燃烧合成Al-Cr_2O_3系隔热材料反应热力学

通过绘制反应标准自由能与反应温度的关系曲线、Al-O-N和Cr-O-N两体系叠加热力学参数状态图,结合X射线衍射、扫描电镜分析,对具有耐热高强隔热特点的燃烧合成材料的相的形成原因进行了分析。该燃烧合成材料的主要成分为Al_2O_3及(Cr,Al)_2O_3固溶体,并含有少量的AlN、Cr,Al_8O_3N_6,Cr_3P。     

ZrO_2掺杂对CaO–Al_2O_3–SiO_2系玻璃结构和机械性能的影响

采用熔融冷却法制备ZrO_2掺杂的CaO–Al_2O_3–SiO_2(CAS)系玻璃,通过差热分析仪、紫外可见光分光光度计以及电子万能试验机探讨了ZrO_2掺杂量对玻璃热稳定性、网络结构以及机械性能的影响规律。结果发现:当ZrO_2摩尔分数小于4%时,CAS系玻璃的热学性能更加稳定,光学带隙随着ZrO_2掺杂量的增加而减小,结构更加致密完整,其体积密度、氧原子堆积密度以及弯曲强度均随着ZrO_2含量的增加而上升;当ZrO_2掺杂量超过4%后,该玻璃体系的热学性能、结构稳定性和力学性能均随着ZrO_2含量的增加而出现下降;当ZrO_2掺杂量为4%时,玻璃的光学带隙值达到3.28 e V,析晶温度Tx与玻璃转变温度Tg差值达到230.12℃,同时弯曲强度达到83.67 MPa。适量的掺杂ZrO_2,能够提高氧原子堆积密度、增强其网络结构,从而显著提高玻璃的结构稳定性和机械性能。     

ρ—Al_2O_3水化机理的热力学研究

在不定形耐火材料领域中,结合剂的引入往往导至物相复杂化,从而降低了材料的耐火及其他使用性能。为此,国内外的耐火材料工作者一直致力于寻找新的结合剂来代替目前广泛应用的粘土、铝酸盐水泥、磷酸盐、水玻璃等结合剂。七十年代末期,日本首先研制出用氧化铝的一种形态——ρ型Al_2O_3作为不定形耐火材料,结合剂由于Al_2O_3是一种优良的耐火氧化物,所以这种ρ-Al_2O_3结合的浇注料可以看作一种耐火材料自结     

添加ZnO对SiO_2–CaO–Al_2O_3–MgO系微晶玻璃析晶的影响

应用扫描电子显微镜和X射线衍射等技术,研究了添加不同质量分数(下同)的ZnO对SiO2–CaO–Al2O3–MgO系玻璃析晶和显微形貌的影响。结果表明:在所研究的玻璃体系中,ZnO加入后优先与玻璃体中的钙、硅元素发生反应,生成锌黄长石Ca2ZnSi2O7。另一部分ZnO和少量Fe2O3固溶到硅灰石(CaSiO3)晶体中形成(铁,锌)辉石晶体[Ca(Fe,Zn)Si2O6]。随着玻璃中ZnO添加量的提高,越来越多的钙、硅与之反应生成Ca2ZnSi2O7,主晶相由CaSiO3逐渐转变为CaZnSi2O7。玻璃样品在随炉升温至1050℃的情况下,以表面析晶为主,析出晶体呈枝状。玻璃先在750℃低温退火处理有利于晶体的整体析出,晶体形态由ZnO为5%时的鱼骨状变为15%时的条带状组织。     

铝酸钙涂层石墨对Al_2O_3-C浇注料性能的改进

正石墨在浇注料中使用的不足是不易润湿和抗氧化性差。其在水系浇注料中使用面临的挑战是如何在最小的加水量中分散石墨,以便烧后获得致密结构。印度的研究人员曾制备了含有掺杂Ca的γ-Al2O3纳米涂层的石墨,在此基础上进一步研究了含有纳米涂层石墨的Al2O3-C浇注料的性能,并与加入未涂覆石墨的进行比较。Al2O3-C浇注料的配比(w)为:骨料为电熔白刚玉颗粒72%,基质为石墨(或涂层石墨)5%、高铝水泥4%、铝粉     

