶体结构和贮氢特性。这种合金的晶体结构属于Laves相的六方结构,空间群为P6_3/mmc。用Ti和V原子替代部分Zr原子后,六方结构的晶格常数变小。六方结构晶格常数的变小致使合金的氢平衡分解压随着Ti和V原子含量的增加而升高。     

Y_(1-x)Sr_xMnO_3陶瓷的制备及相关系

采用固相化学反应方法制备了Y(1-x)SrxMnO3体系的系列样品。利用X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了Y(1-x)SrxMnO3体系样品的形貌、相关系和固溶区范围。结果表明,多次研磨和烧结是制备样品的必要条件。采用Rietveld结构精修的方法研究了不同掺杂量对晶体结构的影响。研究表明,晶胞参数a(b)、c和V与掺杂量基本呈现规律性变化,空间群为P63cm单相的固溶区范围大约为x=0～0.04。     

磷酸盐陶瓷Ca_(1-x)Ba_xZr_4(PO_4)_6的制备及其零膨胀组成的耐热冲击性研究

Ｃａ１－ｘＢａｘＺｒ４（ＰＯ４）６（０≤ｘ ≤１,简称ＣＢＺＰ）是由具有相反热膨胀异向性的 ＣａＺｒ４（ＰＯ４）６和ＢａＺｒ４（ＰＯ４）６互溶形成的二元固溶体型ＮＺＰ族陶瓷,其热膨胀系数具有可裁剪性．本研究的主要目的是通过调整组成,制备具有较好耐热冲击性的零膨胀材料．为此,首次用共沉淀法合成了单相的 ＣＢＺＰ系列粉体。分别添加 ３％ＺｎＯ和 ４％ＭｇＯ为烧结助剂,制成Ｔ ＣＢＺＰ系列陶瓷材料,用热机械分析（ＴＭＡ）压缩法测定了试样在２０～１０００℃的平均线膨胀系数ａ２０／１０００,以及加热（２０～１０００℃）和冷却（１０００～４００℃）过程的热膨胀曲线．实验结果表明,添加 ＺｎＯ和 ＭｇＯ时的近零膨胀材料分别为Ｃａ０．８５Ｂａ０．１５Ｚｒ４（ＰＯ４）６（ｘ＝０．１５）和ＣａＺｒ４（ＰＯ４）６（ｘ＝０）,α２０／１０００依次为 ０．６×１０－６／°Ｃ和一０．８×１０－６／°Ｃ,但热膨胀曲线上却由于微裂纹的产生而呈现出较大的滞后环,耐热冲击性不理想．可见,对ＣＢＺＰ系列而言,调整组成虽然能实现零膨胀,但很难消除热膨胀异向性,提高其耐热冲击性的有效途径可能是适当抑制晶粒生长以避免产生过多的微裂纹．