ODS钢中纳米氧化物析出长大机制的研究进展

纳米氧化物弥散强化(Oxide dispersion strengthened, ODS)钢得益于基体中弥散分布的超高数量密度的纳米氧化物粒子,具有优异的综合服役性能,被视为第四代裂变堆包壳以及未来聚变堆包层的优选结构材料。传统制备ODS钢最主要的方法是机械合金化(Mechanical alloying, MA)等先进粉末冶金技术,且对其制备样品中氧化物粒子性质的研究较为深入。由于机械合金化在工程应用上有一定局限性,近年来提出以液态金属(Liquid metal, LM)路线制备ODS钢。目前液态金属路线中的真空熔炼法是最常用也是相对比较成功的方法,但与机械合金化相比仍有一定的差距。本文主要总结了机械合金化制备的ODS钢中纳米氧化物的析出机制、长大行为以及其他元素的添加对其产生的影响等,同时对液态金属路线的工艺进程及真空熔炼法的研究现状进行概述,并对机械合金化未来所需解决的问题和液态金属路线的后续发展、工艺优化等进行了展望,为液态金属路线的后续研究工作提供参考。     

ODS钢中纳米氧化物颗粒成分与结构研究

采用透射电镜和层析原子探针(APT)分析了9Cr-ODS钢中纳米氧化物颗粒成分和结构。研究发现,氧化物颗粒成分与其大小有一定的关系,可将其归纳为3类:(1)氧化物5nm,m(Y)∶m(Ti)1,可能是非整比化合物;(2)5~10 nm氧化物尺寸40nm,m(Y)∶m(Ti)≈1,可能是Y2Ti2O7;(3)氧化物40 nm,为TiO2。Cr在氧化物周围偏析形成壳状结构。     

辐照过程中He对ODS合金中氧化物的影响EI北大核心CSCD

研究辐照下He在氧化物弥散强化材料中小于5nm的氧化物颗粒的稳定性。在有He环境下,对14YWT氧化物弥散强化材料进行高温离子辐照。采用三维原子探针(APT)对辐照前后样品中的氧化物颗粒的大小、密度、成分以及其空间分布进行分析。结果表明:小于5nm的弥散氧化物颗粒主要是由Y和Ti的氧化物组成,在辐照前后其成分、尺寸和空间分布无明显变化,说明在600℃高温重离子辐照过程中,在有He环境下铁素体ODS材料中弥散氧化物颗粒仍具有良好的稳定性。     

ODS铁素体钢中弥散氧化物的研究进展

ODS 铁素体钢具有优异的高温力学性能和抗辐照能力, 有望成为新一代先进反应堆如超临界水堆包壳管的候选材料以及未来聚变堆的结构材料.ODS铁素体钢的这种优异性能主要源于其内部弥散分布的细小氧化物颗粒.回顾了国内外所涉及的关于ODS铁素体钢中氧化物弥散强化颗粒的研究进展,包括氧化物弥散粒子的选择、检测、分解和析出机理、存在形式等,展望了目前ODS铁素体钢的应用前景并总结了存在的问题.     

纳米氧化物的表面修饰研究进展

纳米氧化物以其结构、化学性质等方面的特殊性而得到广泛的应用和研究.综述了纳米氧化物粒子的表面特性、表面修饰的方法及其应用前景,指出了目前表面修饰技术存在的不足和今后的研究发展方向.     

ODS钢的抗辐照设计及纳米第二相粒子表征的研究进展

先进裂变反应堆及聚变堆要求材料在高温高压、强中子辐照、长服役周期等苛刻服役环境下具有卓越的结构和性能稳定性。氧化物弥散强化(ODS)钢由于具有优异的耐高温及耐辐照性能成为第四代反应堆包壳及核聚变包层最有希望的候选材料。基于材料的中子辐照损伤特性,主要介绍了ODS钢的抗辐照设计及纳米第二相粒子的表征方面的研究进展。     

