不同碳基体CVD SiC涂层的制备及其微观结构研究

分别以高纯石墨、细颗粒石墨及低密度的C/C复合材料为基体,以MTS为SiC的先驱体原料,采用化学气相沉积工艺制备SiC涂层.通过扫描电镜(SEM)观察CVDSiC涂层的微观形貌,利用X射线衍射仪(XRD)分析其晶体结构.研究发现,在不同沉积基体上沉积的SiC晶体形貌不同.以高纯石墨为基体的试样表面基本不存在SiC晶须的生长特征;以细颗粒石墨为基体的试样的表面发现了SiC晶须的生长特征,且基体内部的SiC晶体具有一定的CVI特征,即靠近基体内部沉积的SiC晶体逐渐由SiC晶须变为SiC纳米线;以C/C复合材料为基体的试样内部和表面沉积的SiC晶体表现出多元化的形貌,以层状SiC晶体和SiC晶须为主,主要是由基体材料微观结构的多元化而导致沉积的微区气氛有所不同造成的.     

化学气相渗透法制备炭/炭复合材料的显微结构 和力学性能研究

以天然气为碳源, 氢气为载气, 采用等温化学气相渗透工艺对预制体初始密度为0.5 g/cm³ (纤维体积分数为28%)的针刺整体毡进行致密化, 在70 h内制备出表观密度为1.76 g/cm³的炭/炭复合材料。采用压汞法对复合材料的开孔孔径分布进行了分析, 用偏光显微镜和扫描电镜观察了基体的微观组织, 分析了三点抗弯试样的断口形貌。结果表明, 复合材料中的开孔以小于40 μm的微孔为主, 基体热解炭几乎全部由粗糙层热解炭组成, 仅在化学气相渗透的初始阶段在炭纤维的表面形成了很薄的一层各向同性热解炭, 复合材料的抗弯强度达到210 MPa。     

泥炭基活性炭水蒸气活化过程孔结构演化的碳烧失特征

孔结构调控是活性炭制备研究的核心,碳烧失伴随并决定着孔结构的演化。为研究泥炭基活性炭孔结构演化过程中碳烧失特征,将贵州毕节泥炭样品破碎、粉磨,在氮气氛围进行热重分析,并采用无黏结剂压块成型,再破碎后、炭化,在不同活化温度、时间下水蒸气活化制得活性炭,测定活性炭样品的碘值、亚甲蓝值和焦糖脱色率吸附性能指标,利用气体吸附仪、拉曼光谱和扫描电子显微镜表征其孔结构、碳结构和微观形貌,研究吸附性能、孔结构、碳结构间的关系。结果表明:泥炭基活性炭的孔结构演化随活化温度的升高分为造孔(750～800℃)、扩孔(800～850℃)、孔塌陷(850～900℃)和炭表面烧蚀(900～950℃)4个阶段,分别以无序炭(D₃)及散乱石墨层结构(D₁)、散乱石墨层结构(D₁)及平行的石墨层间的不规则层(D₂)、活性位点碳(D₄)、规则的石墨微晶结构(G)的烧蚀为主;随活化时间的增加分为充分发育期(60～120 min)和过度发育期(120～150 min)2个阶段,分别以无序炭(D₃     

催化石墨化对PAN基炭纤维结构的影响

研究了H₃BO₄或Fe(NO₃)₂·9H₂O水溶液浸泡处理及石墨化处理温度对PAN基炭纤维石墨化度和微观结构的影响。XRD表明, 催化石墨化效应随石墨化处理温度升高而降低。当热处理温度为2 400 ℃时, H₃BO₄处理使炭纤维石墨化度由5.9%提高到21.0%; 当热处理温度为2 800 ℃时,H₃BO₄处理仅使炭纤维石墨化度由26.1%提高到27.9%。显微Raman光谱分析表明, 催化处理促使炭纤维表层炭微晶结构的完整性和石墨化度显著提高, 但对纤维芯部无效, 炭纤维的催化石墨化效应仅限于纤维表层。     

