纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体微观光谱特征及氧化还原性能研究

采用水热法合成Fe^(3+)、Al^(3+)、Co^(2+)及La^(3+)共掺杂纳米Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)(x=0.00~0.05)固溶体,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV)、荧光光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)以及与H2的程序升温还原反应(TPR)等方法对固溶体的微观结构、形貌、光谱特征和氧化还原活性进行系统表征及分析。XRD结果表明,Ce_(1-4x)(FeAlCoLa)_(x)O_(2-δ)固溶体均呈CeO_(2)立方萤石结构,当掺杂量增加到x=0.04时,在36.6°处出现了微弱的Co_(3)O_(4)杂相,可以确定掺杂离子在CeO_(2)晶格中的固溶度x<0.04。样品的(111)衍射峰位向高角度偏移,表明掺杂离子引起晶格发生畸变。TEM及SEM结果显示样品为球形纳米颗粒,掺杂离子引起晶面间距变小。紫外吸收光谱表明,与纯CeO_(2)相比,掺杂样品的吸收边逐渐红移,在560~780 nm范围观察到掺杂离子的紫外吸收峰。掺杂引起样品能隙降低,从2.84 eV(纯CeO_(2))逐渐降低至2.10 eV(x=0.05)。其原因可归结为掺杂离子在CeO_(2)的价带和导带之间形成新的杂质能级,允许电子从价带跃迁到较低的杂质能级上,继而降低了跃迁能隙。由于掺杂离子引起晶格内部发生畸变以及氧空位比例增大,阻碍了电子的高能跃迁,也可引起能隙减小。荧光光谱证明,掺杂样品的发射峰强度明显降低。Raman光谱表明,掺杂引起F_(2g)峰位发生偏移,峰强减小,峰宽变大。同时,对应于氧空位峰的相对强度逐渐提高。荧光光谱及Raman光谱均证明掺杂离子引起固溶体晶格畸变程度增加,氧空位浓度提高。H_(2)-TPR测试表明,掺杂可以有效降低CeO_(2)的氧化还原反应温度,提高氧化还原活性,当x=0.03的样品表面还原温度最低,还原峰的面积最大,即氧化还原反应活性最佳,表明样品的氧化还原性能与晶粒尺寸、晶格缺陷及氧空位浓度密切相关。通过以上研究证明,四种离子共掺杂CeO_(2)能够有效修饰微观晶体结构,在较低掺杂浓度下即可显著改善样品的催化活性。

高性能难熔材料在尖端领域的应用与发展趋势

综合评述了近年来高性能难熔材料的研究进展,着重介绍了难熔金属、合金及其化合物、复合材料在军事、核工业、空间、医学、电力和电子技术等尖端领域的具体应用情况,讨论了未来高性能难熔材料可能的发展趋势,分析了难熔材料扬长抑短实现高性能的可能途径、方法及工艺装备。最后探讨了我国在此领域的机遇、挑战与对策。

ZrO_2-2mol%Y_2O_3陶瓷显微结构及性能的研究

本文采用X射线衍射分析、扫描及透射电镜技术研究了冷等静压成型的氧化钇部分稳定氧化锆(Y-PSZ)陶瓷制品的相组成、显微结构、机械性能及其与烧结工艺之间的关系。结果表明:采用冷等静压成型和超细的氧化锆粉末有利于提高制品的烧结密度和获得较理想的显微结构。得出了在细晶部分稳定氧化锆中存在适量的单斜相也能获得高硬度和高韧性的结论。1600℃烧结3h后随炉冷却的ZrO_2-2mol％Y_2O_3试样的维氏硬度达16.75GPa,断裂韧性高达17.56MPa·m^(1/2)。这被认为是细晶粒、高密度及微裂纹增韧、相变增韧共同作用的结果。

