含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的合成与流变特性（英文）

在1400℃和1500℃温度下合成了不同配比的铝酸钙水泥(CMA)。检测结果显示,当温度升高时镁铝尖晶石的粒径由5μm生长到15μm。合成温度达到1400℃时,镁铝尖晶石晶粒呈团簇状并分布在铝酸钙晶粒周围;当合成温度升高至1500℃时,镁铝尖晶石晶粒穿插在铝酸钙晶粒中。另外,随着水泥中镁铝尖晶石含量的增加,水泥的凝结时间延长,同时粘度下降。相应的,水泥储能模量和流动点的大小分别为0.15 MPa和4.44%。提高镁铝尖晶石相的含量或增大铝酸钙晶粒尺寸会减弱水泥水化时絮凝结构的强度。     

晶粒尺寸对细晶钛酸钡陶瓷介电、压电和铁电性能的影响

以采用水热法制备的BaTiO₃粉体作为原料, 利用普通烧结法和两步烧结法制备出晶粒尺寸为0.25~10.15 μm的BaTiO₃陶瓷, 研究了晶粒尺寸效应对BaTiO₃陶瓷的介电、压电以及铁电性能的影响。结果表明: BaTiO₃陶瓷的四方相含量随着陶瓷晶粒尺寸的增大而增加; 当晶粒尺寸在1 μm以上时, 室温相对介电常数(ε° )和压电系数(d₃₃)随着晶粒尺寸的减小而增大, 并在晶粒尺寸为1.12 μm时分别达到最大值5628和279 pC/N, 然后两者随着晶粒尺寸的进一步减小而迅速下降。BaTiO₃陶瓷的剩余极化强度P_r随晶粒尺寸的增大而提高, 而矫顽场E_c却呈现出相反的趋势。晶粒尺寸对介电性能和压电性能的影响是由于90°电畴尺寸和晶界数量的变化。晶粒的晶体场和晶粒表面钉扎作用的变化影响了电畴, 进而改变电滞回线。     

两步烧结法制备红色Ce:8YSZ透明陶瓷及其性能研究

彩色氧化锆陶瓷具有鲜艳色彩、高折射率、耐磨损、耐腐蚀及对人体无毒等优点, 被广泛应用于电子、装饰等领域。本研究采用共沉淀法合成了平均粒径为15.9 nm的立方相Ce:8YSZ纳米粉体。以经过800 ℃煅烧4 h的粉体为原料, 通过两步烧结技术制备了具有高光学透过率和高红色度的Ce:8YSZ透明陶瓷,并系统研究了空气预烧温度对红色Ce:8YSZ透明陶瓷微观结构、直线透过率和色度的影响。当预烧温度从1200 ℃升高到1300 ℃时, Ce:8YSZ陶瓷的平均晶粒尺寸从0.3 μm增大到2.2 μm, 同时相对密度从87.2%增加到97.1%。经过1275 ℃空气预烧2 h并结合1700 ℃热等静压烧结3 h所得的Ce:8YSZ透明陶瓷表现出最佳的光学质量和最大的红色度值, 在700 nm处的直线透过率为47.6%, 红色度为52.0。     

纺丝液参数对静电纺丝制备镁铝尖晶石纤维的影响

以无水氯化镁和无水氯化铝为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂,无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,采用非水解溶胶-凝胶法制备纺丝前驱体溶液,利用静电纺丝技术获得镁铝尖晶石凝胶/PVP前驱体纤维,经900℃煅烧合成出镁铝尖晶石纤维。借助XRD,FTIR,SEM和TEM研究了凝胶化温度、凝胶用量和PVP用量等纺丝液参数对镁铝尖晶石纤维相组成及结构的影响。结果表明,直接添加混合溶液时,虽能合成出物相为镁铝尖晶石的纤维,但纤维交联严重,还出现了较多念珠状颗粒;当凝胶化温度为120℃时,纤维则出现了明显的断裂;纤维直径随凝胶用量和PVP用量的增加而增大。当凝胶化温度为100℃、凝胶用量为0.068 mol/L、PVP用量为0.045 g/m L时,纤维为镁铝尖晶石相,表面光滑、连续,直径均匀且细小,平均直径为121 nm,经1600℃煅烧后仍保持良好的纤维形貌。     

