燃烧合成Si3N4和SiC复相材料的相稳定性热力学分析

为了提高Si3N4产率和降低成本,采用硅粉、氮气作为原料,碳、二氧化硅作为稀释剂,卤化铵作为化学激励剂,通过机械活化和化学激励法燃烧合成制备Si3N4和SiC复相原料。热力学分析表明:特定的工艺条件下氧化硅和碳替代氮化硅作为稀释剂,当氧化硅和碳含量约30wt%时,能得到氮化硅和碳化硅复合陶瓷粉体。以碳的活度为1计(ac=1),燃烧合成时两者稳定共存的温度为1647K;同时,增大氮气压力和降低氧分压是硅粉完全氮化的条件,而不宜提高合成温度。当满足特定工艺条件时(原料加入量为9%Si3N4及15%淀粉和SiO2的混合物、氮气压力大于3MPa、5小时磨研),燃烧合成产物的主晶相为Si3N4、SiC和Si2N2O,而无游离硅,此产物是烧结Si3N4和SiC复合陶瓷或制备Si3N4结合SiC耐高温材料的理想原料。     

ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中ZrSiO4相形成机制研究

研究了ZrB2-20vol%SiC超高温陶瓷在空气气氛中的氧化行为,分析了氧化温度、氧分压和氧化时间等对硅酸锆形成和晶体生长过程的影响,提出了ZrB2-SiC超高温陶瓷氧化过程中硅酸锆相的形成机制.热力学计算结果表明,硅酸锆相的形成与高温下SiC的活性氧化有关.实验结果表明,常压氧化过程中,硅酸锆的形成可分为两个阶段,(I)形核,这一过程与SiC的活性氧化有关;(II)晶体生长,随着氧化时间的延长,氧化后形成的富硅玻璃相与氧化锆在硅酸锆晶核处反应,晶粒进一步长大.研究表明,在1500℃氧化90min后,硅酸锆的晶粒尺寸达到100μm左右.     

不同晶核剂对硼硅酸盐钙钛锆石固化体析晶行为及化学稳定性的影响

通过“一步法”热处理制备含24%(质量分数)模拟核废物的硼硅酸盐钙钛锆石固化体,从析晶动力学角度出发,利用Kinssinger法研究不同晶核剂(Fe₂O₃、Cr₂O₃、P₂O₅、CaF₂)作用下固化体的析晶行为及其对化学稳定性的影响。实验结果表明,Cr₂O₃的引入促进了板状CaZrTi₂O₇晶体的析出,析晶活化能E由218 kJ/mol降至128 kJ/mol,并使残留在玻璃基体中的模拟核素进入所析出的晶相,而其他晶核剂对析晶无明显影响。MCC-1标准测试法结果显示,Cr₂O₃作为晶核剂时,模拟核素Ce元素抗浸出性能最为优异,化学稳定性最佳,7 d后归一化元素浸出率小于10-7 g·m-2·d-1。     

PbBr2-PbCl2-PbF2-PbO-P2O5系统玻璃的热性质和化学稳定性

重点研究了PbBr2-PbCl2-PbF2-PbO-P2O5系统玻璃的热性质、耐水性和抗潮解性.结果表明该系统玻璃的热膨胀系数较大,一般在25×10-6°C-1左右.PbBr2-PbCl2-P2O5系统的玻璃具有较低的玻璃转变温度,可低达146°C     

Al2O3/ZrO2/ZrSiO4复合材料的研究

在Al2O3颗粒补强锆英石陶瓷的研究基础上,探讨了Al2O3与ZrO2共同对锆英石陶瓷的协同补强增韧行为.制备的锆英石基复合材料的室温抗弯强度和断裂韧性分别可达383.31MPa、4.39 MPa·m12.采用XRD分析了复合材料的相组成,采用SEM观察复合材料的断面形貌.结果显示:ZrSiO4为主要晶相,另外还有少量Al2O3和ZrO2存在;第二种增强体ZrO2的最佳引入量为20％(质量分数);确定复合材料的强韧化是由Al2O3和ZrO2颗粒引起的裂纹偏转、微裂纹增韧与ZrO2颗粒引起的相变增韧共同作用而实现的,断裂方式主要为穿晶断裂.     

