铝对自反应原位合成复合陶瓷坯件组织结构及性能的影响

分别以Ti-B₄C-C体系和Ti-B₄C-C-Al体系复合粉为反应原料, 利用自反应喷射成形技术制备Ti(C,N)-TiB₂基复合陶瓷坯件. 利用XRD、SEM、EDS、TEM等方法, 研究分析了向喷射体系中加入5wt%金属Al对喷射沉积坯件组织结构、主要力学性能的影响及其原因. 结果表明, Ti-B4C-C体系的喷射沉积坯件主要由TiC_0.3N_0.7和TiB₂主相及TiO₂副产物相组成, 其致密度、维氏硬度、弯曲强度、断裂韧性等性能分别为97.2%、17.3GPa、387MPa、6.0MPa·m^1/2; 喷射体系中添加5wt%金属Al后, 喷射沉积坯件的主相仍为TiC_0.3N_0.7和TiB₂, 但副产物相中不含有害相TiO₂, 而增加了对复合材料有益的A_l2O₃与Ti₃Al相, 坯件内TiB2颗粒长径比增大, 出现大量长棒状晶, 并使坯件的致密度、维氏硬度、弯曲强度、断裂韧性等性能也分别提高到97.7%、20.6GPa、425MPa、7.3MPa·m^1/2.可见金属Al的添加可有效抑制喷射过程中Ti的氧化, 明显改善喷射沉积坯件的综合力学性能.     

TaC/Ti3SiC2复合材料的制备与性能

采用反应热压烧结法制备了TaC/Ti₃SiC₂复合材料,借助XRD、SEM、能谱仪以及热重分析等,研究了TaC含量对TaC/Ti₃SiC₂复合材料的相组成、显微结构、力学性能和抗氧化性的影响。结果表明: 采用反应热压烧结法可以制备出致密的TaC/Ti₃SiC₂复合材料,该复合材料的主晶相为Ti₃SiC₂和TaTiC₂,还含有少量的TiC;随着TaC含量的增加,TaC/Ti₃SiC₂复合材料的弯曲强度和断裂韧性呈现先增大后降低的变化趋势,当TaC含量为30wt%时,二者均达到最大值,此时弯曲强度为404 MPa,断裂韧性为4.10 MPa·m^1/2;TaC的引入,使TaC/Ti₃SiC₂复合材料抗氧化性能明显优于Ti₃SiC₂材料。     

BNmf-Si3N4w/Si3N4复合材料的制备与性能

为制备一种介电性能和力学性能优异的高温透波材料,采用凝胶注模(GC)结合先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了BN_mf-Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料。研究了浸渍裂解次数及BN_mf含量对复合材料的力学性能与介电性能的影响。结果表明：(1)随着PIP循环次数增加,复合材料的密度增大,气孔率降低,氮化硅基体逐渐形成三维网络结构包裹在复相微米增强体周围,复合材料力学性能提升;(2)当BN_mf含量从4vol%增加到12vol%时,弯曲强度从175.5 MPa降低到139.3 MPa,断裂韧性从2.36 MPa·m^1/2增加到2.73 MPa·m^1/2,介电常数从3.62下降到3.25,介电损耗角正切从0.012下降到0.007;(3) BN_mf-Si₃N_4w/Si₃N₄复合材料的强韧化机制主要...     

添加BaTiO3的热压烧结Si3N4陶瓷的力学和介电性能

本研究以Al₂O₃和Nd₂O₃为烧结助剂, 采用热压烧结法制备Si₃N₄陶瓷, 系统研究了添加BaTiO₃对Si₃N₄陶瓷力学和介电性能的影响。研究结果表明, 随着BaTiO₃含量的增加, 相对密度、抗弯强度和维氏硬度都随之降低, 而断裂韧性有所升高; 即使添加5wt%~20wt%的BaTiO₃, Si₃N₄陶瓷的抗弯强度依然可以保持在600 MPa以上。Si₃N₄陶瓷的介电常数可以提高到9.26~11.50, 而介电损耗保持在10^-3量级。在Si₃N₄陶瓷中未检测到BaTiO₃结晶相, 可以认为Si₃N₄陶瓷介电常数的提高主要来源于烧结过程中形成的TiN。这些结果有助于拓展Si₃N₄陶瓷的应用领域。     