残余相和烧结温度对碳化硅陶瓷抗混酸腐蚀特性的影响

本工作主要研究了残余相和晶粒尺寸对碳化硅的抗混酸(HF-HNO₃)腐蚀特性。通过不同的烧结方法(固相烧结、液相烧结、反应烧结)制备出残余相不同的碳化硅材料。结果表明: 与液相烧结碳化硅(LPS SiC)和反应烧结碳化硅(RB SiC)相比, 固相烧结碳化硅(SSiC)具有更好的腐蚀抗性, 这是由于残余相石墨的抗腐蚀性强, 以及残余相在材料中形成不能相互联通的岛状结构。通过调节碳化硅的烧结温度, 可以影响材料中的晶粒尺寸, 研究结果发现相同烧结温度下随着残余相含量的增加, 材料腐蚀失重线性增加, 对曲线进行线性拟合, 其Y轴截距的绝对值代表不含碳的试样在该烧结温度下的腐蚀失重。研究表明随着烧结温度由2100℃升高到2160℃, 晶粒尺寸由2 μm增加到6 μm。此时其Y轴截距的绝对值分别为9.22(2100℃), 5.81(2130℃), 0.29(2160℃), 表明晶粒尺寸的增加有利于提高材料的抗腐蚀能力。     

一维β-SiAlON材料可控合成

以Si粉、Al粉和Al₂O₃粉为原料压制成条样, 在1650~1850 K氮气和埋Si₃N₄颗粒气氛下分别合成了β-SiAlON晶须、带状和柱状晶, 并系统研究了一维β-SiAlON材料可控合成条件, 进而结合热力学分析了一维β-SiAlON材料的生长机制。结果表明: 以Si粉、Al粉和Al₂O₃为原料, 在氮气(纯度99.9%)和埋Si₃N₄颗粒气氛下在1650~1850 K保温6 h, 可以合成不同形貌的一维β-SiAlON材料。生长温度是一维β-SiAlON材料形貌控制的关键因素。生长温度为1650 K时, 合成了β-SiAlON晶须, 晶须直径200~400 nm, 长径比100~1000; 生长温度在1700~1800 K时, 可以合成β-SiAlON带状晶体, 厚度为200 nm, 宽度为1~4 μm, 长宽比在10~20之间; 生长温度升高至1800 K时, 出现大量柱状晶体。结合晶须显微结构形貌和热力学分析, β-SiAlON晶须的生长机制为气-固(VS)生长机制。     

熔融纺丝过程优化制备细直径碳化硅纤维及其对力学性能的影响

强度、模量和柔顺性作为碳化硅(SiC)纤维重要的力学性能受到纤维直径大小的影响, 而制备工艺中的熔融纺丝过程对纤维直径起决定作用。本工作研究了纺丝温度、纺丝压力和卷绕速度对聚碳硅烷(Polycarbosilane, PCS)原纤维直径的影响, 分析了纺丝过程中纤维断裂的原因, 并初步探究了SiC纤维直径与力学性能的关系。结果表明, 在一定范围内降低纺丝温度、降低纺丝压力和提高卷绕速度均能显著减小原纤维的直径。在连续纺丝的前提下, 最优纺丝工艺下得到的PCS原纤维直径为13.5 μm。随着PCS纤维直径由18.3 μm减小至13.5 μm, SiC纤维直径则由13.8 μm减小至9.5 μm, 而SiC纤维的强度与模量分别由1.7、181 GPa提高至2.9、233 GPa, 强度分布更为集中, 柔顺性得到显著提高。     

