含有石墨烯阵列的SiC基陶瓷材料的制备与力学性能

碳化硅陶瓷是一种重要工程材料,但具有一定的脆性,这限制了其进一步应用。二维石墨烯具有诸多优良特性,可以作为第二相对碳化硅陶瓷材料进行性能改善。然而石墨烯在陶瓷基体中存在分散性较差等问题,难以发挥其对陶瓷基体的改性作用。为解决以上问题,本工作以陶瓷有机前驱体聚碳硅烷和工业可膨胀石墨为原料,通过前驱体–纳米插层技术制备了少层石墨烯纳米片(GNPs)的体积分数分别为1%、3%和5%的SiC/GNPs陶瓷基复合材料。GNPs在SiC陶瓷基体中呈阵列态平行排布,显示出极高的取向性;随着GNPs含量增加,阵列中GNPs的间距依次递减,表现出一定的微观组织拓扑可调节性;加入GNPs显著提高了SiC陶瓷的断裂韧性,当GNPs含量为3%时,样品的相对密度为98.5%,抗弯强度为445 MPa,断裂韧性达到最高值5.67 MPa·m^(1/2),相比纯SiC陶瓷提高了40%,由GNPs引发的裂纹偏转与桥连是主要的增韧机制。而进一步提高GNPs含量,断裂韧性下降至4.37 MPa·m^(1/2)。这种含有石墨烯阵列的复合材料可以用于新型“结构–功能一体化”SiC基陶瓷器件的设计与开发。

SPS烧结对磷酸镧晶体取向及热导率的影响

以放电等离子体烧结(SparkPlasmaSintering:SPS)技术制备了相对密度较高的磷酸镧(LaPO4)陶瓷,利用X射线衍射(XRD)分析了不同压力对LaPO4陶瓷晶体取向的影响,并测得在1350℃,40MPa下保温3min样品从室温到1473K的热导率,结果表明:利用SPS制备的LaPO4陶瓷出现了较为明显的织构,其(200)晶面与(120)晶面XRD衍射峰积分面积的比值由无压烧结时的0.5989增加到SPS烧结压力为50MPa时的2.2409,所测热导率随温度升高迅速降低,在高温又有所回升,其中室温热导率较无压烧结时低。

热处理对GeSb_2Te_4薄膜微观结构及其摩擦性能的影响

利用射频溅射法制备了GeSb2Te4薄膜并对其进行热处理,分析热处理前后样品的结晶情况,用纳米硬度计测定硬度,利用静电力显微镜表征样品的表面电势,采用原子力显微镜观察薄膜表面形貌,利用侧向力显微镜对比考察了在考虑相对湿度的情况下,热处理前后GeSb2Te4薄膜的粘附力和摩擦性能.结果表明:经过退火的沉积态GeSb2Te4薄膜发生从非晶相到fcc亚稳相再到hex稳定相转变;粘附力与表面粗糙度之间没有明显的对应关系,但与样品表面自由能和表面电势有一定关系;在低载荷下GeSb2Te4薄膜的摩擦力很大程度上受粘附力支配,而在高载荷下的摩擦力受犁沟影响显著;经过340℃退火GeSb2Te4薄膜由于具有层状结构,呈现出一定的润滑作用.

空位对Sm_2Zr_2O_7陶瓷热膨胀系数的影响

以ZrO_2、Sm_2O_3和二价氧化物MO粉体(M=Mg,Ca)为原料,采用固相反应合成工艺制备了M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,混合料在空气气氛中1600℃保温10h进行烧结。利用XRD、SEM和热膨胀仪测试了合成产物的相、微观组织和热膨胀系数,结果表明合成出了单相、微观组织较均匀的M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,陶瓷的热膨胀系数均比纯Sm_2Zr_2O_7陶瓷要高,分析认为热膨胀系数的提高主要是由于Sm_2Zr_2O_7陶瓷中引入的空位所致。热障涂层陶瓷层材料热膨胀系数的提高有利于延长涂层的寿命。

Gd2Zr2O7与Al2O3的高温界面反应

对Gd2Zr2O7与Al2O32层陶瓷材料在1600℃下的高温界面反应行为进行了研究.采用XRD,SEM,EDX等分析手段分析了反应生成的界面相成分和形貌,同时对该反应层的形成机理进行了研究.结果表明,界面反应层的相成分主要为GdAlO3;GdAlO3的形成机理是:在Al2O3存在的前提下,Gd2Zr2O7分解成Gd2O3和ZrO2,Gd2O3与Al2O3反应形成GdAlO3.

纳米Ti(CN)基金属陶瓷烧结过程中的结构和相变

用分段真空烧结、X射线衍射和背散射扫描电镜研究了纳米Ti(CN)基金属陶瓷在烧结过程中的结构和相成分的演变。结果表明:纳米Ti(CN)基金属陶瓷在900℃以后,Mo2C和TaC开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1200℃以前,Mo2C和TaC固溶反应结束,两相均消失。WC在1100℃以后,开始由于扩散,与Ti(CN)发生固溶反应,在1250℃以前消失。在1250℃以后,合金中只有Ti(CN)和Ni(Ni+Co)两相存在。纳米Ti(CN)粉末与M(M=Mo,W,Ta)反应形成富M的(Ti,M)(CN)固溶体为核,贫M的(Ti,M)(CN)固溶体为环的"亮芯黑环"环形结构,在1350℃即可获得致密的合金。