阻燃玻纤增强尼龙6复合材料的制备及性能研究

制备了三聚氰胺磷酸盐(MP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)以及改性三聚氰胺聚磷酸盐(mMPP), 并制得了添加mMPP的阻燃玻纤增强PA6复合材料。采用FTIR、SEM、XRD和TG对MPP和mMPP进行了表征, 采用万能拉伸试验机、氧指数仪和垂直燃烧仪对阻燃玻纤增强PA6复合材料的力学和阻燃性能进行了测试。结果表明, mMPP颗粒比MPP颗粒小, 呈斜方晶型结构; SiO₂溶胶对MPP实现了较好的改性。随着SiO₂溶胶添加量增加, mMPP热稳定性先增加后降低; 复合材料拉伸强度呈先增加后降低的趋势, 当SiO₂溶胶添加量为mMPP的6%时, 复合材料拉伸强度最大, 较MPP阻燃复合材料提高了7%; 冲击强度呈先减小后增加的趋势。当复合阻燃剂含量为18%时, 阻燃复合材料达到了UL 94-V0级, 极限氧指数均大于28。     

高温热处理和不同基体炭对C/C多孔体熔融渗硅行为的影响

以针刺整体毡为坯体，采用化学气相沉积(CVD)和树脂浸渍／炭化方法(IC)制成C/C多孔体，然后熔融渗硅(MSI)制备了C/C-SiC复合材料，研究了高温热处理(HTP)和不同基体炭对多孔体熔融渗硅行为的影响，并探讨了高温热处理树脂炭对SiC生成量的影响。研究表明：利用CVD→IC混合工艺制备的C/C多孔体，渗硅前高温热处理较炭化的更有利于液硅的渗入；高温热处理使得树脂炭的孔比表面积增加，从而反应生成SiC也多；与热解炭或最后热解炭增密的C／C多孔体相比，树脂炭或最后树脂炭增密的更有利于液硅的渗入。     

粉煤灰碳热氯化机制的界面反应

采用碳热氯化工艺从粉煤灰中提取铝、铁和硅并制备高值氯化产品,研究了氯化温度、氯化时间、炭种类、焦炭量、原料粒度的变化对粉煤灰碳热氯化过程的影响,分析了粉煤灰碳热氯化机制可能发生的四种界面反应情况。结果表明：氯化温度对粉煤灰氯化过程的影响较大,温度越高,粉煤灰中铝、铁和硅的氯化效果越好;粉煤灰中铝、铁和硅的氯化速度前期较快,30 min后氯化率增长缓慢;不同类型的炭对粉煤灰中铝、铁和硅的氯化率影响也较大,活性炭的氯化效果最好;随着焦炭量的增大,铝、铁和硅的氯化率逐渐提高,焦炭量增加至30%后,氯化率变化不大;粉煤灰和焦炭的粒度越细,粉煤灰的氯化效果越好;粉煤灰碳热氯化可能发生四种界面反应情况,第一种需要炭表面有足够的反应活性位点,同时炭活性位点距氧化物的间距要小于催化产生的活性氯原子消失殆尽的距离;第二种需要氧化物与炭接触,且炭表面没有可产生气态氯原子的活性位点;第三种需要炭上没有活性位点,且氧化物与炭的间距小于某极限距离;第四种需要Al₂O₃、Fe₂O₃或SiO₂颗粒与炭的距离...     

C/SiC复合材料表面抗氧化涂层的制备与性能表征

为了提高航空发动机用C/SiC复合材料抗氧化性能,采用溶胶-凝胶法合成了Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈粉末,利用等离子喷涂技术在C/SiC复合材料表面制备了Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层;利用X射线衍射仪、扫描电镜等测试手段分析涂层的物相组成和涂层表面及截面的微观形貌;测试了涂层在1 000 ℃大气条件下的抗氧化性能。结果表明:1 000 ℃下氧化5 h,无涂层C/SiC复合材料基体失重率为30.8%,具有Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层的C/SiC复合材料基体失重率为16.0%,表明Si/莫来石/Ba_0.25Sr_0.75Al₂Si₂O₈复合涂层能有效提高C/SiC复合材料的高温抗氧化性能。     

氟化镍添加剂对铝电解用炭间糊性能的影响

通过添加不同含量的氟化镍(NiF₂)对改质沥青-煤焦油复合粘结剂进行改性, 并采用改性复合粘结剂与电煅无烟煤、沥青焦、熟碎制备铝电解用炭间糊, 研究NiF₂添加量对炭间糊常规性能、膨胀/收缩过程、质量损失过程以及微观结构的影响。结果表明, 随着NiF₂添加量增加, 炭间糊的致密程度和导电性能逐渐提高, 耐压强度和膨胀/收缩率均呈先增大后减小的变化趋势, 挥发分在8.86%~9.53%范围内波动;体积膨胀显著增加, 焦化温度提前, 残炭值提高;NiF₂添加剂的反应产物以复杂混合物形式分布于粘结焦层片结构。当NiF₂添加量为4%时, 炭间糊的综合性能达到最佳。     