高温氮气气氛对Al–Al_2O_3耐火材料性能的影响

以热固型酚醛树脂为结合剂,制备金属铝质量分数为9%的Al–Al_2O_3复合耐火材料。样品在200℃干燥24 h后,在氮气气氛下分别经1 300、1 500、1 600、1 700和1 800℃保温8 h氮化烧成。结果表明:氮化烧成后,样品中来自酚醛树脂的残碳存在于增强相Al4O4C或Al_2OC中,游离碳含量极低。在1 300℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉和Al4O4C;在1 500、1 600和1 700℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉、Al_4O_4C和Al_2OC;在1 800℃氮化烧成后,样品中物相为刚玉和Al_2OC。所有温度段均未出现Al4C3。经1 300、1 500和1 600℃氮化烧成后,样品显气孔率在6.0%与8.0%之间,1 600℃氮化烧成样品常温耐压强度达535 MPa,Al_4O_4C及Al_2OC有明显增强作用。     

2CaO·2SrO·3Al_2O_3·SO_3的形成动力学

研究了一种硫铝酸锶钙矿物2CaO·2SrO·3Al_2O_3·SO_3(C_2?_2A_3$)的形成过程,采用Rietveld定量方法确定了不同温度、不同保温时间下烧成熟料中C_2?_2A_3$矿物的含量,并对C_2?_2A_3$的形成过程进行动力学分析。结果表明:在1 150–1 350℃条件下,熟料中C_2?_2A_3$的含量随着保温时间的延长而增加,在1 350℃保温180 min时C_2?_2A_3$的含量达到97.3%;在1 400℃保温超过30 min时,熟料中C_2?_2A_3$的含量开始减少;在1 450℃熟料中C_2?_2A_3$的含量随保温时间的延长而降低。形成C_2?_2A_3$的固相反应符合三维扩散模型,Jander模型具有最好的拟合效果。C_2?_2A_3$形成过程的活化能为479 kJ/mol。烧成温度主要影响C_2?_2A_3$矿物颗粒的细观形貌,但不会影响C_2?_2A_3$矿物的元素分布及组成。     

整体式催化剂MnO_X-CeO_2/Al_2O_3催化燃烧苯研究

利用浸渍法负载制备出MnOX-CeO2/Al2O3整体式催化剂,研究了活性组分的负载量、催化剂的焙烧温度及焙烧时间对催化剂活性的影响,从而确定了催化剂的最佳制备工艺。结果表明：当Mn的负载量（质量分数）为10%,催化剂焙烧温度为600℃,焙烧时间为3 h时,催化剂MnOX-CeO2/Al2 O3具有最好的催化活性,在250℃时使苯的转化率在90%以上,并且适合比较大的空速范围,因此催化剂MnOX-CeO2/Al2O3具有广泛的工业应用前景。     

Al-TiO2-C体系热力学分析及Al2O3-TiC复相陶瓷的燃烧合成

对Al-TiO2-C燃烧合成体系进行了热力学计算,并利用Al-O-N、Ti-O-N、C-O-N三个体系的叠加优势区相图分析了该燃烧合成体系的平衡产物相.结果表明,Al-TiO2-C燃烧合成体系的绝热燃烧温度为2398 K,燃烧合成平衡相为Al2O3和TiC.XRD检测结果与热力学分析结果相吻合,说明该燃烧合成反应进行得较为彻底,证实热力学分析结果可信.原位生成的Al2O3和TiC两相分布较均匀,燃烧合成产物疏松多孔,易于通过球磨方式达到破碎、磨细的目的.     