固体氧化物燃料电池的纳米结构阴极的稳定性

固体氧化物燃料电池的纳米结构阴极能够有效地提升电极的电化学性能以及电池的输出功率, 具有良好的应用前景。本文主要介绍纳米结构阴极的长期稳定性以及电极稳定性的理论模型。纳米结构阴极具有良好的长期稳定性。由于尺寸效应, 纳米结构能够抑制颗粒的高温生长, 并且可以显著减小电解质和催化剂之间热膨胀不匹配带来的微观应力, 使得两相之间保持良好的连接性。同时, 纳米结构能够很好地抵抗热循环导致的颗粒间界面断裂行为, 并在热循环中保持颗粒间的良好连接。La_0.8Sr_0.2MnO_3-δ和La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ等阴极材料在使用纳米结构技术后, 阴极性能提升了2.3~78倍, 并在超过1000 h的测试中保持稳定的功率输出。     

先进核能系统用ODS钢的显微组织设计与调控研究进展

核能是一种重要的清洁能源,目前正在大力发展具有更高安全性和经济性的第四代反应堆及聚变堆,与当前商用反应堆相比,其工作温度更高,辐照剂量更强,传统的锆合金及不锈钢已不能满足未来先进反应堆苛刻的服役环境,具有优异综合服役性能的关键结构材料的研发成为制约先进核能工程应用的瓶颈之一。通过机械合金化等先进粉末冶金方法可以向钢基体中引入数密度极高的超细纳米氧化物粒子,所制备的纳米氧化物弥散强化(Oxide dispersion strengthened,ODS)钢具有比同类熔炼钢更优异的高温蠕变强度以及抗辐照性能,从而具有更高的服役温度窗口,因而被确定为多种第四代反应堆包壳和未来聚变堆包层结构的重要候选材料,成为国际核材料领域研究的热点。ODS钢的优异性能源于其成分设计和采用先进粉末冶金工艺形成的独特的显微组织,即亚微米的超细晶粒组织以及在晶内弥散分布的平均尺寸仅为几纳米、数密度高达1023m-3的氧化物粒子或团簇,这些弥散相具有极高的热稳定性及抗辐照稳定性,可以起到有效的位错钉扎强化作用,从而明显提高材料的高温强度及服役温度上限;而大量的弥散粒子与基体之间形成的界面可以对辐照引起的缺陷及气泡进行有效捕获,显著提高材料的抗辐照肿胀性能。满足服役性能要求的显微组织的设计和有效调控是制备高性能先进材料的核心,而显微组织又明显受控于成分设计、制备技术及工艺参数。虽然近年来关于ODS钢的研究日益活跃,但是由于ODS钢显微组织及制备工艺过程的复杂性,在成分设计与微纳显微组织的调控及其与服役性能的匹配和相关机理方面,依然存在许多制约ODS钢实际工程应用的基础性问题。本文针对制约先进核能系统用ODS钢应用的基础核心问题,把握ODS钢显微组织特点及其与成分设计和制备技术之间的关系这一主线,就国内外关于ODS钢显微组织及其分析手段、氧化物弥散粒子的特点及其高温时效和辐照稳定性、成分设计和制备技术对显微组织的影响等研究内容进行总结和分析,对ODS钢的应用前景和存在的问题进行总结和展望,为满足先进反应堆服役环境的ODS钢的发展提供参考。     

静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的研究进展

简要阐述了静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的基本原理,归纳分析了近年来已成功制备出的几种纳米多孔氧化物的材料特性和制备方法,总结了静电纺丝工艺参数对制备多孔氧化物的结构和形貌的影响规律,包括聚合物及其溶液性质,电压、电极间距、液体流速等纺丝条件,以及环境等因素。详细介绍了近几年国内外静电纺丝纤维在过滤及个体防护、传感器、自清洁和催化载体及其他一些特殊领域中的研究现状和静电纺丝的两种新方法、新技术,并对其技术发展方向及产业化前景进行了分析预测。     