加入WTO后我国难熔金属工业发展浅析

本文归纳了我国难熔金属的现状 ,客观分析了我国加入WTO后难熔金属工业发展的优势、劣势、面临的机遇与挑战 。

Al_2O_3-ZrO_2-SiC_W陶瓷复合材料的显微结构和力学性能

通过XRD、SEM、TEM及EPMA技术研究了Al_2O_3-25vol％ZrO_3(2mol％Y_3O_3)-25vol％SiCw(AZS)三元陶瓷复合材料的显微组织和力学性能。试验结果表明,该材料具有较好的强度和韧性配合,ZrO_2与SiC晶须同时起增韧作用。此外,SiC晶须以及弥散分布在Al_2O_3基体中的ZrO_2粒子也提高了该材料的断裂强度。室温下测得该材料的压痕断裂韧性为10.8MPam^(1/2),抗弯强度为676MPa。

高性能难熔材料在尖端领域的应用与发展趋势

本文综合评述了近年来高性能难熔材料的研究进展,着重介绍了难熔金属、合金及其化合物、复合材料在军事、核工业、空间、医学、电力、电子技术等尖端领域的具体应用,讨论了未来高性能难熔材料可能的发展趋势,分析了难熔材料扬长抑短实现高性能的可能途径、方法及工艺装备.最后探讨了我国在此领域的机遇、挑战与对策.

热压Al_2O_3-ZrO_2陶瓷中的异常晶粒长大

本文深入探讨了发生在热压超细粉制备的Al_2O_3-ZrO_2陶瓷中带状平行于热压平面的特殊异常晶粒长大的机理,提出了从工艺上加以控制的方法。

Al_2O_3-ZrO_2陶瓷复合材料研究进展

本文较全面、综合地总结和评述了 Al_2O_3-ZrO_2陶瓷复台材料的研究成就;分析和比较了该材料的显教结构和力学性能及其它们之间的关系。指出继续提高该材料断裂韧性、改善其高温性能以及在连续温度变化中保持稳定的高韧性的措施是引入 SiC 晶须,进行 ZrO_2、SiC 晶须的双重复合韧化.

热压Al_2O_3-ZrO_2(6mol%Y_2O_3)陶瓷复合材料的组织性能研究

本文考察了全稳定ZrO_2对Al_2O_3陶瓷的组织性能的影响.结果表明,热压Al_2O_3-ZrO_2(6mol%Y_2O_3)陶瓷材料的显微形貌与其它Al_3O_3-ZrO_2陶瓷的几乎完全一样,小量C—ZrO_2的存在可促进Al_2O_3陶瓷的烧结并细化晶粒,从而提高材料的力学性能,但其增韧增强能力有限.大量c-ZrO_2的存在因其本身低的力学性能、缺乏相变韧化和存在残余拉应力而使材料的力学性能下降.

加入WT0后我国难熔金属工业发展浅析

归纳了我国难熔金属的现状,客观分析了我国加入WTO后难熔金属工业发展的优势、劣势、面临的机遇与挑战,提出了我国难熔金属的未来发展对策。

扫描断口分析在研究陶瓷材料中的应用

一、前言工程陶瓷材料是因高技术领域的发展应运而生的新型材料,各国材料工作者都在为解决其韧性进行着不懈的努力。研究断口表面是分析断裂过程与机理以及评定材料质量的常用方法,陶瓷材料因基本身的特点,不能采用象金属材料那样丰富的方法来研究,因而扫描电镜观察不仅成为研究断裂学的重要手段,而且也是研究陶瓷韧化机理的有力武器。事实上,利用扫描断口分析除了可获得断裂方面的信息外,还可提供许多有用的资料,比如试样的晶粒尺寸,内部组织形态分布,致密度及相互结合情况等,这些都直接影响到材料的宏观机械性能,从而为改善材料性能提供依据。

氧化锆增韧陶瓷的增韧机理评述

本文综合评述了氧化锆增韧陶瓷的增韧机理,指出最可几粒径决定材料的主要增韧机理和增韧效果,材料中不可能只有一种增韧机理起作用,而是几种机理的多重复合作用。

热等静压法制备大尺寸铝基碳化硼复合材料及性能研究

采用热等静压法制备铝基碳化硼复合材料(Al-B4C)板材,测试板材的密度和抗拉强度,并观察复合材料的微观组织和拉伸断口形貌。结果表明,Al-31%B4C(质量分数)板材的尺寸为3 mm×200 mm×5000 mm;Al-31%B4C复合材料的相对密度大于99.69%,抗拉强度大于300 MPa,断后延伸率大于3%,B4C颗粒均匀分布在基体中,并与基体紧密结合;Al-B4C复合材料板材的力学性能符合工程用中子吸收材料的要求。比较含不同质量分数B4C颗粒(10%、15%、20%、25%、30%、31%、35%、40%)的Al-B4C复合材料性能,当B4C质量分数为10%~40%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的密度和相对密度均逐渐降低;当B4C质量分数为10%~35%时,随基体中B4C颗粒含量的增加,Al-B4C复合材料的抗拉强度逐渐增大,断后延伸率逐渐降低。

