超重力熔铸Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃的晶化行为研究

研究了以超重力熔铸方法制备的Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为, 并结合相图分析了热处理条件对晶化过程的影响规律。实验结果表明, Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为与热处理温度和SiO₂含量密切相关。当热处理温度为1050℃时, 晶化后样品的相组成沿超重力场方向呈现出梯度分布, 自上而下分别为Al₆Si₂O₁₃玻璃陶瓷、纯玻璃相、χ-Al₂O₃玻璃陶瓷。当退火温度为1100℃时, 析出晶相主要为Y₃Al₅O₁₂及Y₂Si₂O₇; 退火温度为1200℃时主要析出Y₃Al₅O₁₂。因此, 以超重力熔铸法制备YAS玻璃结合后续热处理的工艺, 提供了一种快速制备YAS基微晶玻璃的新方法。     

粉末烧结法制备α-堇青石基玻璃陶瓷的析晶动力学和性能

在堇青石化学计量组分和非堇青石化学计量组分中分别添加B₂O₃, 通过玻璃粉末烧结法制备玻璃陶瓷,并研究了玻璃陶瓷的性能, 包括非等温析晶动力学、热学、力学和介电性能。本研究使用非堇青石化学计量组分制备了α-堇青石基玻璃陶瓷, 并加入B₂O₃促进α-堇青石析出, 提高MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃的结晶能力。玻璃成分中过量的MgO和SiO₂不会影响玻璃的析晶能力, 但会影响析晶的类型; 增加B₂O₃含量可以制备低热膨胀系数的α-堇青石基玻璃陶瓷, 但会降低玻璃陶瓷的软化点。此外, 增加B₂O₃含量还可以提高玻璃陶瓷的致密性和强度。α-堇青石基玻璃陶瓷的最大抗弯强度、弹性模量、断裂韧性和体积密度分别为(42.4±3.0) MPa、(34.0±2.9) GPa、(0.7±0.15) MPa·m^1/2和1.53 g/cm³。制备的α-堇青石基玻璃陶瓷表现出良好的介电性能(介电常数低至3.5), 热膨胀系数低至4.22×10^-6 K^-1。     

微晶玻璃焊料在连接过程中的晶化行为研究

采用一种添加Li₂O和Fe₂O₃的CaO-Al₂O₃-SiO₂基微晶玻璃连接氧化铝陶瓷。通过采用热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)等方法, 研究了微晶玻璃焊料在连接过程中的晶化行为及其对接头力学性能的影响。结果表明, 在传统的晶化处理过程中, 此玻璃中能够析出锂辉石(LiAlSi₂O₆)、硅灰石(CaSiO₃)、钙铁镏石(Ca₃Fe₂Si₃O₁₂)和钙长石(CaAl₂Si₂O₈)四种晶体。然而, 当采用此玻璃连接氧化铝陶瓷时, 微晶玻璃的晶化过程与连接工艺密切相关。由于缺少足够的形核驱动力, 采用焊后直接冷却的连接工艺只能获得完全玻璃态的接头中间层。通过在降温过程中引入形核-晶化的热处理工艺, 促进了玻璃中间层的晶化, 并且能够通过改变晶化温度来调整中间层的相组成。另外, 晶化相的种类对接头力学性能有重要影响。当中间层中只形成钙长石时, 接头强度达到247.5 MPa; 而当中间层中有锂辉石或钙铁镏石析出时, 接头强度仅为10~135 MPa。     

形核剂对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化过程的影响

采用差热分析(DTA),X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM)等分析手段研究了 TiO₂和TiO₂+ZrO₂两种形核剂对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃的形核和晶化的影响. 结果发现,样品经过不同温度的预形核处理后,采用TiO₂单一形核剂,晶化峰值温度和晶化峰 高度的变化较大,而采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂,晶化峰值温度和晶化峰高度的变化较小. 当形核时间为2h,两种形核剂样品的最佳形核温度分别为745和760℃.晶化后均可得到纳米 结构的β-石英石固溶体晶相,其中采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂样品的晶粒更细小.研究表 明采用复合形核剂的LAS微晶玻璃的形核过程对温度的敏感性小,有利于对形核过程进行控 制,同时形核效率高.     