TWIP钢在高温ECAP过程中的微观组织及孪晶行为研究

本研究通过等径通道挤压(ECAP)对孪晶诱导塑性变形钢(TWIP钢)在300℃下进行了晶粒细化,并运用金相显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)观察了经不同道次挤压后TWIP钢的晶粒、孪晶形貌及位错组织。结果表明,在均匀化退火状态下,试样晶粒基本呈现等轴状态,通过测微尺测量晶粒尺寸,约为(90±30)μm。在1道次挤压后,晶粒沿剪切方向显著伸长,并有尺寸较小的新晶粒产生,许多形变孪晶在剪切带中产生。2道次挤压后新产生的细小晶粒增多,并开始产生许多微孪晶,孪晶易于在晶界处产生。经过4道次等径通道挤压,晶粒逐渐细化至超细晶状态,晶粒尺寸达到0.3~1μm,孪晶厚度随挤压道次的增多而不断减小,甚至达到几十纳米。在不同晶粒尺寸下,TWIP钢在高温ECAP过程中产生孪晶的机理不同。     

纳米Al2O3强化铜基ODS 20的组织与性能

研究了铜基ODS的组织与性能。结果表明,采用内氧化方法生产的铜基ODS 20,在纯铜基体上原位生成弥散、10nm左右的-γAl2O3微粒。该材料导电率约90%IACS,比纯铜导电率约降低10%。加工状态的室温强度可达到610MPa,在1173K保温1.5h,硬度达到室温硬度的86%,表明软化温度高于1173 K。经1273K+1.5h退火,晶粒平均直径小于1μm,Al2O3微粒不发生熔解、聚集、长大等现象。     

纳米M50钢的制备研究进展

纳米Ｍ５０钢是一种具有产业化前景的铁基合金新型材料。阐述了它的主要制备方法，指出了存在的问题，并对其应用前景进行了展望。     

钙钛矿锰氧化物低维纳米结构研究进展

钙钛矿结构锰氧化物由于同时存在电荷、自旋、轨道、晶格等多种自由度, 它们之间很强的相互作用和相互竞争导致了一系列新颖的物理现象, 如庞磁电阻效应、巨磁熵效应、绝缘体-金属转变、电子相分离、电荷/轨道有序等现象, 使其成为凝聚态物理学研究的热点。随着微电子器件日趋集成化和微型化, 其特征尺寸越来越小, 目前基于钙钛矿结构锰氧化物微电子器件的特征尺寸已经进入纳米尺度。在纳米尺度钙钛矿结构锰氧化物具有显著的尺寸效应, 表现出与薄膜及块材不同的电、磁输运特性, 在新一代微电子器件领域具有重要的应用价值。近年来人们在钙钛矿锰氧化物低维纳米结构制备、电磁输运特性测量、微结构表征及理论模拟方面, 都取得了较大的研究进展, 本文对此进行了评述。首先, 概述了钙钛矿锰氧化物低维纳米结构的微结构研究进展; 介绍了钙钛矿锰氧化物低维纳米结构的电子相分离及电荷有序现象; 评述了其电磁输运特性的纳米尺度表征; 讨论了钙钛矿锰氧化物低维纳米结构在自旋电子学、磁随机存储器和传感器方面的应用进展。最后指出了未来钙钛矿锰氧化物低维纳米结构研究需要重点解决的一些问题。     

凝胶-燃烧合成法制备纳米氧化物颗粒的研究进展

综述了凝胶-燃烧合成法制备纳米氧化物的原理和特点,重点分析了该工艺的主要影响因素,并展望了该工艺的发展趋势.     

球状纳米硅氧化物的制备

以硅、二氧化硅为原料,采用水热沉积法制备了球状纳米硅氧化物.用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能量色散谱仪、荧光光度计等测试手段观测了样品的形貌,分析了样品的成分、结构及光致发光(PL)特性.扫描电镜、透射电镜的研究结果表明,所得样品为高纯、直径较均匀的球状纳米硅氧化物.选区电子衍射结果表明,所得纳米硅氧化物球为无定形结构.PL测试表明,样品具有较强的蓝光发射能力.     

ODS钢研究进展及其在核电领域的应用现状

氧化物弥散强化钢(Oxide Dispersion Strengthened Steel, ODS钢),具有优异的力学性能、高温稳定性及抗辐照性能.本文概要地综述了机械合金化、热等静压固化成形、等离子烧结及转角挤压等ODS钢的制备方法,总结了微观组织及结构对ODS钢性能的影响规律及影响机制,又综述了合金元素对ODS钢性能影响的相关研究进展;并对ODS钢在核电领域中的应用及相关研究进展进行了概括,介绍了激光技术在ODS钢制备及加工领域的应用,讨论了ODS钢在核电环境服役过程中存在的主要问题及进一步的研究方向,为核电站的安全运行提供有力的参考依据,对于核电材料的创新发展具有一定的参考作用.     