煅烧温度对α-Al_2O_3晶粒尺寸的影响

研究两种Al(OH)3原料在不同煅烧温度和不同保温时间进行煅烧,所得产品α-Al2O3晶粒尺寸的变化情况,及硼类、氟类和氟镁类矿化剂对α-Al2O3晶粒尺寸的影响。结果表明:煅烧温度在1400℃以下时,产品主要是由小于1μm的晶粒组成,而且在1400℃以下煅烧时,延长保温时间有利于α-Al2O3晶粒度的生长;煅烧温度在1500℃以上时对晶粒度基本没有影响。硼类和氟类矿化剂都有利于α-Al2O3晶粒的长大。     

碳热还原制备镁铝尖晶石晶须及其形成机理

为制备镁铝尖晶石晶须及探究其生成机理,采用电熔镁砂、活性α-Al_2O_3和石墨为主要原料,在埋碳气氛1 550℃烧制3h合成纤维状镁铝尖晶石晶须,分别使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)对产物的物相、形貌和物微区化学成分进行观察分析。结果表明:晶须物相组成为镁铝尖晶石;镁铝尖晶石晶须顶端尖锐,部分晶须有分叉现象,长度可达10mm,直径约为5~20μm;当Al_2O_3与C共存时,镁铝尖晶石晶须生成量较多;镁铝尖晶石晶须的原位生长遵循气-固(VS)机制。     

水泥窑用后镁铁铝尖晶石砖性能研究

为了实现水泥回转窑的无铬化,探究镁铁铝尖晶石砖的使用性能。对在回转窑中使用后的镁铁铝尖晶石砖进行物相分析、物理性能表征及挂窑机理进行了研究。结果表明:在镁铁铝尖晶石砖的使用过程中,沿着镁铁铝尖晶石砖的温度降低的轴向方向尖晶石固溶体含量、显气孔密度逐渐减少,体积密度与抗折强度逐渐增大。结合XRD、SEM及窑皮处元素分布得知,窑皮是由作为固定骨架C2S与充填在这些晶粒间的熔体粘结而成。     

La2O3添加对MgAl2O4-CaAl4O7-CaAl12O19复合材料烧结行为的影响

为适应材料轻量化的发展需要,在1 400~1 600℃温度下开发了MgAl₂O₄-CaAl₄O₇-CaAl₁₂O₁₉（MA-CA₂-CA₆）复合材料,并考察了La₂O₃添加对该复合材料烧结行为、显微结构和力学性能的影响。结果表明,La₂O₃添加剂优先固溶到MA-CA₂-CA₆复合材料组成晶相CA₆中,促使CA₆相发生晶格畸变,有效抑制了CA₆晶粒沿基面的异常长大,其形貌由片状向等轴状趋势转变,促使MA-CA₂-CA₆复合材料制备过程中由于CA₆晶粒异常长大而导致的多孔网状显微结构得以有效消除,因此也极大地改善了Mg²⁺的扩散条件,在一定程度上间接促进了MA晶粒的发育,有效促进了MA-CA₂-CA₆复合材料的烧结。经1 200℃预烧、1 600℃保温2 h烧成后,当La₂O₃的添加量为4wt%时,MA-CA₂-CA₆复合材料试样的显气孔率由19.2%下降至6.1%,体积密度由2.78 g/cm³上升至3.18 g/cm³,制得了MA、CA₂、CA₆晶相呈现交织分布、显微结构致密、有利于其力学性能改善的La₂O₃/MA-CA₂-CA₆复合材料,经1 200℃预烧、-1 600℃保温2 h烧成后的4wt% La₂O₃添加试样,其冷态抗压强度由317 MPa增加到了501 MPa。     