ZrO2(Y2O3)含量对双峰晶粒度分布Mo-12Si-8.5B-ZrO2(Y2O3)复合材料力学性能的影响

多相Mo-12Si-8.5B合金是一种很有应用前景的高温结构材料,为了同时提高Mo-12Si-8.5B合金的强度和韧性,提出了采用纳米ZrO₂(Y₂O₃)强韧化具有双峰晶粒度分布Mo-12Si-8.5B复合材料的方法。首先采用溶胶-凝胶和高温氢还原法制备了纳米Mo-ZrO₂(Y₂O₃)复合粉末,然后以纳米Mo-ZrO₂(Y₂O₃)粉末和微米Mo粉末为原材料,采用放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有双峰晶粒度分布的Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料。结果表明,随着ZrO₂(Y₂O₃)含量的增加,制备的Mo-ZrO₂(Y₂O₃)纳米粉末的粒度和烧结体相对致密度均逐渐减小,ZrO₂(Y₂O₃)含量小于2.5wt%时,烧结体的相对致密度均大于98.1%。当ZrO₂(Y₂O₃)含量为1.5wt%和2.5wt%时,复合材料具有较高的硬度(9.76~9.98 GPa),抗弯强度(672~678 MPa)和断裂韧性(12.68~12.82 MPa·m1/2)。Mo-12Si-8.5B-ZrO₂(Y₂O₃)复合材料中Mo晶粒细化、粗细Mo晶粒的晶界强化和纳米ZrO₂(Y₂O₃)颗粒第二相强化是提高硬度和抗弯强度主要原因;复合材料中粗晶粒Mo和纳米ZrO₂(Y₂O₃)有助于断裂韧性的提高,材料的增韧机制主要是裂纹偏转和裂纹桥接。      

盐酸活化对石墨相氮化碳(g-C3N4)结构和g-C3N4/S锂硫电池正极复合材料性能的影响

以三聚氰胺为原料制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,加入盐酸进行水热处理得到酸活化的g-C₃N₄。研究了盐酸活化对g-C₃N₄结构、形貌及锂硫电池g-C₃N₄/S正极复合材料电化学性能的影响。实验结果表明:盐酸活化处理后,g-C₃N₄的层间距变化不显著。随着盐酸浓度增大,g-C₃N₄比表面积先增大后减小,当盐酸浓度为2.5wt%时,比表面积最大为86.1 m2·g-1,与未处理g-C₃N₄的13 m2·g-1相比提高了5~6倍;盐酸活化g-C₃N₄/S正极复合材料的比容量和循环性能也呈现先增大后减小的趋势,当盐酸浓度为2.5wt%时,比容量和循环性能最好,比容量为1 538 mAh·g-1,循环50次后容量保持率为77.8%,电化学性能与比表面积呈强相关性。      

BN含量对多孔BN/Si3N4陶瓷结构和性能的影响

以氮化硅(Si₃N₄)为基体, 氮化硼(BN)为添加剂, 叔丁醇为溶剂, 采用凝胶注模成型与无压烧结工艺(温度为1750 ℃、保温时间为1.5 h、流动N₂气氛), 成功制备出具有一定强度和低介电常数的多孔BN/Si₃N₄陶瓷。在浆料中初始固相含量固定为15%体积分数的基础上, 研究了BN含量对多孔Si₃N₄陶瓷材料的气孔率、物相组成及显微结构的影响, 分析了抗弯强度、介电常数与结构之间的关系。结果表明, 通过改变BN含量可制备出气孔率为55.1%~66.2%的多孔Si₃N₄陶瓷; 多孔BN/Si₃N₄复合陶瓷的介电常数随着BN含量的增加而减小, 为3.39~2.25; 抗弯强度随BN含量提高而有所下降, BN质量分数为2.5%时, 抗弯强度最高, 为(74.8±4.25) MPa。     

柔性YAG-Al2O3纳米纤维膜负载C3N4的水处理性能研究

采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了柔性钇铝石榴石-氧化铝(YAG-Al₂O₃)纳米纤维膜，然后使用尿素包埋法将石墨相氮化碳(g-C₃N₄)引入到纤维膜孔隙中，制备了自支撑光催化降解钇铝石榴石-氧化铝/氮化碳(YAG-Al₂O₃/C₃N₄)复合材料，表征了材料的形貌结构和力学行为，并研究了其在亚甲基蓝污水处理中的可见光催化降解性能。结果表明，YAG-Al₂O₃纳米纤维膜具有优异的柔韧性，YAG-Al₂O₃/C₃N₄复合材料在厚度方向具有良好的弹性，两者均为自支撑材料。100min内复合材料对亚甲基蓝的降解率可达96%以上，循环3次后降解率仍保持在94%左右。催化反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型，说明复合材料具有长期稳定且高效的催化降解效果。     

