超高温陶瓷复合材料研究进展

随着高速飞行器朝着更宽空域、更长时间和更高速度的方向发展,对飞行器的鼻锥、前缘和发动机燃烧室等关键结构的热防护性能提出了更加严苛的要求,发展在极端环境下使用的高性能热防护材料是当前的研究重点。超高温陶瓷复合材料具有优异的抗氧化烧蚀性能,是一类极具应用潜力的非烧蚀型热防护材料。然而,本征脆性问题限制了超高温陶瓷复合材料的工程化应用,需通过组分结构调控对其进行强韧化。同时,飞行器有效载荷提升也对超高温陶瓷复合材料提出了轻量化的要求。本文系统概述了超高温陶瓷复合材料近年来取得的主要研究进展,包括压力烧结、泥浆浸渍、前驱体浸渍裂解、反应熔渗、化学气相渗透/沉积与“固-液”组合工艺等制备方法,颗粒、晶须、软相物质、短切纤维和连续纤维等强韧化方法及其机制,抗氧化烧蚀性能与机理,以及轻量化设计等。讨论了超高温陶瓷复合材料组分、微结构和性能之间的关系,并指出了超高温陶瓷复合材料目前存在的挑战以及未来的发展趋势。

一种抗超高温配位键合型低聚物降黏剂

针对高密度水基钻井液高温增稠引发的滤失量大、ECD与内耗高、流动性下降甚至完全丧失难题,在AAAMPS聚有机酸降黏剂分子中引入富含大量邻苯二酚基团的单宁酸,采用自由基聚合法研制了一种抗超高温配位键合型低聚物降黏剂AA-AMPS-TA,并通过正交实验明确了PAAT的最优合成条件。表征并评价了PAAT的降黏性能,结果表明:引入TA后,PAAT的红外光谱出现了源于酚羟基的分子内氢键吸收峰,且因其分子结构中引入了大量苯酚基团,显著提升了热稳定性,分解温度接近500℃;PAAT可降低低浓度膨润土浆和7%膨润土+8%高岭土的高浓度混合黏土浆黏度,在高密度水基钻井液体系中降黏率达26.5%,240℃热滚后降黏率达44.4%。采用Zeta电位与粒径分析验证了PAAT的吸附降黏机理,并在蓬深101井中现场应用,控制了井浆高温下黏度、切力增涨,降黏效果良好。

基于荧光法快速判定巴氏杀菌乳和超高温灭菌乳

目的基于荧光法快速简便地鉴别巴氏杀菌乳和超高温(ultra high temperature,UHT)灭菌乳。方法基于美拉德产物荧光值的不同,采用直接荧光法结合综合热损伤(fluorescence of advanced Maillard products and soluble tryptophan,FAST)指数快速鉴定巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳。结果巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳由于热处理强度不同,二者的荧光值存在显著差异(P<0.01),巴氏杀菌乳荧光值在(13215±236)~(15359±156)之间、UHT灭菌乳荧光值范围为(15788±200)~(20440±270)。与巴氏杀菌乳相比,UHT灭菌乳直接测定荧光强度和FAST指数明显升高且差异显著(P<0.01)。在商品巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳结果的基础上,利用自制产品对荧光法进行了验证。结论直接荧光测定法和FAST指数能够快速有效区分和识别巴氏杀菌乳和UHT灭菌乳,该技术对产品热处理强度评价及质量监管具有一定指导意义。

高熵碳化物超高温陶瓷的研究进展

高速飞行技术的发展对高性能热结构材料提出了迫切需求。高熵碳化物(HECs)陶瓷作为近年来发展迅速的一类新型材料,兼具高熵陶瓷与超高温陶瓷的优良特性,在极端服役环境中具有广阔的应用前景,因此得到国内外学者的广泛关注。相比仅含有一种或两种过渡金属元素的传统超高温碳化物陶瓷,HECs综合性能有所提升,且具有更强的组成和性能可设计性,因此具备较大的发展潜力。经过对HECs的不断探索,研究人员获得了许多有趣的结果,开发了多种HECs的制备方法,对HECs的显微结构和性能的认识也更加深入。本文综述了HECs的基本理论以及从实验过程中获得的规律;对HECs粉体、HECs块体、HECs涂层及薄膜,以及纤维增强HECs基复合材料的制备方法进行了梳理和归纳;并对HECs的力学、热学等性能,尤其是与高温应用相关的抗氧化、抗烧蚀性能的研究进展进行了综述和讨论。最后,针对HECs研究中有待进一步完善的科学问题,对HECs的未来发展提出了展望。