Ba3(VO4)2:Sm3+荧光粉的熔盐法合成及其温度传感特性

采用熔盐法成功合成了Ba_3-x(VO₄)₂:xSm³⁺(x=0.02～0.16)一系列荧光粉,探讨了合成条件、Sm³⁺掺杂对样品结构和发光性能的影响,并探究了样品的温度传感性能。结果表明：合成样品的适宜反应条件是煅烧温度为900℃、煅烧时间为1 h、原料与熔盐质量比为1∶3,所得样品相纯度和结晶度均较高。样品微观形貌呈片状,厚度约1.5～3 mm。在318 nm激发下,Ba_3-x(VO₄)₂:xSm³⁺的发射光谱中可同时观察到VO₄^3-基团的宽带发射和Sm³⁺的特征发射,样品的发光颜色集中在黄白光区域。随着Sm³⁺掺杂浓度(x)从0.02增大到0.16,Sm³⁺的特征发射峰强度呈现出先升后降的变化趋势,当x=0.10时,发射峰强度达到最高值。导致其浓度猝灭的主要原因是电偶极-电偶极(...     

BaTi4O9微波介质陶瓷的低温烧结

研究液相多元添加对BaTi4O9微波介质陶瓷的烧结和介电性能的影响.通过添加(CuO和V2O5)烧结助剂来达到降低烧结温度的效果,并且使其保持较好的微波、高频性能.实验结果表明在添加合适的烧结助剂下,烧结温度为1180℃时,BaTi4O9微波介质陶瓷在1MHz下的介电性能ε=41.2,tgδ=5,τ=82×10-6/℃.基本保持了良好的介电性能.     

水热法合成LiFePO4的掺碳改性研究

以LiOH、FeSO4和H3PO4为原料,采用水热法合成了结晶性良好的LiFePO4颗粒。在此基础上,以葡萄糖为碳源,掺入不同量的碳,形成LiFePO4/C复合材料。样品经过XRD、SEM、恒流充放电测试、EIS表征,结果表明,掺碳提高了LiFePO4的比容量、循环性能和锂离子的扩散动力学性能。电化学测试表明,LiFePO4/C放电比容量开始随着碳含量的增加而上升,随后降低。其中,3%碳含量的LiFePO4/C样品具有最佳的放电性能,0.1C倍率下达到145mAh/g,0.2C倍率下达到142mAh/g,50次循环后仅衰减0.7%。     

熔盐法辅助合成二维h-BN材料及其CO2吸附性能

制备具有高比表面积的二维多孔h-BN材料是实现高效CO₂吸附的主要途径之一。采用氯化镁(MgCl₂)和氯化钾(KCl)作为熔盐反应介质,以硼砂(Na₂B₄O₇)和三聚氰胺(C₃H₆N₆)为主要原料,制备了二维多孔h-BN材料,研究了熔盐种类及合成温度对产物的组成、形貌、孔隙结构及CO₂吸附性能的影响。研究结果表明,以KCl为熔盐得到h-BN与r-BN共存的产物,以MgCl₂为熔盐得到纯度更高的h-BN材料。相较于KCl,以MgCl₂为熔盐能显著提升h-BN材料的比表面积,并将二维h-BN材料的合成温度降低至1 000℃。当合成温度为900℃时,以MgCl₂为熔盐得到的h-BN材料比表面积最高且CO₂吸附性能最好,分别为281.78 m²/g和7.69 cm³/g...     

Si3N4陶瓷在高温熔盐-水氧环境下的腐蚀行为

熔盐电解是核能领域乏燃料干法后处理的关键技术。高温下熔盐会对盛装乏燃料的坩埚造成严重的腐蚀,因此,研发具有耐高温和抗腐蚀的坩埚材料是发展干法后处理技术的关键。Si₃N₄凭借其优异的高温热学和力学性能,成为干法后处理工艺中坩埚的理想候选材料。然而在实际服役条件下,Si₃N₄面临高温熔盐和水氧的侵蚀,其失效行为尚不明确。因此,本工作选取Si₃N₄为研究对象,在氩气和水氧(5%H₂O-10%O₂-85%Ar)环境中,开展了LiCl-KCl和NaCl-2CsCl熔盐对Si₃N₄的腐蚀行为研究。研究发现,在氩气环境中,Si₃N₄在LiCl-KCl熔盐中出现轻微的晶界腐蚀,而NaCl-2CsCl熔盐对其腐蚀并不明显。在5%H₂O-10%O₂-85%Ar水氧耦合环境中,LiCl-KCl熔盐优先腐蚀...     