热处理温度对刚玉基耐火材料组织和微粒脱落的影响EI北大核心CSCD

为研究温度对刚玉基耐火材料组织和微粒脱落的影响,对粉末冶金高温合金粉末制备用刚玉基(Al_(2)O_(3))耐火材料进行950~1350℃不同温度保温60 min处理。采用XRD分析热处理前后耐火材料的结构,采用扫描电镜对各样品进行微观形貌观察和微区成分测定,并用黏附实验评价不同温度处理后耐火材料颗粒脱落性的改善情况,探索加热保温处理对减少颗粒脱落的机理。采用热冲击测试评价不同温度处理后耐火材料耐热冲击性,并测试耐火材料的显气孔率与体积密度。结果表明:随着加热温度升高,耐火材料中的铝酸钙黏结剂成分将逐步从CaAl_(2)O_(4)(CA)转化为CaAl_(4)O_(7)(CA_(2)),一方面耐火材料中细小的陶瓷颗粒逐步烧结在一起,直至形成相互连接的稳定网状结构;另一方面逐步在大颗粒骨料上润湿铺展并相互连接,最后形成对大颗粒的包覆,同时耐火材料微粒黏附力将随着加热温度的升高逐渐增强。采用预热处理对于耐火材料的显气孔率、体积密度以及整体的耐热冲击性影响不大,但是随着温度升高,对于耐火材料表面在热冲击测试中的局部脱落程度和质量损失率有较明显改善。在保温60 min的条件下,加热温度在1150~1350℃时微粒脱落明显减少,其中1250~1350℃为较优预热温度段。     

形核密度对AlON粉体合成及其透明陶瓷制备的影响

以α-Al₂O₃为原料, 采用碳热还原氮化法合成AlON粉体, 利用活性炭和亚微米碳粉改变球磨后一次粉体(α-Al₂O₃和C混合粉体)的形核密度, 并研究形核密度对AlON粉体相组成、形貌及其透明陶瓷透光性的影响。结果表明, 形核密度不同的一次粉体在1750℃保温60 min均能合成纯相AlON粉体, 但是所合成的两种AlON粉体形貌和性能差异较大。高形核密度下(添加活性炭)合成的AlON粉体形貌不规则、结构疏松且晶粒较小, 并易于球磨获得细颗粒粉体(~0.93 μm); 而低形核密度下(添加亚微米碳粉)合成的AlON粉体整体形貌呈近球形, 晶粒发育较完整, 且尺寸较大, 该粉体球磨后颗粒尺寸较大(~2.13 μm)。因此, 形核密度是影响AlON粉体形貌、结构特征和破碎性的主要因素。研究结果表明, 高形核密度粉体合成的AlON粉体具有更好的烧结活性, 它在1880℃保温150 min获得的透明陶瓷最大红外透过率达76.5% (3 mm厚), 比低形核密度粉体制备的透明陶瓷提高48.3%。因此, 以α-Al₂O₃为原料时, 提高形核密度有利于制备颗粒较小的高活性AlON粉体, 该粉体适合制备高透过率AlON透明陶瓷。     

Formation of MgAl2O4 in Al2O3-(Al-4wt.%Mg) composites

The Al₂O₃ particles are introduced into the Al-4wt.%Mg melt by the “vortex” method. After being cast, Al₂O₃-(Al-4wt.%Mg) composites are remelted at 700, 750, 800 and 850°C for different residence times to investigate the formation of MgAl₂O₄ (spinel).

The results show that MgAl₂O₄ is the unique interface of the Al₂O₃-(Al---Mg) composites held at 700–850°C. Fine MgAl₂O₄ crystals grow on the surface of the Al₂O₃ particle but, as the holding temperature and the residence time increase, some spinels will form themselves into pyramidal shape. The MgAl₂O₄ grows not only at the matrix-particle interface but also on the surface of the composite specimens. The formation reactions of interfacial MgAl₂O₄ are as follows: Mg(1) + 2Al(1) + 2O₂(g) = MgAl₂O₄(s)3Mg(1) + 4Al₂O₃(s) = 3MgAl₂O₄(s) + 2Al(1) Both of them are equally important.     