超高温陶瓷改性C/C复合材料抗氧化烧蚀性能研究进展

碳/碳(C/C)复合材料具有高强、轻质和耐温等优势,在航天领域取得广泛应用;但由于其抗氧化性能较差,难以满足高超声速飞行器长时飞行、大气层再入飞行和跨大气层飞行的服役环境。利用超高温陶瓷改性C/C复合材料(C/C-UHTC)可以显著提高C/C复合材料的抗氧化烧蚀性能,有望满足新一代飞行器长时间抗氧化、抗烧蚀及结构强度的要求。本文总结了C/C-UHTC复合材料烧蚀性能的常用测试方法,包括氧-乙炔烧蚀、等离子烧蚀、激光烧蚀和风洞烧蚀,简要介绍了各种烧蚀性能测试方法的特点。此外,对近年来Zr系和Hf系单组元、双组元和三组元C/C-UHTC复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理进行详细阐述。

冷应激对原料乳组分及超高温灭菌乳存储期理化变化的影响

温度是影响牛乳品质的重要应激因素,包括热应激和冷应激,在我国北方尤其是高寒地区冷应激对牛乳品质会产生一定影响。文章研究了冷应激对原料乳品质的影响及加工成超高温灭菌乳在储存期间的物理化学变化。结果表明,冷应激原料乳脂肪含量偏高、脂肪球更大,而总蛋白含量较低,α一乳白蛋白含量更高,在超高温灭菌乳储存期间更容易发生脂肪聚集。研究为实际生产中奶牛冷应激的合理控制与提高加工产品稳定性提供理论参考。

乳产量对超高温灭菌乳存储期理化性质及稳定性影响

文章以不同产量的原料乳制备超高温灭菌乳,探究其乳成分、理化性质和储藏期间稳定性变化,为进一步提高超高温灭菌乳货架期稳定性提供参考。结果表明,在乳成分方面,高产原料乳乳糖率高于低产原料乳,乳脂率、乳蛋白率、总固形物率、菌落总数和嗜冷菌总数低于低产原料乳。在理化性质方面,低产原料乳出现酒精阳性乳概率较高,高产原料乳及超高温灭菌乳脂肪球直径低于低产乳,表明乳产量不同对乳成分造成一定影响。通过对低产原料乳制备的超高温灭菌乳在储藏过程中酪蛋白胶束和脂肪球聚集情况研究,表明低产乳更不稳定。

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪的应用研究

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪在北京、云南、黑龙江、青海等地区地热井、科学钻探井等的应用解决了高温环境钻探施工轨迹测量问题,形成了超高温钻孔轨迹野外测量解决方案和工艺规程。该仪器在满足测斜的基础上增加了井温的测量,适用于高温地热井、干热岩钻探等高温环境下的测温需求,在地表模拟270℃条件下可以连续工作4 h,这对于高温环境下的钻孔轨迹测量是有力的技术支撑。本文通过对比分析不同钻井现场的试验测量数据,可知KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪具有集成度高、技术先进、测量精度高、辅助器具少以及结构轻便的特征,其中顶角测量精度0.15°,方位角测量精度1.5°。

低温下冷适应性菌剂与超高温菌剂联用的堆肥效果评价

为了破解低温条件下玉米秸秆堆肥处理时升温难及堆肥成品腐熟度低的难题,本试验在10℃条件下从常年堆积玉米秸秆场所下的土壤与玉米秸秆混合样品中,筛选出3株菌株制成冷适应性菌剂,与已有的超高温菌剂(≥50℃)联合用于低温条件下玉米秸秆的堆肥,探究两类菌剂在堆肥过程中的作用,最终确立一种低温条件下冷适应性菌剂与超高温菌剂联合应用进行堆肥的方法。结果表明:未添加菌剂(CK)、单接种冷适应性菌剂(T1)、单接种超高温菌剂(T2)3组堆肥升温效果不佳,最高仅能达到50℃左右;而在第0天加入冷适应性菌剂,分别在堆肥开始第0天(T3)、第2天(T4)、第4天(T5)加入超高温菌剂的3组,不仅在堆肥初期升温迅速,且能使堆体温度在第5、6、7天时分别达到79.0、80.3、78.6℃,此外T3、T4、T5组的总有机碳降解率、种子发芽率也均高于CK、T1、T2组;与T5组相比,T3组升温更顺利,这与超高温微生物在堆体中的适应过程有关。研究表明,在低温条件下,冷适应性菌剂和超高温菌剂联合应用使堆肥效果提升显著,25 d即可完成堆肥,且在堆肥开始时加入冷适应性菌剂的前提下,超高温菌剂加入时间越早,其在堆体中发挥作用越顺利,堆肥效果越好。