以钛酸四正丁酯为钛源制备超细Ti粉体

以有机钛源钛酸四正丁酯（Ti（OC₄H₉）₄）与纳米碳黑（C）为反应原料制备超细Ti（C_1-xN_x）粉体。经过计算可知两者理论质量比约为9.4：1,以m（Ti（OC₄H₉）₄）：m（C）=9：1混料,通过溶胶凝胶法制备烧结前驱体。利用高温碳热还原法,在N₂气氛中,分别在不同温度下恒温烧结1 h,直接反应合成超细Ti（C_1-xN_x）粉体。结果发现,随温度升高,x 值逐渐降低,数值区间为0.19~0.72;产物组分中的总碳含量（C_t）逐渐增大,从14.23wt%增大到18.66wt%,游离碳含量（C_f）与氧含量（C_o）均低于0.5wt%;产物平均粒度也呈增大趋势,平均粒度分布区间为220~275 nm。     

Q235低碳钢表面等离子熔覆TiB2-TiC/Fe复合涂层及耐磨性

采用等离子熔覆技术,以Fe55、Ti、B₄C混合粉末为原料,在Q235低碳钢表面获得了TiB₂-TiC/Fe复合涂层,并分析了涂层的物相组成、组织结构,测试了显微硬度和摩擦磨损性能,探讨了其磨损机制。TiB₂-TiC/Fe复合涂层的主要物相为TiB₂、TiC、α-Fe,其中TiB₂呈多边形和矩形,TiC则呈不规则块状;随着原始粉末中Ti、B₄C含量的增加,TiB₂、TiC尺寸逐渐增大,TiB₂-TiC/Fe涂层与基体之间结合紧密,呈冶金结合;随着TiB₂-TiC/Fe复合涂层陶瓷相含量的增加,涂层硬度和耐磨性显著提高,当陶瓷相含量增加到一定程度（35wt%）时,涂层耐磨性能有所降低,TiB₂-TiC/Fe复合涂层的磨损方式主要是磨粒磨损和剥层磨损。Ti+B₄C陶瓷相含量为30wt%的等离子熔覆涂层耐磨性能较好,约为Q235钢基体的7倍,当Ti+B₄C含量持续增加时,TiB₂、TiC尺寸增大、缺陷增多,最终使TiB₂-TiC/Fe复合涂层耐磨性降低。     

烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷微观组织结构和性能的影响

通过氮气氛烧结制备了Ti(C, N)-WC-TaC-NbC-Co-Ni金属陶瓷,研究了烧结温度和保温时间对Ti(C, N)基金属陶瓷芯部和表面的微观组织结构及性能的影响。结果表明：Ti(C, N)基金属陶瓷表面在渗氮的作用下会形成富无环黑芯和黏结相层;随着烧结温度的升高,样品的平衡氮分解压力增大,渗氮作用减弱,表层富无环黑芯和黏结相层变薄;而随着保温时间的延长,表层富无环黑芯和黏结相层逐渐变厚,次表层缺黑芯越来越明显。随着烧结温度升高和保温时间延长,溶解再析出过程加剧,芯部Ti(C, N)黑芯体积分数减少,环相变厚且无环黑芯数量减少,硬质相晶粒尺寸增加。随着烧结温度的升高,合金硬度、钴磁和矫顽磁力逐渐减小,断裂韧性先增加后减小;随着保温时间的延长,硬度和断裂韧性均有先下降后升高的趋势,而钴磁和矫顽磁力逐渐增大。在1500 ℃保温40 min烧结的样品综合性能最好,维氏硬度达到1544 HV30,断裂韧性为9.0 MPa·m1/2,钴磁和矫顽磁力分别为4.74和9.42 kA/m。     