熔石英基复合材料性能的研究

用热压烧结方法制得碳纤维与氮化硅颗粒复合补强增韧熔石英基复合材料，其熔石英基体保持非晶态，只有少量鳞石英析出。材料的抗弯强度达到113．7MPa，断裂韧性为1．53MPa·m1／2，补强增韧效果明显。氮化硅的加入减缓了碳纤维的氧化，提高了材料的抗烧蚀性能。地面模拟试验表明，此材料完全符合某些航天器件的使用要求。

晶须补强增韧熔石英材料的热学性能

用热压烧结方法制得致密的SiCw／SiO2、Si3N4w/SiO2复合材料，研究了材料的热膨胀、抗热震、抗烧蚀等性能，探讨了品须补强增韧熔石英材料用于航天防热材料的可行性．

钨坩埚的制备技术

钨坩埚是一类重要的钨深加工产品。文章针对钨坩埚的制备技术进行了整理研究,比较分析了等静压-烧结法、锻造加工法、化学气相沉积法、旋压成形法、等离子喷涂成形法、铆焊成形法等6种钨坩埚制备技术,详细阐述了各制备技术的特点,发现不同制备方法生产的钨坩埚产品性能差异较大。通过国内外钨坩埚参数比较,得出我国等静压-烧结法制备的钨坩埚技术已经达到国际领先水平;同时还对钨坩埚发展前景进行了展望,在保证质量和产能的前提下,在相关产业的带动下,中国有望成为全球钨坩埚生产和研究中心。

纳米CeO_(2-x)N_x固溶体的光谱特征对其催化性能影响研究

二氧化铈(CeO2)具有储量丰富,价格低廉,催化性能优异等特性而得到广泛应用。通过在其晶格中掺杂其他离子制得CeO2固溶体,可以进一步调控CeO2的晶格大小,增加晶格缺陷浓度,从而有效提高催化性能。目前研究较多的掺杂离子多为金属阳离子,而对非金属阴离子掺杂的研究尚有待深入探索。本文以CO(NH2)2为N源,采用水热法合成不同N掺杂浓度的纳米CeO_(2-x)N_x固溶体(x=0.00,0.05,0.10,0.15,0.20),系统对固溶体的微观结构及光谱特征进行表征。X射线衍射(XRD)结果表明,所有掺杂浓度的CeO_(2-x)N_x固溶体均呈萤石立方单相结构。与纯CeO2相比,N含量为0.05时样品的晶胞参数显著增大,而随掺杂浓度的进一步增加,晶胞参数又呈现出逐渐减小的趋势。拉曼(Raman)测试表明,N掺杂样品的F2g振动模式峰向高波数移动,其原因是由于当N3-取代部分O2-后,Ce4+周围出现Ce—N键,Ce—N键长因静电引力变强而缩短,从而引起峰位的移动。通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)分析掺杂所引起样品电子跃迁状态的改变,发现N元素的掺杂使CeO2在可见光区域具有了吸光性能,CeO_(2-x)N_x固溶体的能隙明显减小,这是由于N(2p)与O(2p)的电子轨道发生交互作用而形成中间能级,使得电子跃迁所需能量降低,从而引起能隙的红移。荧光光谱(PL)测试表明,发射峰强度随N掺杂浓度的增大而增大,其原因一方面是由于N掺杂会引起晶格缺陷及氧空位比例的提升,发生带间跃迁的几率变大,进而提高发射峰的相对强度;另一方面,N的掺杂在价带O(2p)与导带Ce(4f)间形成中间能带,同样会导致发射峰变强。为表征纳米固溶体的催化特性,分别选取N掺杂量最小的CeO1.95N0.05与N掺杂量最高的CeO1.80N0.20以及纯CeO2作为典型催化剂,采用球磨法制备Mg2Ni/Ni/CeO_(2-x)N_x复合材料,系统分析了复合材料电极的储氢动力学性能。交流阻抗(EIS)测试发现,催化剂可以有效提高储氢合金的表面电荷转移活性,N掺杂量越高,CeO2基固溶体的催化活性越强;动电位极化曲线测试表明,掺杂催化剂也能显著提高H原子在合金内部的扩散速率,且CeO1.95N0.05较CeO1.80N0.20具有更好的催化活性。催化机理主要从催化剂的微观结构及光谱特征进行分析,如前所述,随着N含量的提高,CeO2固溶体晶格中的氧空位比例增大,晶格畸变程度提高,N的掺杂还使固溶体的电子跃迁能隙降低,从而有利于电子在合金表面的迁移;同时,纳米材料的晶粒尺寸越小,表明晶粒表面缺陷比例越大,说明催化剂的活性增强,因此表现为N掺杂浓度越高,复合材料电极交流阻抗弧半径的越小,即CeO1.80N0.20可以更加有效提高复合材料的表面活性;另一方面,若催化剂的晶胞体积增大,可使H原子在穿过材料表面的传输过程中具有更大的空间,由于CeO1.95N0.05的晶胞参数大于CeO1.80N0.20催化剂,故H原子通过催化剂进入合金内部的传输更加容易。H原子在合金内部的扩散速率与催化剂的晶胞参数或晶胞体积的大小密切相关。