工艺条件对C/C复合材料可石墨化性的影响

用炭毡作为纤维增强体,采用多元耦合物理场CVI工艺,在自行设计的CVI炉中增密C／C复合材料,对CVI沉积条件(温度、压力、气体流速、毡体密度、碳源)和石墨化热处理温度对C／C复合材料XRD结构参数(石墨化度g和石墨微晶尺寸Lc)的影响进行了研究。结果表明,采用本工艺制备C／C复合材料,经过工艺优化,材料经过2300℃、2h的石墨化处理,其石墨化度可达到77％以上;并且发现,较高的沉积温度、较低的压力、较大的气流速度、较大密度的毡体有利于C／C复合材料晶体有序度的提高;其次,采用石油液化气(LPG)作碳源时样品的晶体有序度比丙稀(GH6)作碳源时稍高;石墨化热处理可进一步提高材料的石墨化度,升高的幅度和组织结构密切相关,提高材料石墨化度的关键环节是CVI工艺条件。     

氢氧化镁晶须对PVC材料力学性能的影响

将经硬脂酸钠、油酸钾等表面改性的氢氧化镁晶须与PVC塑料混炼制得氢氧化镁晶须/PVC复合材料,研究了氢氧化镁晶须含量及分布状态对PVC材料力学性能的影响。结果表明：表面改性氢氧化镁晶须能均匀地分布于PVC塑料中;当氢氧化镁晶须的含量达到30%时,所得复合材料的综合力学性能最佳,其中弹性模量较纯PVC塑料提高了41.18%,达到0.24 GPa。氢氧化镁晶之所以能增强PVC材料的力学性能,主要是由于均匀分布的晶须承担了应力在复合材料中的传递。     

CVD炭/炭刹车材料制备工艺和微观结构研究

用炭毡作为纤维增强体 ,设计特殊的导电发热层 ,采用多元耦合物理场CVD工艺 ,在自行设计的CVD炉中增密用于刹车材料的C/C复合材料 ,并就CVD沉积条件和石墨化热处理温度对C/C复合材料微观结构的影响进行了研究。对沉积炭的组织结构进行了观察和分析 ;对C/C刹车材料的石墨化度 g和石墨微晶尺寸Lc进行了量化分析。研究表明 :较高的沉积温度和较低的压力 ,有利于材料的组织结构由光滑层 (SL)向粗糙层 (RL)结构转变 ,材料的可石墨化能力和微晶尺寸呈升高趋势 ;随石墨化热处理温度的升高 ,材料的石墨化度和微晶尺寸呈升高趋势 ,但粗糙层组织结构升高的幅度远大于光滑层。     

La2O3对TA2钛电解渗硼的影响

以无水硼砂为渗硼剂、K₂CO₃为活化剂、B₄C为供硼剂、La₂O₃为添加剂,对TA2金属钛进行电解渗硼,研究La₂O₃对渗硼层形貌的影响。结果表明,硼化层由表面层的TiB2和次外层的TiB晶须组成。在相同渗硼工艺条件下,不添加La₂O₃时,TiB晶须长度为92.61 μm,TiB2厚度为6.38 μm; 添加5%、10%和15%La₂O₃后,TiB晶须长度分别为100.39、121.65和144.83 μm,TiB₂厚度分别为5.83、5.28和5.30 μm,La₂O₃的加入促进了TiB晶须的生长,但降低了TiB₂层厚度。     

热分解法制备三水碳酸镁晶须及其结晶动力学研究

利用菱镁矿制备重镁水溶液,以此为前驱溶液,采用热分解法制备三水碳酸镁晶须。借助X射线衍射分析（XRD）和扫描电镜（SEM）探究热解时间、重镁水溶液浓度和搅拌速率对产物组成和形貌的影响,并研究结晶动力学。结果表明,在温度50 ℃、热解时间120 min、重镁水质量浓度为2.75~3.39 g/L时,热分解法制备得到平均直径为6.0 μm、平均长度为100 μm的棒状MgCO₃·3H₂O晶须。随着时间和浓度增加,MgCO₃·3H₂O晶体表面或整个棒状结构会发生溶解重新形成无定形颗粒,并逐渐形成多孔棒状4MgCO₃·Mg（OH）₂·3H₂O。搅拌速率影响MgCO₃·3H₂O晶须的产率。MgCO₃·3H₂O晶体中,[MgO₆]正八面体通过Mg-O键以共顶点的方式紧密相连,沿化学键作用力较强的[010]方向无限连接形成长链。结晶动力学线性拟合结果表明重镁水溶液浓度增大,诱导期时间缩短。      