球磨转速对含钆ODS钢中M23C6析出的影响研究

以“结构/屏蔽一体化”为研发目标的含钆ODS合金具有较优的中子屏蔽性能与高温力学性能,可作为小型模块化铅冷快堆中子屏蔽材料的研发方向之一。在机械合金化-放电等离子体烧结工艺制备含钆ODS-316L钢的研究中发现,球磨转速影响材料的析出相种类,如在220 r/min低球磨转速下,ODS-316L钢中仅存在纳米尺寸的Gd-Si-O析出相,而在300 r/min高球磨转速下,除纳米尺寸的Gd-Si-O析出相外,材料内还分布着大量百纳米尺寸的片层堆叠状M₂₃C₆型碳化物,且M₂₃C₆内同样存在纳米含钆氧化物颗粒。高球磨转速使球磨粉内元素的偏析与内应力的累积促进了M₂₃C₆的形核,随后的粉末烧结温度则为M₂₃C₆的生长提供了驱动力。此研究可为粉末冶金含钆ODS-316L钢的微观组织调控奠定一定的实验与理论基础。     

钛、锆元素对ODS钢中氧化物析出相的分布特征及材料力学性能的影响

以氧化物弥散强化(Oxides dispersion strengthened,ODS)钢合金粉为研究对象,利用合金粉的真空等温热处理来模拟ODS钢的烧结成型过程.增大ODS钢中合金元素的含量,以此研究合金元素对氧化物析出相分布特征、种类及合金粉力学性能的影响.利用XRD、XAFS、SAXS等技术手段检测球磨及真空等温热处理不同时间后合金粉中氧化物析出相的分布特征、种类变化情况,同时测量各合金粉的硬度. XRD实验结果表明,当合金中添加了钛元素和锆元素后,除铁素体衍射峰外,热处理过程中还形成了Cr2 O3 相、Y2 Ti2 O7 相及Y4 Zr3 O12相.而在不含钛元素和锆元素的合金粉中只检测到Cr2 O3 相和铁素体的存在. XAFS实验结果表明,添加了钛元素和锆元素后,合金粉的XAFS曲线发生改变,与纯钇元素及纯氧化钇样品的曲线不同,含钛元素和锆元素的合金粉经真空等温热处理0. 5 h后,其中氧化物析出相的分布密度最高为2. 73×1022/m3 ;氧化物析出相达到分布峰值的时间早于不含钛元素和锆元素的样品,说明钛元素和锆元素会促进氧化物相的形成.同时,含钛元素和锆元素的合金粉的硬度也高于不含钛元素和锆元素的合金粉样品.     

染料敏化太阳电池用一维纳米结构氧化物光阳极薄膜的研究进展

染料敏化太阳能电池(DSC)由于其工艺简单、成本低廉、理论光电转换效率高,逐渐成为硅基太阳能电池的有力竞争者.DSC电池的光阳极主要起到对染料分子中激发出来的电子进行传导的作用,其光阳极薄膜大多数是由氧化物纳米晶制备的.氧化物纳米晶存在大量界面电阻,导致能量势垒,从而使染料分子中光生电子-空穴对不能有效分离,制约了DSC电池光电转换效率的提高.而高长径比的一维氧化物纳米光阳极薄膜有望降低界面电阻,促进电子-空穴对的有效分离,将是DSC电池光阳极材料开发的重要发展方向.详细论述了染料敏化太阳电池用一维纳米氧化物光阳极薄膜的研究进展.     

金属粒子/光催化氧化物型复合纳米抗菌剂的研究发展

以TiO2、ZnO为代表的光催化抗菌剂在环境卫生方面展现出了优良的特性及广阔的应用前景,目前,围绕光催化抗菌剂衍生出多种具有重要研究价值的复合型抗菌材料.本文评述了一类新型抗菌剂--金属粒子/光催化氧化物型复合纳米抗菌剂的研究现状,重点介绍了其组成、特性、制备方法及抗菌机理,在此基础上提出了该类抗菌剂的应用前景及未来发展方向.