稀土掺杂对ZnO-B2O3-SiO2玻璃热稳定性及结构的影响

为了探索镧系与非镧系元素对ZnO-B₂O₃-SiO₂系统玻璃热稳定性及结构的影响, 本研究采用差示扫描量热仪(DSC)和傅立叶变化红外光谱仪(FTIR)开展了La₂O₃和Y₂O₃掺杂对该系统玻璃析晶行为、热稳定性和结构变化的系统研究。结果表明: 当La₂O₃掺杂量大于8mol%、Y₂O₃掺杂量大于6mol%时, 60ZnO-30B₂O₃-10SiO₂系统玻璃开始出现析晶现象; 当La₂O₃掺杂量为4mol%、Y₂O₃掺杂量为2mol%时, 该玻璃的热稳定性能最好。结构研究表明, 少量添加稀土氧化物会使该系统玻璃的网络链接程度提高, 而当掺杂量超过一定量时会使该系统玻璃的网络链接程度降低。     

阳离子场强对BaO-SiO2-Ln2O3微晶玻璃结构及高温性能影响

SiO₂-BaO基微晶玻璃以其膨胀系数高、耐高性能优异而成为耐高密封领域研究的热点,但稀土氧化物对该类封接玻璃改性的影响研究尚不多见。本工作研究不同高阳离子场强(Cation field strength,CFS)的稀土氧化物取代传统碱土氧化物BaO对新型富稀土—SiO₂-BaO-Ln₂O₃(SBLn,Ln=La、Sm、Er、Yb)系列玻璃的网络结构、结晶行为、微观结构和高温性能的影响。随着稀土阳离子场强由2.82(La³⁺)增大到3.98(Yb³⁺),SBLn玻璃的玻璃转变温度(T_g)、析晶起始温度(T_x)、析晶峰值温度(T_p)均逐渐增加,说明高稀土阳离子场强有利于提高SBLn玻璃的热稳定性。四类富稀土SBLn玻璃的结晶相均由Ba Si O₃和Ba Si₂O₅相组成,随稀土阳离子场强增大,Ba Si O₃     

热处理对Mg-Al-Si-Ti-B系微晶玻璃析晶及介电性能的影响

采用差热分析仪(DSC), X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段, 研究了不同烧结制度下19MgO-23Al₂O₃-53SiO₂-4TiO₂-2.5B₂O₃(wt%, M-A-S-T-B)系微晶玻璃样品的析晶过程、相成分与含量及微观形貌, 并分析了核化与晶化时间对材料微波介电性能的影响关系。结果表明, 根据玻璃受控析晶机制, 当热处理制度为850℃/2 h+950℃/2 h时, 斜顽辉石(MgSiO₃)相得以较好的析出, 且伴随有α-堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)、镁铝硅酸盐(xMgO-yAl₂O₃-zSiO₂)和方石英(α-SiO₂)相的析出。随着核化时间的延长, M-A-S-T-B体系各晶相种类及析出量变化不明显; 而随着晶化时间的延长(20 h), 材料的晶化程度提高, 品质因数(Q×f)得以提升, 颗粒状晶粒析出趋于显著; 但当晶化时间进一步延长至30 h时, 样品致密度降低, 介电损耗略有增大。在热处理制度为850℃/2 h+950℃/20 h下, 样品获得的微波介电性能较优: ε_r=3.85、τ_f ≈-5.37×10^-6/℃和Q×f ≈12740 GHz(f₀=13.973 GHz)。     

Ni2+掺杂尖晶石相透明微晶玻璃制备及光学性能

实验制备了Ni²⁺掺杂的ZnO-MgO-Al₂O₃-SiO₂(ZMAS)体系的透明微晶玻璃, 研究了微晶玻璃的超宽带发光现象。热分析结果表明样品的玻璃化转变温度(T_g)和析晶峰温度(T_c)分别为754℃和948℃。采用X射线粉末衍射分析了两种热处理制度对玻璃的晶体形核、晶体生长及物相变化的影响, 结果表明: 采用阶梯温度热处理制度可以得到Ni²⁺掺杂的尖晶石相透明微晶玻璃。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱测试表明制备的Ni²⁺掺杂ZMAS微晶玻璃中Ni²⁺以四配位和六配位共同存在于尖晶石相中, 红外荧光中心位于1324 nm的样品荧光半高宽达490 nm。样品的超宽带荧光主要是由于微晶玻璃中六配位Ni²⁺在ZnAl₂O₄和MgAl₂O₄形成的尖晶石相固溶体晶体场中的³T_2g(³F)→³A_2g(³F) 能级跃迁。实验结果表明, 制备的微晶玻璃在超宽带光纤放大器等光子器件中具有潜在的应用前景。     