适用于超高温碳酸盐岩储层的环保型固体酸体系研究

现有酸液体系以液体盐酸为主剂,在存放、运输和使用过程中存在设备成本高、安全风险大、酸岩反应速率快、高腐蚀、高污染的问题。基于一种无毒的有机酸酐得到一种耐高温且环保的固体自生酸SGA,其在180℃下的最高生酸浓度和生酸时间分别为17.10%盐酸当量和120 min。通过添加其他助剂进行复配得到一种耐超高温固体自生酸体系,并系统研究其性能。优选的自生酸体系为30%固体酸+3%~5%缓蚀剂+0.5%铁离子稳定剂+0.5%助排剂+0.6%胶凝剂。180℃下,高压动态平均腐蚀速率仅为78.36 g/(m^(2)·h),远低于标准值[80 g/(m^(2)·h)];残酸表面张力较低且无生物毒性;酸岩反应速率为-1.49×10^(-4)mol/(s·cm^(2)),远远小于常规酸液体系的反应速率。该耐超高温固体自生酸具有生酸浓度高、耐高温、低腐蚀、缓速效果好的优点,适用于180℃以上深层、超深层碳酸盐岩储层的酸化改造。

超高温陶瓷改性C/C复合材料抗烧蚀性能研究进展

随着航空航天事业的发展,C/C复合材料被广泛应用于该领域,但是高温抗氧化性能较差的缺点限制了它的使用范围。通过基体改性的方法将超高温陶瓷(UHTCs)引入到C/C复合材料中是提高C/C复合材料抗氧化烧蚀性能的主要方法。本文主要介绍了不同超高温陶瓷相对C/C-UHTCs复合材料烧蚀性能的影响,分析了相应的烧蚀机理和烧蚀性能不同测试方法的特点,并针对C/C-UHTCs复合材料的长效热防护、性能优化作出了展望。

超高温堆肥处理有机固废研究进展及工程应用

综述了超高温好氧堆肥技术处理有机固废的原理与实现途径、技术优势与微生物群落结构演替的内在关系;阐述了超高温好氧堆肥在处理畜禽粪便、污泥和餐厨垃圾等方面的工程应用案例,归纳总结了超高温好氧堆肥在有机固废工程应用中的工艺参数;表明了超高温好氧堆肥在有机固废资源化处理中具有很好的应用效果。提出了超高温好氧堆肥处理有机固废过程中在菌群协同机制、强化保氮固碳、优化工艺运行等方面的研究展望,以期为该技术的应用推广提供理论依据。

柴西缘花土沟超高温变质地体中的镁铝麻粒岩岩石成因及其与熔体行为的关系

镁铝麻粒岩泛指一类全岩化学成分富镁、铝的麻粒岩相变质岩,是研究超高温变质作用的峰期变质条件和变质演化历史的重要对象,但目前对它的原岩属性和岩石成因的认识仍十分有限。本文以柴达木地块西缘的花土沟超高温变质地体为例,在野外调查基础上,对镁铝麻粒岩和泥质片麻岩进行了岩相学和全岩地球化学分析,发现镁铝麻粒岩与含浅色体的泥质片麻岩的SiO_(2)、TiO_(2)、P_(2)O_(5)含量相似,TFe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、MnO、CaO、Na_(2)O含量虽有差异但变化范围存在交集。此外,两类岩石具有相似的微量和稀土元素配分曲线,结合两者的矿物组合也存在相似性,提出花土沟镁铝麻粒岩的原岩可能是与泥质片麻岩类似的泥质沉积岩。从低角闪岩相变泥质岩到含浅色体的泥质片麻岩,再到镁铝麻粒岩,其全岩化学成分向着贫铝、钙、钾、钠,富铁、镁的趋势变化。其中,高XMg值(0.51~0.69)是镁铝麻粒岩与其他泥质片麻岩(XMg=0.34~0.43)的最大差别。通过对变泥质岩的相平衡模拟和理论计算,发现部分熔融和熔体丢失能解释大部分的变化趋势,但基本不影响全岩XMg值;只有在进变质升温过程中丢失含石榴子石的熔体才能造成变泥质岩的镁铝麻粒岩化。此外,富石榴子石的泥质残留体相比附近的含浅色体泥质片麻岩,贫硅、钠、钾,富集铝、铁、镁、锰、钙,重稀土元素含量显著高于后者,上述地球化学特征对应石榴子石熔体的加入而后长英质熔体的丢失,支持野外观察到的熔体携带石榴子石迁移的现象。最后,对镁铝麻粒岩只呈透镜体产出的原因做出了推测,即熔体很难带着石榴子石完成长距离迁移,只有被长英质正片麻岩包围的泥质沉积物,其进变质加热阶段形成的熔体才能携带石榴子石完全迁出原岩,促成变泥质岩透镜体的镁铝麻粒岩化,目前仍需更多的相关研究来验证这一推测。在世界其他高温-超高温变质岩区,石榴子石熔体的迁出和泥质岩的镁铝麻粒岩化可能也不同程度有所保留和记录。