碳纳米球复合g-C3N4提升光催化降解酸性橙Ⅱ性能

基于g-C₃N₄构建的异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。本研究通过水热法制备了一系列不同碳纳米球(Carbon nanospheres,CS)添加量的x-CS/g-C₃N₄ (x=4wt%、5wt%和7wt%)复合光催化剂,以氙灯光源模拟可见光,探究了x-CS/g-C₃N₄对酸性橙Ⅱ的光催化降解性能。结果表明:5wt% CS/g-C₃N₄的光催化活性最高,光催化反应150 min,酸性橙Ⅱ的降解率达到95%。表征结果表明,g-C₃N₄与CS具有类似的π-π共轭结构,易发生π-π堆积相互作用而有利于电子跃迁。二者复合后能有效增强g-C₃N₄对可见光的吸收效率,降低其表面/界面处的电荷转移电阻,显著增强载流子的传输能力。x-CS/g-C₃N₄可作为一种有效的可见光催化剂应用于有机染料降解,具有应用前景。      

SnS2-Ag/g-C3N4三相复合材料的合成及其光催化性能

为解决单相光催化材料结构和性能上的缺陷,通过二次煅烧法获得二维石墨相氮化碳g-C₃N₄,通过光沉积法获得Ag/g-C₃N₄,选择SnS₂与Ag/g-C₃N₄通过简单的超声和蒸发溶剂的方法制备了三相复合材料SnS₂-Ag/g-C₃N₄,成功构建了n-n型异质结,并对材料的微观形貌、相结构、光响应能力和孔隙结构等进行了详尽表征。结果表明：材料依然保留了片层状结构并构建了浪花状形貌,各相结晶度较高且界面构建良好,形成了类似三明治结构的2D-0D-2D形貌,复合材料较单相材料具有更高的比表面积和更强的可见光响应性能。当SnS₂的含量为10wt%时,所合成SnS₂-Ag/g-C₃N₄复合材料对罗丹明B的光催化降解效率达到最高的95.6%,降解速率最快且为g-C₃N     

C2H2气体流量对WC-DLC涂层结构与性能的影响

文章采用直流磁控溅射技术制备WC-DLC耐磨涂层,为了探究C₂H₂流量对WC-DLC涂层表截面形貌、微观结构、力学和摩擦学性能的影响,在10-50 mL/min C₂H₂流量下制备了WC-DLC涂层并进行表征分析。结果表明,随着C₂H₂流量的增加,涂层中碳含量增加,晶粒逐渐细化,由柱状晶逐渐转变为细晶粒,涂层变得更加致密;涂层纳米硬度与sp³杂化的C原子含量密切相关,随着涂层中sp³-C含量的增加,硬度先升高然后降低,磨损率也先升高降低;随着碳原子含量升高,涂层中出现大量的非晶碳,表面晶粒非晶化,涂层的摩擦系数逐渐减小且更加稳定。     

TiC_(0.7)N_(0.3)增强ZrO_2基复合材料的微观结构及力学性能

为提高ZrO2基复合材料硬度,采用热压烧结法制备了TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料,并研究了TiC0.7N0.3颗粒增强相对复合材料的物相组成、微观结构和力学性能的影响。结果表明:TiC0.7N0.3的添加具有稳定四方相ZrO2(t-ZrO2)的作用,能增加TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料中t-ZrO2的含量,提高断裂韧性。随着热压烧结温度的升高和TiC0.7N0.3含量的增加,复合材料的硬度升高。1 400℃下热压烧结时,TiC0.7N0.3发生部分分解,分解的N与被还原的ZrO2反应生成ZrN,提高了复合材料的硬度。1 400℃下热压烧结后的35wt%TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的相对密度达99.9%,维氏硬度达17 GPa。而1 300℃下热压烧结后,复合材料断裂韧性较高,为6.48 MPa·m1/2。研究结果为TiC0.7N0.3/ZrO2复合材料的组织控制及性能改进提供了参考。     

用聚碳硅烷为先驱体制备SiC/Si3N4纳米复相陶瓷

采用聚碳硅烷(PCS) 为先驱体, 利用原位生长法制备SiC/Si₃N₄ 纳米复相陶瓷, 其室温弯曲强度和断裂韧性达到了637M Pa 和8. 10M Pa·m1/2 。研究了材料微观结构的形成及断裂机理,指出在微观结构的形成过程中, 控制SiC 纳米微晶的生成和B-Si₃N₄ 柱状晶的生长是关键, 而增韧补强的主要原因在于形成了晶内型结构和长径比大(大于7. 5) 的Si₃N₄ 柱状晶, 从而改变了断裂机理。      