纳米Ce_(1-x)(Fe_(0.5)La_(0.5)x)O_(2-δ)固溶体的水热合成及光谱分析

采用水热方法合成Ce1-x(Fe0.5La0.5)xO2-δ固溶体。利用X射线衍射技术(X-ray diffraction tech-nique,XRD)表征样品的相结构,并对固溶体的晶胞参数进行拟合,通过紫外可见漫反射光谱(UV-Vis dif-fraction spectrum)及拉曼光谱(Raman spectrum)表征其电子跃迁性能及由于双离子掺杂所引起的一系列掺杂效应。XRD结果表明,Ce1-x(Fe0.5La0.5)xO2-δ固溶体为CeO2立方萤石结构,当掺杂量增加到x=0.30时出现了微弱的Fe2O3杂相衍射峰;讨论了两种离子在晶格中不同的取代位置。晶胞参数随着掺杂量的增大而逐渐增大,当掺杂量达到x=0.18后保持基本不变。紫外漫反射光谱表明,随着掺杂量的增大,固溶体的带隙吸收边红移,即能隙逐渐减小,Fe离子在CeO2晶格中表现为+3价。Raman光谱F2g振动峰位逐渐向低波数方向移动,同时振动峰逐渐宽化,进一步证明了掺杂离子的影响效应。

粉末冶金法制备铝基碳化硼复合材料的研究进展

本文归纳了粉末冶金法制备铝基碳化硼复合材料的制备工艺,主要包含混料、压制、烧结、变形等工艺环节;对铝基碳化硼复合材料主要性能及影响因素做了阐述,重点整理了材料均匀性、相对密度、力学性能的研究情况;总结了工程用铝基碳化硼材料的生产及使用情况,分析几种常见铝基碳化硼产品的特点;提出采用粉末冶金法生产大尺寸、高品质、低成本的铝基碳化硼材料是未来研究方向之一的观点,并阐述了工艺优化方案。在核电等相关产业的带动下,中国有望成为全球铝基碳化硼复合材料生产和研究中心。

ZrO_2烧结动力学研究

研究了ZrO_2陶瓷的烧结动力学规律,并测量了其烧结激活能.ZrO_2粉末烧结时以界面扩散机制为主,粉末越细,致密化过程越快,但其最终烧结密度不变.晶粒长大的临界相对密度为85％,第二相细化晶粒的作用只有在晶界可动之后才能表现出来.ZrO_2烧结激活能为595±65kJ/mol,第二相的存在使其明显提高,ZrO_2+10 vol％Al_2O_3的烧结激活能达700±50kJ/mol,而添加Y_2O_3对其几乎没有影响,但明显加快了致密化进程,并对最终致密度的影响存在最佳含量.