超高温下22Cr钢在HCl/HAc溶液中的腐蚀行为研究

酸化是油气开采有效且常规的措施,但酸液会对油气管柱产生严重腐蚀,尤其是在高温储层。为了降低酸液对油气管柱的腐蚀,高温井通常选择有机酸与盐酸复配进行酸化。为了更有效地降低酸化对油气管柱的腐蚀,通过电化学试验和失重试验研究了22Cr钢在多种酸性溶液中的高温(200℃)腐蚀行为。采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同体系中钢试样的表面腐蚀形貌,采用X射线能谱仪(EDS)分析腐蚀前后试样表面元素组分及元素分布,采用X射线衍射仪(XRD)分析试样表面的腐蚀产物成分。结果表明,22Cr钢在不同浓度的乙酸溶液中都有良好的耐腐蚀性,但乙酸溶液中增加Cl-的浓度会加速22Cr钢腐蚀;22Cr钢在低浓度HCl溶液中会产生严重腐蚀;低浓度HCl和低浓度乙酸组成的复合酸液体系会对22Cr钢腐蚀产生协同作用,加速22Cr钢腐蚀;在200℃下,缓蚀剂QASE和缓蚀增效剂Sb2O3组成的复合缓蚀剂能够有效抑制22Cr钢在盐酸和乙酸复合酸液中的腐蚀。

超高温高功率密度的小型气冷堆堆芯方案研究

高温气冷堆作为小型反应堆的技术路线之一,具有模块化设计、固有安全性、热转换效率高等优势,但其功率密度较小、堆芯尺寸较大,不利于系统部署。为此,本文基于改进包覆燃料颗粒的棱柱式弥散燃料元件,并采用控制鼓作为反应性控制方式,提出了一种超高温、高功率密度的小型气冷堆堆芯方案。该堆芯方案体积小于0.8 m 3、体积功率密度可达39 MW/m 3,出口温度高于1200 K。通过RMC程序、Fluent软件分别进行中子学分析和热工分析,数值结果表明该方案合理可行,且具有固有安全性、具备正常停运的功能,同时拥有在15 MW热功率基础上进一步提高运行功率的能力。

海洋超高温高压油气钻井关键设备技术研究

为了提升我国海洋超高温高压钻井设备的国产化水平,对海洋超高温高压钻井主要设备进行了简要介绍,分析了海洋超高温高压钻井设备的国内外技术现状,重点阐述了海洋超高温高压钻井设备的关键技术及其研发思路。分析结果表明:钻井防喷器及控制系统、井口装置、泥线悬挂装置及井下工具等为当前急需攻关突破的超高温高压钻井关键设备;我国在这些关键设备的设计、制造和试验等多方面与国外存在差距,主要体现在高强度金属材料开发、密封设计制造、控制元器件开发和系统设备海试等4项关键技术方面。就这些关键技术提出了比较详细的研发思路,以期推动超高温高压钻井关键装备的国产化进程,增强我国海洋超高温高压油气田的勘探开发能力。

超高温堆肥降解微塑料研究现状

超高温堆肥是一种新兴的有机固废处理方式,可以克服很多传统堆肥方式的缺点,而微塑料是一种粒径小于5mm的不易自然降解的新型污染物质,广泛存在于各个角落,对环境以及人类社会造成很严重的危害,开发一种高效处理微塑料的技术迫在眉睫。现阶段有学者利用超高温堆肥降解微塑料并进行了一些研究,综述了利用超高温堆肥降解微塑料的优势以及研究进展,并对如何利用超高温堆肥降解微塑料进行了展望。