复合持续时间对P2O5-Al2O3异相复合玻璃结构和力学性能的影响

近年来,分相玻璃以其独特的结构以及优异的物理化学性质引起了广泛关注。本研究结合气动雾化加料和机械搅拌,采用熔融冷却法制备了纳米SiO₂-Na₂O高硅玻璃颗粒增强的P₂O₅-Al₂O₃玻璃。通过改变复合持续时间,研究了玻璃的结构与力学性能之间的关系。结果表明,异相复合玻璃的杨氏模量高于P₂O₅-Al₂O₃玻璃,并且随着复合持续时间由10s增大到8min,玻璃的杨氏模量呈现先升高后降低的趋势,在复合持续时间为6min时,杨氏模量达到最大值80.7GPa。相比于P₂O₅-Al₂O₃玻璃,杨氏模量提高了18%。引入SiO₂-Na₂O高硅玻璃颗粒不仅能够在基体玻璃中形成第二相,而且会改变P₂O₅-Al     

硅酸镱环境障涂层抗熔盐腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBC)是应用于新一代高推重比航空发动机热端部件的重要材料, 但其在高温熔盐环境的腐蚀行为与机制尚不明晰。本工作采用真空等离子喷涂技术(VPS)制备了Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si环境障涂层, 并研究了该涂层体系在900 ℃、Na₂SO₄+25% NaCl(质量分数)熔盐环境中的腐蚀行为与机制。研究发现, 所制备的Yb₂SiO₅/Yb₂Si₂O₇/Si涂层体系结构致密, 各层之间结合良好; 涂层体系腐蚀240 h, 熔盐组分渗透Yb₂SiO₅涂层, 在Yb₂Si₂O₇中间层发生富集。涂层中Yb₂SiO₅相具有良好的稳定性, Yb₂O₃第二相与熔盐发生反应, 且随腐蚀时间延长, Yb₂O₃含量减少。中间层Yb₂Si₂O₇相与熔盐反应生成磷灰石相NaYb₉Si₆O₂₆和钠硅酸盐, 并产生Cl₂和SO₂等挥发性物质, 从而影响服役寿命。硅黏结层中未发现熔盐渗透现象, 保持完整。该涂层体系具有良好的抗熔盐腐蚀性能。     

GH907高温合金表面电弧离子镀NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层的高温抗氧化性能研究

为提高GH907高温合金在750℃下高温抗氧化性能。在GH907合金表面采用电弧离子镀技术(AIP)制备NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层。系统开展复合涂层的高温抗氧化行为和机理研究,利用XRD、SEM和EDS等微尺度分析表征方法,全面解析氧化过程中物相的结构特征、氧化产物成分及表/截面形貌特征。结果试验表明,750℃氧化500 h后,GH907高温合金氧化层(FeO,Fe₂O₃)萌生大量裂纹,氧化层发生大面积剥落。基体呈迅速氧化增重趋势,500 h质量增重值为22.38 mg/cm²。相比之下,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层在氧化实验中,由于形成连续且致密的Al₂O₃屏障层,有效抑制氧气内扩散,延缓GH907高温合金发生氧化反应的影响。氧化80 h质量增重为6.37 mg/cm²,随后质量增重率趋于稳定,500 h复合涂层质量增重值仅有7.68 mg/cm²。结论由此表明,NiCoCrAlY/AlSiY复合涂层可以显著提...     

BAS系微晶玻璃抗氧化涂层的制备与性能

利用2层不同软化温度和不同热膨胀系数的BaO-Al₂O₃-SiO₂(BAS)系微晶玻璃, 采用浆料涂覆—浸渍—多层共烧的方法制备了2种双层同组分和1种双层不同组分的C_f/SiC复合材料抗氧化涂层。3种结构的BAS系微晶玻璃涂层完整、 无明显缺陷, 涂层与C_f/SiC复合材料的结合状态良好, 有助于提高C_f/SiC复合材料的抗氧化性能。双层不同组分的BAS系微晶玻璃涂层在1200~1350 ℃范围内对提高C_f/SiC复合材料抗氧化性能的作用显著, 失重速率和失重量均明显减小。与未包覆涂层的复合材料相比, 包覆双层不同组分涂层的复合材料经历600次(每次保温10 min)热冲击后的失重降低了1/2~2/3, 保留的强度提高了7~15倍。      