MgAl2O4:Mg荧光粉的合成及其发光性能

用超声辅助聚丙烯酰胺凝胶法合成了MgAl₂O₄:Mg荧光粉。在MgAl₂O₄体系中引入的Mg金属颗粒抑制了MgAl₂O₄相的形成,在900℃及以上的温度烧结MgAl₂O₄:Mg干凝胶粉末,镁颗粒氧化成MgO。Mg金属颗粒的引入使MgAl₂O₄:Mg荧光粉的形貌由细小的纳米颗粒变为方便面型;MgAl₂O₄:Mg荧光粉的颜色由在600℃烧结时的暗棕色变为在800℃烧结时的白色,在1000℃烧结时白色变暗。随着烧结温度的提高MgAl₂O₄:Mg荧光粉的能带先增大后略微减小。引入镁颗粒使荧光光谱中位于395和425 nm的两个荧光峰淬灭,在650、656和680 nm出现三个新的荧光发射峰,且随着烧结温度的提高发光强度减弱。金属颗粒的表面等离子体共振导致MgAl₂O₄主晶格荧光淬灭,缺陷能级使MgAl₂O₄:Mg荧光粉产生了新的荧光发射峰。     

凝胶陈化对ZrB2粉末制备的影响

以正丙醇锆、硼酸、醋酸和D-果糖为原料, 采用溶胶-凝胶法, 结合高温碳热还原反应制备得到了长柱状单相ZrB₂粉末。反应体系中, D-果糖不仅提供碳热还原反应的碳源, 同时作为化学修饰剂, 起到抑制正丙醇锆快速水解的作用。通过对比未陈化和陈化的凝胶制备得到的产物, 探讨了陈化过程对于ZrB₂粉末制备的影响。结果表明, 凝胶陈化有利于ZrO₂向ZrB₂的完全转化。当起始原料满足n(B)/n(Zr) = 3.5~4, n(C)/n(Zr)= 7时, 采用室温陈化7 d的凝胶在1550℃保温2 h可获得长度为4~7 μm, 横截面等效直径约为1 μm, 长径比约为4~7, 比表面积为2.53 m²/g, D₅₀ = 6.46 μm的单相长柱状ZrB₂粉末。     

保温时间对β-Sialon结合镁铝尖晶石-碳材料的影响及其氧化动力学

以电熔尖晶石、Si粉和鳞片石墨为主要原料, 木质磺酸钙溶液(1.25 g/mL)为成型结合剂, 在氮气气氛下1450℃分别保温1、2、3和4 h原位生成β-Sialon结合MgAl₂O₄-C材料, 研究了保温时间对材料的物相组成、β-Sialon的显微结构及常规物理性能的影响, 并对该复合材料进行氧化动力学研究。结果表明: 当保温时间从1 h增加到4 h, 试样的物相变化规律基本相同, Si单质相消失, 完全转化为SiC、Si₃N₄和β-Sialon(Si₃Al₃O₃N₅)。当保温时间为3 h时, 生成的β-Sialon(Si₃Al₃O₃N₅)为完整圆柱状晶粒, 尺寸分布均匀, 交错成网络结构。随着保温时间的增加, 试样内部产生较多的SiO气体, 导致试样的显气孔率增加, 体积密度下降, 耐压强度和抗折强度先增加后下降, 当保温时间为3 h时, 耐压强度和抗折强度达到最大。氧化动力学研究表明, 氧化过程随着时间的推移分为化学反应控制阶段、化学反应和扩散共同控制阶段及扩散控制三个阶段。     