Al/Al_2O_3填充PA6复合材料性能研究

以PA6为基体,铝粉和氧化铝粉为填料,利用双螺杆挤出机制备了复合材料,研究了复合材料的力学性能和导热性能。研究结果表明:铝粉和氧化铝粉作为填料复合填充到PA6中,复合材料的力学性能较纯PA6有较大程度降低,导热性能有较大程度提高,当铝粉添加量为30%、氧化铝添加量为20%时,复合材料的力学性能降低最少,导热性能提高最多,导热系数达0.81 W/(m·K)。     

溶胶-凝胶燃烧法合成Cr~(3+):Al_2O_3纳米粉体

采用溶胶-凝胶燃烧法合成出Cr3+:Al2O3纳米粉体.将所制成的干凝胶加热至约500℃使之发生燃烧反应,再将燃烧产物在不同的温度下进行锻烧.利用热重-差热分析、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、透射电子显微镜(transmission electron mictoscope,TEM)等对干凝胶及煅烧粉体进行表征,测试了纳米粉体的发光性能.研究了合成条件对粉体分散性、发光性能的影响.XRD和TEM分析表明:在1000℃煅烧1h后,粉体为α-Al2O3结构的单相氧化物粉体,颗粒大小为20～35nm.在制备溶胶时添加聚乙二酵可提高粉体的分散性.光谱分析表明:Cr3+:Al2O3纳米粉体的激发峰位于404nm和540nm,发射峰值位于692nm和668nm.     

甲烷催化燃烧用LaMn/Al_2O_3催化剂研究

为获得具有优良低温活性的甲烷燃烧用催化剂,采用稀土La作为助剂制备了系列Mn基催化剂,借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和程序升温还原(TPR)技术对催化剂的结构进行了表征,并评价了其对甲烷燃烧的低温催化性能。结果表明,La助剂的添加显著促进了活性组分MnO2的分散,使其更易于还原,且使Mn4+和晶格氧富集于催化剂表面,因而显著提高了催化剂对甲烷催化燃烧的低温活性。当La质量分数为5%时,催化活性最高,甲烷50%转化率对应的温度较未加助剂时降低了70℃,且完全转化的温度低至480℃。     

Fe_2O_3－Al_2O_3钙矾石型固溶体系列

钙矾石是水泥的一种重要水化产物。经过反复摸索，本研究找出了合成Ｆｅ２Ｏ３的克分子百分含量从０至１００的钙矾石型固溶体的条件。精确测定了含Ｆｅ２Ｏ３量不同的钙矾石的晶胞参数，并做了失重和差热分析。结果表明：①晶胞参数和热性能随钙矾石中的Ｆｅ２Ｏ３含量增加而连续变化；②随铁含量的增加，钙矾石晶胞变大；③钙矾石中溶入Ｆｅ２Ｏ３之后，热稳定性稍有下降，全铁端员差热曲线主吸热谷较全铝端员降低约６℃。     

TiO_2对(K,Na)_2O–CaO–Al_2O_3–SiO_2–B_2O_3系分相乳浊釉性能及结构的影响

用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、光电子能谱、色度仪等测试手段研究TiO_2对(K,Na)_2O–CaO–Al_2O_3–SiO_2–B_2O_3系1 200℃低温快烧分相乳浊釉的釉面光学性能及结构的影响。结果表明:随着TiO_2引入量的增加,釉面白度及光泽度获得显著提高,白度由44.1%增至82.1%,光泽度由34%增至79%,白度越高,釉乳浊性能越好。但当TiO_2引入为6%(质量分数)时,釉面向黄色调偏移。Ti在分相釉玻璃体中主要以Ti4+存在;TiO_2有利于釉玻璃网络结构的转变,提高釉的分相倾向,使分相液滴尺寸及组成产生显著变化,强化了釉层对入射光的散射能力,致使釉面乳浊性能明显提高。烧成过程中釉乳浊性能的形成主要源于烧成过程中釉玻璃体的冷却阶段,尤其是低温阶段(T≤900℃)分相液滴尺寸及组成的变化。     

模板辅助燃烧合成ZrB_2/Al_2O_3复合纤维及其吸波性能

以ZrO_2纤维为模板,通过铝热还原燃烧法制备了ZrB_2/Al_2O_3复合短纤维,采用X射线衍射与扫描电子显微镜对样品物相组成与微观形貌进行了表征,并用矩形波导法测试样品8.2~12.4 GHz频率范围内的室温复介电常数,根据传输线理论计算不同厚度试样的反射损耗。结果表明:燃烧产物相组成为ZrB_2和Al_2O_3,ZrO_2纤维完全参与了反应,产物保留了ZrO_2原料的纤维形态,但纤维直径增大约1倍;与颗粒状ZrB_2/Al_2O_3复合粉体相比,复合纤维的复介电常数实部与虚部更高,并且表现出更明显的频响特性,掺复合纤维的试样厚度为2.8 mm时吸波性能最佳,有效吸收带宽(RL–10 dB)达到3 GHz,最低反射率为–18.2 dB。     