形核剂对Li2O-Al203-SiO2系微晶玻璃晶化过程的影响

采用差热分析(DTA)，X射线衍射分析(XRID)，扫描电镜(SEM)等分析手段研究了TiO2和TiO2 ZrO2两种形核剂对Li2O-A12O3-SiO2(LAS)系微晶玻璃的形核和晶化的影响．结果发现，样品经过不同温度的预形核处理后，采用，TiO2单一形核剂，晶化峰值温度和晶化峰高度的变化较大，而采用Ti2 ZrO2复合形核剂，晶化峰值温度和晶化峰高度的变化较小．当形核时间为2h，两种形核剂样品的最佳形核温度分别为745和760℃．晶化后均可得到纳米结构的β-石英石固溶体晶相，其中采用，TiO2 ZrO2复合形核剂样品的晶粒更细小．研究表明采用复合形核剂的LAS微晶玻璃的形核过程对温度的敏感性小，有利于对形核过程进行控制，同时形核效率高。     

白云鄂博尾矿含量对微晶玻璃析晶特性和性能的影响

以白云鄂博某尾矿为主要原料、以Cr₂O₃为晶核剂制备尾矿微晶玻璃，使用DSC、XRD、SEM、TEM以及Raman光谱等手段对其表征并测试其析晶特性、抗折强度、维氏硬度和耐酸性，研究了尾矿含量对其析晶特性和性能的影响。结果表明，微晶玻璃的主晶相由辉石相和钙铝黄长石相构成，其中晶核剂Cr₂O₃因形成尖晶石晶核诱导辉石相析出。随着尾矿含量的提高微晶玻璃的力学和耐腐蚀特性呈现降低的趋势。其原因是，尾矿含量的提高使CaO的含量过高，在晶体的生长过程中滑动和迁移受阻进而在微晶玻璃中产生空洞和缺陷。同时，微晶玻璃中钙铝黄长石相/辉石相比例增大也不利于其性能的提高。白云鄂博尾矿中共生的稀土元素在晶界处形成铈钙硅石第二相，可减小晶界面积并降低晶界总能量，有助于提高微晶玻璃的力学和耐腐蚀性能。     

三基色镍基自敏复合涂层的制备及其性能研究

检测耐腐蚀涂层在腐蚀环境下的完整性, 对预测涂层工作寿命至关重要。通过电化学沉积法成功地将三基色无机荧光颗粒: BaMgAl₁₁O₁₇: Eu²⁺(蓝粉), Y₂O₃: Eu³⁺(红粉), CeMgAl₁₁O₁₉: Tb³⁺(绿粉)与金属镍复合, 在瓦特光亮镀镍浴中沉积出具有三基色指示功能的镍基自敏复合涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、表面轮廓仪、维氏硬度计、荧光发射光谱和电化学测试手段分别对涂层组织形貌结构、润湿性、沉积率、硬度、发光性能及自敏性能进行了检测, 结果表明, 阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子表面活性剂聚乙二醇(PEG)可以有效提高三基色荧光粒子沉积率。三种荧光粒子与金属镍之间表现出不同的润湿性和匹配性, 使得其在镍基复合涂层中具有不同的作用: Y₂O₃: Eu³⁺荧光粒子改变了涂层结晶取向, 且使晶粒细化, BaMgAl₁₁O₁₇: Eu²⁺使涂层组织呈现节瘤状, Y₂O₃: Eu³⁺和CeMgAl₁₁O₁₉: Tb³⁺粒子明显提高了涂层硬度。三基色荧光粒子在腐蚀前后表现出不同的发光特性, 可以有效指示出涂层工作周期内的完整性, 起到良好的自敏检测作用。     

五层纳米SiO2-Al2O3/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能

采用浸胶法制备了一系列SiO₂-Al₂O₃/聚酰亚胺（SiO₂-Al₂O₃/PI）五层耐电晕薄膜A_m A_n PA_n A_m,其中中间层（P）为纯PI薄膜,外层（A_m）、次外层（A_n）分别为SiO₂-Al₂O₃掺杂不同质量分数的纳米SiO₂-Al₂O₃/PI薄膜。采用TEM、FTIR、宽频介电谱仪、电导电流测试仪、耐电晕测试仪、介电强度测试仪和拉伸实验机对五层纳米复合PI耐电晕薄膜的微观结构、介电性能和力学性能进行了表征和测试。结果表明,SiO₂-Al₂O₃/PI复合薄膜掺杂层形成了分布均匀的有机/无机复合结构;SiO₂-Al₂O₃纳米粒子的保护作用是影响复合材料耐电晕性能的主要因素,复合薄膜A₃₂A₁₆PA₁₆A₃₂的耐电晕寿命最大,为23.4 h;外层掺杂量对五层SiO₂-Al₂O₃/PI复合材料的介电强度影响较大,复合薄膜A₂₀A₂₈PA₂₈A₂₀的介电强度最大,为302.3 kV/mm;通过对五层复合结构的设计,可以在兼顾材料力学性能的同时,提高其耐电晕寿命和介电强度。     