化学共沉淀法合成低热膨胀ZrW2O8/ZrO2复合材料

采用化学共沉淀法合成前驱体,前驱体经1150℃烧结得到ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料。对ZrW₂O₈/ZrO₂前驱体进行傅里叶变换红外光谱、热重-差示扫描量热分析;通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。研究结果表明:合成的复合材料的组元为α-ZrW₂O₈和m-ZrO₂相,化学均匀性良好且易烧结;随着ZrW₂O₈质量分数增加,复合材料的热膨胀系数减小,其中26%ZrW₂O₈/ZrO₂复合材料在30~600℃的平均热膨胀系数为-0.5649×10-6K-1,近似为0。      

BaCo0.2Fe0.6Ti0.2O3-δ的制备、氧非化学计量和电子输运性能研究

采用修饰的Pechini方法制备了纯相BaCo0.2Fe0.6Ti0.2O3-δ(BCFT)样品.X射线衍射(XRD)证明了该方法制备的陶瓷粉体及烧结样品为单一的六方钙钛矿相结构.扫描电镜(SEM)观察显示BCFT烧结样品具有均匀的微结构.电导测量显示在570℃以下具有电阻负温度系数(NTC)特征,而在570～1000℃则呈电阻正温度系数(PTC)特征,结合碘滴定对BCFT样品在不同温度下的氧非化学计量测量结果,分析认为该电导出现极值的现象是因为高温晶格氧析出导致样品空穴载流子浓度降低所致.对电阻负温度系数温度段的电子输运性能和稳定性的研究表明,BCFT在200～300℃之间具有较好的阻温特征和重复性,有望作为一种在该温度段使用的新型NTC材料.     

二元氧化物熔盐Na2WO4-WO3的成分分析及电沉积钨涂层的研究

二元氧化物熔盐Na2WO4-WO3是一种理想的电沉积钨涂层熔盐体系,研究该熔盐在不同条件下的成分变化及离子组成对电沉积钨涂层技术参数与性能控制非常重要.通过XRD、Raman光谱和SEM等测试分析技术,系统分析了熔融温度和电沉积时间对二元氧化物熔盐Na2WO4-WO3的成分和离子组成的影响,同时分析了在该熔盐中采用电沉积方法获得的钨涂层的表面形貌.结果表明,熔融温度与电沉积时间对熔盐的成分和离子种类都没有影响,电沉积中主要的离子源来自于阳极钨;电沉积获得的涂层为纯金属钨,而且表面致密均匀.     

高掺量稀土磷酸盐玻璃化学稳定性的研究

稀土掺杂的磷酸盐玻璃作为激光介质和特种光学玻璃材料,其化学稳定性研究是至关重要的.本文主要研究了掺加10mo1%和15mo1%Sm2O3的P2O5-BaO-Al2O3体系玻璃的化学稳定性,研究结果表明:玻璃的耐水性能受玻璃中离子含量的影响较大,Al3 和Sm3 离子的含量越高,结构越稳定,耐水性能越好;玻璃的耐酸性能与结构中阳离子的极化能力(Z2/r)有关,Z2/r越大,耐酸性能越好,而且玻璃的侵蚀是渐缓的,这是由于玻璃表面形成了一层明显的覆盖层所致;玻璃在碱性介质中的侵蚀机理是磷酸盐长链末节的金属离子被水化,产生P-O-P断键,形成正磷酸盐溶解到溶液中,同时,随着稀土离子的增加,耐碱性能变差.     