ZrO2 (Y2O3) 增韧的氮化硅烧结体的性能及相关系

在高温(1400℃) 超高压(4. 2GPa) 下制备Y₂O₃ 部分稳定的ZrO₂ 增韧的氮化硅烧结体, 通过XRD 及机械性能测试等方法分析ZrO₂ 的相结构, 研究氮化硅烧结体的增韧机理。结果表明, 烧结体中加入少量的铝粉, 可提高t2ZrO₂ 的相变能力, 达到利用部分稳定的ZrO₂ 增韧氮化硅烧结体的目的。稳定剂Y₂O₃ 在ZrO₂ 中含量小于2. 5mol% 时, t→m 相变量及断裂韧性随Y₂O₃ 含量增加而逐渐提高, 韧性提高来源于相变增韧和微裂纹增韧; Y₂O₃含量大于2. 5mol% 时, t 相接近100% , 韧性主要来源于相变增韧, 增韧效果随Y₂O₃ 含量增加而逐渐减弱。Y₂O₃ 作为良好的烧结助剂, 促进氮化硅烧结体在超高压下致密化, 烧结体的硬度随Y₂O₃ 含量增加逐渐提高。      

WS2/g-C3N4异质结光催化分解水制氢性能及机制

通过溶剂蒸发和二次高温煅烧石墨相碳化氮(g-C₃N₄)纳米片和WS₂纳米片混合物构建WS₂/g-C₃N₄异质结,该异质结保留g-C₃N₄和WS₂主体结构的同时,在界面处形成化学键,确保该异质结的化学稳定性和热稳定性。光催化分解水制氢实验表明,WS₂纳米片含量为3wt%时光催化制氢速率高达68.62 μmol/h,分别是g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片的2.53倍和15.29倍,表明异质结的构建可大幅提升g-C₃N₄的光催化性能,循环实验表明该异质结在5次循环实验后光催化性能没有明显下降,表明该异质结的稳定性较好。光电性能测试表明异质结的构建不仅提高激发电子的转移效率,同时抑制激发电子空穴的复合率,大幅提升激发电子的利用效率,致使光催化分解水制氢速率较g-C₃N₄纳米片和WS₂纳米片大幅提升。      

WO3-Ag/石墨相C3N4 Z型复合光催化剂的合成及其光催化性能

采用水热法合成WO₃纳米棒，并通过简单的溶剂蒸发法及光沉积法实现WO₃-Ag/石墨相C₃N₄(g-C₃N₄)复合光催化剂的合成。采用XRD、SEM、TEM等对材料进行全面表征。结果表明，由于成功构建了Z型异质结，WO₃-Ag/g-C₃N₄复合光催化剂能够拓展可见光响应，有效抑制光生电子与空穴复合。最佳工艺条件下所得WO₃-Ag/g-C₃N₄复合光催化剂在100 min时光催化降解罗丹明B (RhB)的效率可达96.8%，且WO₃-Ag/g-C₃N₄复合光催化剂具有优异的稳定性。光催化机制表明，光催化实验中真正的活性物质为羟基自由基与超氧自由基。      

Ag-Ag2O/TiO2-g-C3N4纳米复合材料的制备及可见光催化性能

近年来,半导体光催化技术作为一项快速发展的新型环保技术,在降解水体中污染物和可再生清洁能源的生产领域有很大的应用前景。本文以所制备出的20 wt%类石墨烯碳氮化合物(g-C₃N₄)/TiO₂为基质,利用水热法中纳米Ag颗粒部分氧化行为成功合成了Ag修饰异质结型Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致荧光光谱(PL)、瞬态光电流响应等分析测试手段对Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料的晶体结构、形貌、光学性质等进行表征和分析。以亚甲基蓝溶液为目标降解物,研究了Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料的可见光催化性能。结果表明:在纳米Ag颗粒修饰的Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合材料中,Ag部分氧化成Ag₂O;与g-C₃N₄的协同作用使Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合催化剂具有良好的可见光催化活性;可见光照射4 h后,Ag-Ag₂O/TiO₂-g-C₃N₄复合催化剂对亚甲基蓝的降解率接近50%。