聚碳硅烷基复合涂层PCS裂解行为及其抗激光烧蚀性能

针对高性能激光防护涂层的开发问题,根据聚碳硅烷(PCS)裂解时会消耗大量激光能量,并产生高温陶瓷保护相的特点,本研究创新性地提出在传统氧化钇稳定氧化锆(YSZ)隔热涂层表面再复合PCS烧蚀型涂层的防护思路,采用料浆法结合大气等离子喷涂技术(APS)在Ni基合金表面分别制备了NiCrAlY/YSZ/PCS-TiO₂(YPT)和NiCrAlY/YSZ/PCS-Y₂O₃(YPY)涂层。在研究TiO₂和Y₂O₃添加相对PCS裂解行为影响的基础上,系统研究了YPT和YPY复合涂层对10.6μm CO₂激光器的抗激光烧蚀性能,并与单层YSZ涂层进行比较。结果表明, YPY和YPT复合涂层比传统YSZ涂层的激光防护效果更好,这是因为在激光烧蚀初期,涂层表面的PCS裂解会消耗激光能量,且烧蚀后残余的Y₂SiO₅、SiC和SiO₂相会沉积在YSZ涂层上,形成致密的保护层,继续对YSZ涂层...     

3Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层的微观结构与性能

为了提高钢基体微晶玻璃涂层的韧性, 在Q235钢基体上采用涂搪法制备了钇稳定四方相氧化锆/Li₂O- ZnO-Al₂O₃-SiO₂ (3Y-TZP/LZAS) 微晶玻璃功能梯度涂层。采用XRD、SEM分析了梯度涂层的物相组成和微观结构, 采用压痕法测试并计算了涂层的显微硬度和断裂韧性, 通过粘接-拉伸法测试了涂层的结合强度。结果表明, 3Y-TZP/LZAS微晶玻璃功能梯度涂层各层之间的界面结合紧密; 涂层与钢基体依靠玻璃中的SiO₂与铁的氧化物发生界面反应形成牢固的结合, 反应产物为Fe₂SiO₄和FeSiO₃; 涂层的显微硬度和断裂韧性沿涂层厚度方向逐渐增大, 涂层韧性提高是表面残余压应力增韧、3Y-TZP相变及3Y-TZP的颗粒增韧共同作用的结果; 梯度涂层与Q235的结合强度达16.3 MPa。热震实验表明, 梯度涂层在300℃下经历30余次热循环, 表现出较好的抗热震性能。     

富铝CMAS对稀土硅酸盐环境障涂层的腐蚀行为与机制研究

稀土硅酸盐环境障涂层(EBCs)有望应用于新一代高推重比航空发动机热端部件,但是服役条件下的熔盐腐蚀成为限制其应用的瓶颈。CMAS组分和稀土硅酸盐的晶体结构等因素对其腐蚀行为产生显著影响。本工作以不同晶型的稀土硅酸盐涂层材料为研究对象,采用大气等离子喷涂技术制备X1-Gd₂SiO₅、X²-RE₂SiO₅(RE=Y,Er)涂层,并研究其在富Al₂O₃的CMAS熔盐环境(1400℃)的腐蚀行为与机制。结果表明,X²-RE₂SiO₅(RE=Y,Er)涂层耐蚀性能优于X1-Gd₂SiO₅涂层,这与涂层材料的物相组成和晶体结构的稳定性等因素有关。经CMAS腐蚀25 h后,X1-Gd₂SiO₅涂层表面仅生成磷灰石相;X²-RE₂SiO₅     

锂铝硅微晶玻璃结构与性能热稳定性研究

以TiO₂、ZrO₂为形核剂制备了透明低膨胀锂铝硅系微晶玻璃, 通过测定其等温转变动力学曲线,讨论锂铝硅玻璃析晶及相变与热处理温度和时间的关系, 并采用DTA、XRD和SEM等方法研究锂铝硅微晶玻璃结构和性能的热稳定性. 结果表明, 以β-石英固溶体为主晶相的透明微晶玻璃能在750~900℃较宽的温度范围和较长的时间内保持主晶相和结构的稳定, 850℃保温5h仍具有较高的透光率和极低的热膨胀系数, 性能具有很好的高温稳定性. 材料结构和性能的稳定性均源自钛锆复合形核剂较高的形核效率.