Stability in the system CaO–Al2O3–H2O

The solubility of AH₃, CAH₁₀, C₂AH_7.5, and C₃AH₆ was determined experimentally at 7 to 40 °C and up to 570 days. During the reaction of CA, at 20 °C and above initially C₂AH_7.5 formed which was unstable in the long-term. The solubility products calculated indicate that the solubilities of CAH₁₀, C₂AH_7.5 and C₄AH₁₉ increase with temperature while the solubility of C₃AH₆ decreases. Thus at temperatures above 20 °C, C₃AH₆ is stable, while at lower temperature also CAH₁₀ and C₄AH₁₉ are stable, depending on the C/A ratio.At early hydration times, CAH₁₀ can be stable initially at 30 °C and above, as the formation of amorphous AH₃ stabilises CAH₁₀ with respect to C₃AH₆ + 2AH₃. With time, as the solubility AH₃ decreases due to the formation of microcrystalline AH₃, CAH₁₀ becomes unstable at 20 °C and above.     

炭黑包裹燃烧法制备Al_2O_3-ZrO_2复合粉

研究了采用炭黑包裹燃烧法制备Al2O3-ZrO2复合粉体溶液pH值和炭黑氧化温度对复合粉体制备团聚及粒度组成的影响。结果表明:pH值控制为3,经过500℃×10h+600℃×2h脱炭后制得的粉体粒径最小,通过激光粒度分布仪测定得Al2O3-ZrO2复合粉体粒径分布均匀,d10=0.6μm,d50=2.06μm,平均粒径为2.62μm,复合粉体的比表面积为440m2/cm3。     

Al_2O_3晶须的原位合成与形成机理研究

以Ti粉、Al粉和Nb2O5为反应剂,均混、成型、覆埋后,于1220℃/30min烧结后原位合成了Al2O3晶须,采用XRD、SEM结合EDS表征了产物组成与Al2O3晶须形貌,并探讨了晶须的形成过程.结果表明,Nb2O5含量较低时,形成的晶须长而直,直径约分布在30～90nm之间.Al2O3晶须主要以VLS机制生长,但又区别于VLS机制,液态Al在Al2O3晶须的生长过程中发挥了至关重要的作用,既具有催化作用,同时又是Al2O3晶须生长必须的源物质.增大Nb2O5含量后,晶须表面粗糙,呈串珠状分布.说明过高的Nb2O5含量,不利于Al2O3晶须的生长.     

Al_2O_3微粉性能的研究

对国产的十余种陶瓷及耐火材料用Ａｌ２Ｏ３微粉做了形貌、粒度分布、水化增重率及烧结性能的研究。结果表明，Ａｌ２Ｏ３微粉的加入能明显促进烧结。微粉加入的粒度以１～５ｕｍ为宜，加入量以１５％～２０％最好。     

CaO改性Al_2O_3催化剂对DBD等离子体催化合成氨的影响

采用浸渍法制备不同质量分数的CaO改性Al2O3催化剂(CaO-Al2O3),进一步浸渍Ru制备钌基催化剂(Ru/CaOAl_2O_3),运用BET、TEM、NH3-TPD等手段对改性催化剂进行表征,并考察改性催化剂在DBD等离子体反应器中合成氨的活性。结果表明,CaO的添加使Al_2O_3催化剂比表面积提高,但达到一定量时开始下降。进一步负载Ru后比表面积有所增加,同时,CaO能提高Ru在催化剂上分散度。此外,CaO和Ru的添加还可以改变催化剂表面酸强度和酸量。CaO的添加可有效提高催化剂在DBD等离子反应器中合成氨的活性,但达到一定量后增加不明显。进一步负载Ru后催化剂活性又会提高,Ru/5%CaO-Al_2O_3活性最大,其NH3-TPD在200℃附近氨脱附强度最大又使其氨产率和能量产率在240℃附近达到最大。