偏化学计量比熔盐法合成Bi4Ti3O12晶化过程研究

用示差扫描量热-热重分析(DSC-TG)、X射线衍射(XRD)、场致发射扫描电子显微镜(FESEM)等表征方法对不同化学计量比熔盐法合成Bi4Ti3O12(BTO)晶化过程进行了分析.结果表明,不同化学计量比熔盐法合成Bi4Ti3O12的晶化过程完全不同:富Bi组分晶化过程中间相为Bi12TiO20、Bi2Ti2O7、Bi2O2.75;化学计量比组分晶化过程中间相为Bi2O2.75、Bi2Ti2O7;富Ti组分晶化过程中的中间相为Bi2O2.75、Bi2Ti4O11.     

低温合成锐钛矿TiO2及其光催化性能研究

采用低温钛醇盐水解一步合成TiO2。考察了钛源、反应温度、超声作用等对TiO2光催化活性的影响。应用X射线衍射对样品性能进行表征,并以甲基橙溶液为模拟污染物在紫外光辐射下进行光降解实验。结果表明,选择四异丙醇钛为原料,当反应温度为75℃时,超声0.5h制备的样品,其晶体结构主要为锐钛矿;其在紫外光照180min后,对8mg/L甲基橙的降解率能达到90%以上。     

熔盐对ZrO2纤维模板辅助燃烧合成ZrB2纤维的影响

以ZrO₂纤维、B₂O₃粉、Mg粉为原料,分别以NaCl、MgCl₂及NaCl、MgCl₂复合盐为稀释剂,采用模板辅助燃烧合成法,经酸洗制备了ZrB₂短纤维,采用试算法计算了反应体系绝热温度,并对产物进行XRD和SEM表征。结果表明:反应体系的绝热温度随着熔盐掺量的增加而降低,掺NaCl体系绝热温度下降较为明显,尤其是在熔盐掺量较高的情况下。加入NaCl后产物物相主要为ZrB₂以及少量残余的ZrO₂,加入MgCl₂后产物中还有少量Mg₃B₂O₆。加入熔盐不仅能避免ZrO₂纤维的熔融,使产物更容易保持原料中纤维的形状,还能减小产物的晶粒尺寸,加入MgCl₂能促进产物晶粒的发育,随着MgCl₂掺量的增加,纤维上的颗粒逐渐发育成棱角分明的六方状晶体。从残余的ZrO₂含量和晶粒尺寸分析,单盐的效果要优于复合盐,MgCl₂的效果优于NaCl。     

Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状及进展

Si3N4/hBN复相陶瓷凭借优良的综合力学性能,逐渐成为人们研究的热点。从制备工艺和性能出发阐述了国内外Si3N4/hBN复相陶瓷的研究现状,分析了各种制备方法的优缺点以及hBN含量对Si3N4/hBN复相陶瓷的可加工性能、力学性能、介电性能、摩擦学性能的影响,并指出简化工艺、降低烧结温度、hBN含量与性能定量表征等可能是今后的发展方向。     

Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3压电陶瓷的温度稳定性研究

探讨了硬性添加物MnO2、软性添加物Nb2O5和两性添加物Cr2O3对锑锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3(简称PMSZT5)压电陶瓷的相组成及温度稳定性的影响.研究结果发现:各掺杂组成在900℃的煅烧温度下,都可以得到钙钛矿结构.随着各掺杂离子的增大,四方相含量减少,准同型相界向三方相移动.综合考虑离子掺杂对PMSZT5压电陶瓷的机电性能及温度稳定性的研究结果表明:锰过量较其它铌和铬掺杂的温度稳定性更好,机电性能最佳的PMSZT5+0.1wt%MnO2的组成,ε33T/ε0=1560,d33=350pC/N,Kp=0.63,25~80℃的fr、K31和d31平均温度系数分别为72×10-6/℃、0.027%/℃和0.100%/℃.     

ZrTiO4纳米晶的低温合成及其吸附特性

以ZrClO2和TiCl4为原料合成了ZrTiO4纳米晶.样品的X射线衍射(XRD)结果表明,用沉淀法在750℃较低温度下即可合成纳米级的ZrTiO4粉末;透射电镜(TEM)和比表面积SBET的测试结果显示,用沉淀法合成的粉末样品具有较大的比表面积,并且在甲基橙溶液中表现出了显著的吸附特性.ZrTiO4这一独特的结构性能为我们设计光催化剂的纳米载体材料提供了思路,具有重要的研究价值.