热等静压烧结制备细晶粒Ce,Y:SrHfO3闪烁陶瓷

Ce:SrHfO₃陶瓷因具有高密度和高有效原子序数, 对高能射线具有很强的阻止能力。同时, Ce:SrHfO₃陶瓷还具有快衰减和高能量分辨率等优异的闪烁性能, 引起了研究人员的广泛关注。由于传统的烧结方法难以实现非立方结构Ce:SrHfO₃陶瓷的透明化, 本研究采用真空长时烧结和短时真空预烧结合热等静压烧结(Hot Isostatic Pressing, HIP)方法制备Ce,Y:SrHfO₃陶瓷。以金属氧化物和碳酸盐为原料, 1200 ℃下煅烧8 h可以获得平均粒径为152 nm的纯相Ce,Y:SrHfO₃粉体。1800 ℃真空烧结20 h获得平均晶粒尺寸为28.6 μm的不透明的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷, 而两步烧结法可以制备光学透过率良好的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷。本研究详细分析了陶瓷致密化过程中微结构的演变, 探究了预烧结温度对Ce,Y:SrHfO₃陶瓷密度、显微结构和光学透过率的影响。真空预烧(1500 ℃×2 h)结合HIP后处理(1800 ℃×3 h, 200 MPa Ar)所获得的Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在800 nm处的最高直线透过率为21.6%, 平均晶粒尺寸仅为3.4 μm。在X射线激发下, Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在400 nm处产生Ce³⁺ 5d-4f发射峰, 其XEL积分强度比商用锗酸铋(BGO)晶体高3.3倍, Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在1 μs门宽下的光产额约为3700 ph/MeV。良好的光学和闪烁性能可以拓宽Ce,Y:SrHfO₃陶瓷在闪烁探测领域的应用。     

宽光谱透过Mg0.9Al2.08O3.97N0.03透明陶瓷的制备与性能研究

MgAl₂O₄透明陶瓷具有优异的光学性能, 但其较差的机械性能和成型过程中的水解问题限制了实际应用, 通过组成设计MgAlON四元尖晶石可以有效调节其综合性能。本研究采用凝胶注模成型、无压烧结和热等静压处理制备了一种具有宽光谱透过范围的新型Mg_0.9Al_2.08O_3.97N_0.03透明陶瓷, 系统比较其与MgAl₂O₄透明陶瓷的光学性能和机械性能, 分析了低应力下裂纹的缓慢扩展并预测使用寿命。研究表明：固相体积分数为50%的陶瓷浆料粘度最低, 为124 mPa·s, 满足凝胶注模成型的需求; 2 mm厚的Mg_0.9Al_2.08O_3.97N_0.03透明陶瓷样品在3.7 μm处的直线透过率达86.2%, 光学透过范围与MgAl₂O₄相比拟, 折射率和阿贝数略高于MgAl₂O₄; 同时, 该陶瓷具有和MgAl₂O₄相近的Weibull模数, 尽管裂纹缓慢扩展系数比MgAl₂O₄小, 但特征强度(210.6 MPa)和惰性强度(227.5 MPa)均高于MgAl₂O₄。包含少量N的MgAlON尖晶石较好地克服了陶瓷粉体的水解问题, 并在保持优越光学性能的前提下显著提高了透明陶瓷的机械性能。本研究为尖晶石型透明陶瓷的制备与性能的改善提供了新的途径。     

引入MgAl_2O_4对Ti_3SiC_2基复合材料性能的影响

采用反应热压烧结法制备MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料,研究热压温度和MgAl2O4含量对该复合材料相组成、力学性能及抗氧化性能的影响。结果表明:热压温度影响MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相组成,在1 450℃烧结可得到性能良好的MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。引入适量的MgAl2O4,起到弥散强化的作用,有助于提高复合材料的力学性能,当引入量为20wt%时,抗弯强度为527.6 MPa,断裂韧性为7.09 MPa·m1/2。MgAl2O4/Ti3SiC2试样的抗氧化性能优于Ti3SiC2试样。MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料在1 400℃氧化后的氧化层分两层,外层是Mg0.6Al0.8Ti1.6O5和金红石型TiO2,内层是由TiO2、方石英SiO2及少量未氧化的基体相混合组成。