超高温氧化物陶瓷激光增材制造及组织性能调控研究进展

氧化物陶瓷具有高硬度、高强度以及优异的抗氧化和抗腐蚀性能,是高性能发动机极端高温、燃气腐蚀、氧化服役环境用重要的候选高温结构材料,在航空航天用高端装备领域具有广阔的应用前景。与传统陶瓷制备技术相比,激光增材制造技术能够一步实现从原材料粉末到高性能结构件的一体化高致密成型,具有柔性度好、成型效率高的特点,可以快速制备高性能、高精度、大尺寸复杂结构部件。近年来,基于液固相变发展的熔体生长氧化物陶瓷激光增材制造技术已成为高温结构材料制备技术领域的前沿研究热点之一。本文首先概述了激光增材制造技术的基本原理,着重介绍了选区激光熔化与激光定向能量沉积两种典型激光增材制造技术的工艺特点。在此基础上,重点阐述了利用激光增材制造技术制备不同氧化物陶瓷的组织特征及工艺参数对微观组织的影响规律,并总结比较了不同体系氧化物陶瓷力学性能的差异。最后,对该领域存在的问题进行了梳理和分析,并对未来的发展趋势进行了展望。

显生宙碰撞造山带超高温变质作用的加热机制:来自二维数值模拟的约束

大量的岩石学证据表明:碰撞造山带中常发育900~1100℃的超高温变质作用。然而,碰撞造山带中如何出现如此极端的超高温条件仍然存在争议。为了更好地理解超高温变质作用加热机制和碰撞造山带中主要热源的相对贡献,我们建立了一系列高分辨率二维热-动力学模型,借此探讨了俯冲大陆岩石圈密度亏损程度、大陆地壳放射性生热率和大陆汇聚速率等因素对碰撞造山过程中超高温变质主要热源的影响。当大陆岩石圈密度亏损(Δρ=ρ软流圈地幔-ρ岩石圈地幔)大于50kg/m^(3)时,有利于发生大陆平板俯冲,软流圈地幔无法上涌为地壳物质提供热源;此时,具有较高放射性生热率(>3μW/m^(3))的地壳可以发生“浅俯冲-折返”型超高温变质作用。而当大陆岩石圈密度亏损小于10kg/m^(3)时,大陆上地壳在深俯冲阶段首先发生超高压榴辉岩相变质作用,随后伴随着大陆岩石圈地幔后撤和软流圈上涌,进而出现以异常高的地幔热流加热为主的“深俯冲-折返”型超高温变质作用。此外,较低的大陆汇聚速率(<1cm/yr)更有利于“深俯冲-折返”型超高温变质作用的产生。将数值模拟结果与特提斯构造域的变质岩石数据和地球物理观测进行对比,我们认为在现今板块构造体制下,由具有密度亏损程度较高的大陆岩石圈平俯冲有利于“浅俯冲-折返”型超高温变质作用的发生,而由密度亏损程度较低的大陆岩石圈俯冲可能导致“深俯冲-折返”型超高温变质作用的产生。

超高温菌好氧堆肥技术对餐余垃圾中油脂、盐分的处理效果研究

餐余垃圾高油高盐特征是影响其堆肥化效果的重要因素。从超高温环境下培养出以芽孢杆菌属(Bacillus)为核心的超高温菌群,考察超高温菌群对餐余垃圾好氧堆肥化过程中堆体温度、物料含水率、pH、种子发芽指数等的影响,并分析好氧堆肥化过程中微生物种群的变化。结果表明,添加超高温菌群后,餐余垃圾好氧堆肥化温度最高可达83℃,75℃以上温度可以维持6 d,含水率由50.23%下降至26.71%,油脂、盐分质量分数分别从1.94%、3.62%降低至0.15%、0.88%,降解率较未添加超高温菌群的对照组分别提升了15.30百分点、17.29百分点。芽孢杆菌属和芽孢八叠球菌属(Sporosarcina)是维持超高温的重要菌属,堆肥芽孢杆菌属(Compostibacillus)和芽孢八叠球菌属是提高油脂、盐分降解效率的重要菌属。超高温菌好氧堆肥化技术处理餐余垃圾相较于传统好氧堆肥化技术能有效提高餐余垃圾中油脂、盐分的降解效率,在一定程度上促进了相关菌种的生长,提高堆体腐熟程度。