水淬铜渣中铁组分强化还原改性

采用低温强化还原改性-高温熔分工艺回收水淬铜渣中的铁。在热力学分析基础上, 系统研究了还原剂和添加剂对强化还原改性过程的影响并进行了理论分析。研究表明, 调整炉渣碱度和改变炉渣物相组成, 改善了还原反应动力学条件, 破坏了Fe-O-Si的致密结构, 将化合态的铁转变为单质形式的金属铁, 同时CaO与SiO₂结合形成CaO·SiO₂, 铁颗粒聚集成较大晶粒, 起到了还原改性的效果, 初步实现了铁硅分离, 为后续高温熔分过程创造了条件。铜渣强化还原改性的优化工艺参数为:还原温度1 250 ℃, 时间30 min, C/O比1.5, 碱度0.6, 炉渣Al₂O₃含量13%, 在此条件下, 获得金属化率为88.43%的金属化球团, 有利于后续高温熔分工艺的进行。     

高炉冶金矿渣特性及其在ZTA陶瓷烧结中的作用

高炉渣是由炼铁高炉产生的一种工业废渣,其中含有CaO、Al₂O₃、SiO₂等硅酸盐成分和少量Fe₂O₃、TiO₂、ZrO₂等析晶形核剂。高炉渣在855℃热处理1 h,可形核析出1 μm左右的Ca₂Al₂SiO₇微晶,这表明高炉渣具有较高的析晶活性。向ZTA中添加质量分数为4%的高炉渣,1 550℃烧结30 min,低温下ZTA陶瓷的力学性能明显提升,抗弯强度和断裂韧性分别为650 MPa和6.03 MPa·m1/2,比相同温度下未添加高炉渣时分别提高了15%和14.2%,烧结温度降低了50℃以上。颗粒细化的高炉渣掺入ZTA陶瓷基体,烧结过程中高炉渣产生的液相促进了Al₂O₃棒晶的生长,受力过程中棒晶的拔出和裂纹的偏转有利于ZTA陶瓷力学性能的提升;高炉渣在高温下的析晶增强了ZTA陶瓷的晶界强度,进一步提高了材料的力学性能。      

煤矸石低温煅烧法制备白炭黑

以煤矸石为硅源用低温煅烧法制备白炭黑。实验结果表明, 煤矸石和碳酸钠溶液均匀混合(n(Na₂CO₃)/n(SiO₂)=1), 并在800 ℃低温保温2 h, 所得烧结物投入水中水淬, 过滤得水玻璃; 向水玻璃中加入乙醇并通入CO₂气体, 形成大量硅胶, 硅胶经烘干制得白炭黑, 当溶液乙醇浓度为4 mol/L时, 样品的产率达86.15%。XRD衍射图谱及SEM分析得知: 从硅胶可获得粒径达到纳米级、纯度达99.9%白炭黑。     

由低品位菱镁矿制备高纯碳酸镁的研究

以低品位菱镁矿为原料, 经轻烧、消化, 在不同条件下进行碳酸化, 将消化料浆转化为碳酸氢镁进入液相而制得重镁水, 采用活性炭为吸附剂脱除钙、铁等杂质, 并研究了不同添加剂对重镁水热解产物形貌的影响。研究表明, 随着碳酸化温度升高, 氧化镁的收得率降低; 随着碳酸化时间的延长, 氧化镁的收得率增加; 随CO₂气体流量的增大, 氧化镁的收得率稍有增加, 但增加幅度很小。XRD分析表明重镁水热解产物的主要成分是3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O 和MgCO₃·3H₂O。经过提纯处理后, 热解产物纯度很高, CaO含量小于0.04%, TFe含量小于0.02%。SEM分析表明, 无添加剂时, 热解产物为片状; 加入酸性添加剂磷酸二氢钾时, 热解产物为花瓣状; 加入碱性添加剂碳酸铵时, 热解产物为球状; 加入可溶性镁盐时, 热解产物为晶须状。