NH_4Cl对以碳酸铝铵为前驱体的氧化铝α相变的影响

利用NH4Cl其分解时释放气体的特点控制以碳酸铝铵为前驱体的氧化铝α相变过程中的团聚。采用DTA、XRD、SEM和粒度分析等手段研究了在升温过程中其对氧化铝α相变过程及产物的影响。结果表明,由于NH4Cl在分解时释放气体所产生的冲击作用,相变过程中团聚受到削弱,相变产物的粒径和晶粒尺寸都有所减小。但是氧化铝α相变温度并未有明显下降。

MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm_2Zr_2O_7热导率的影响

通过掺杂二价元素以改变稀土锆酸盐中缺陷浓度的方法,研究了不同含量MgO掺杂对稀土锆酸盐Sm_2Zr_2O_7热扩散系数及热导率的影响。采用高温固相法在1600℃烧结10 h制备得到了致密的试样,所有试样均保持单相的焦绿石结构。结果表明,随着MgO掺杂量的增多,热导率没有降低,反而有升高的趋势:在掺杂量为0.075～0.100范围内有一个斜率的变化,这些变化规律可能与MgO在Sm_2Zr_2O_7中的固溶机理及其变化有关。

焦绿石型Ln2Zr2O7陶瓷的研究进展

焦绿石相结构的稀土锆酸盐陶瓷(Ln2Zr2O7)是一类先进的功能材料,具有各种不同的物理化学性质.本文简要阐述了Ln2Zr2O7陶瓷的微观结构特征,介绍了制备Ln2Zr2O7陶瓷的工艺方法,并对Ln2Zr2O7陶瓷在热障涂层、固体电解质、催化剂、放射性核废料等方面的应用进行了综述.

LaPO_4陶瓷的力学各向异性

利用热压法制备了具有较为显著织构的磷酸镧(LaPO4)陶瓷,利用X-射线衍射(XRD)表征了样品的织构,与扫描电镜(SEM)观察结果相一致,样品的织构可能是LaPO4晶粒板面((200)面)沿着垂直于加压方向旋转以及择优生长共同作用的结果。LaPO4陶瓷的硬度和断裂韧性具有较为明显的各向异性,而弹性模量则不明显,其中对于断裂韧性而言,在平行于加压方向样品表面,与加压方向呈0°方向的断裂韧性为呈90o方向的1.75倍,这主要是由于LaPO4陶瓷的板面((200)面)沿着垂直于加压方向择优取向,从而与加压方向呈0o方向裂纹扩展时偏转角度更大,最终造成其断裂韧性也更大。

固相反应Gd2Zr2O7陶瓷的形成机理研究

以ZrO2,Gd2O3粉体为原料,采用固相合成工艺制备了Gd2Zr2O7陶瓷,通过在不同温度(1273 K～1873 K)下进行混合料的烧结以及对不同温度下合成产物的XRD相分析,来研究Gd2Zr2O7陶瓷的合成过程和形成机理.结果表明:ZrO2和Gd2O32种粉体在1473 K开始发生相互固溶,随着温度升高,固溶程度逐渐加大,在1673 K时ZrO2和Gd2O3之间的固溶达到饱和,开始析出Gd2Zr2O7相,当温度达到1773 K时固溶结束,此时产物为Gd2Zr2O7,1873 K时ZrO2和Gd2O3烧结完成,产物为单相的Gd2Zr2O7.

反应烧结B_4C/Al_2O_3复合陶瓷的装甲防护性能研究

以B_2O_3、Al、石墨和B_4C粉体为原料,采用反应-热压烧结工艺在1800℃/35 MPa的烧结条件下制备了致密的碳化硼基复相陶瓷,对复相陶瓷的显微组织、物相组成、硬度、抗弯强度以及断裂韧性进行了观察与测试,采用7.62 mm口径的穿甲弹分别对约束状态下和自由状态下的复相陶瓷靶板进行了剩余穿深试验(DOP),并以AZ陶瓷和B_4C陶瓷为对比靶板,根据剩余穿深结果计算了各自的防护系数。结果表明,复相陶瓷的主要成分为B_4C和Al_2O_3,其中主相B_4C约占70wt%,第二相Al_2O_3约占30wt%,由Al-B-O共同构成的复杂中间相填充在主相与第二相之间;复相陶瓷的密度、硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为2.82 g/cm^3,41.5 GPa,380 MPa和3.9 MPa×m^(1/2),其中断裂韧性比纯碳化硼陶瓷提高了85.7%;复相陶瓷的防护系数为7.34,比AZ陶瓷和碳化硼陶瓷分别提高了11%和70%;在约束状态下,各个样品的防护系数比自由状态均提高10%。

综述:活性元素作用机理——氧化物“钉扎”模型

高温防护涂层在航空发动机或燃气轮机上有着广泛应用,活性元素在高温防护涂层上得到了大量应用,尤其在降低氧化层生长速率和提高其粘结性方面,但是目前活性元素的微观作用机制还存在较大争议。在提出的几种解释中,氧化物"钉扎"模型往往作为首要的考虑因素,是一个非常重要的模型,但目前依旧存在争议。本文综述了自氧化物"钉扎"现象发现以来该模型的发展,包括模型的提出、氧化物栓与氧化层粘结性的关系、如何提高"钉扎"效果、不同情况下氧化物栓的生成和长大等,并介绍了该模型存在的缺陷。最后对该模型在自身完善方面及该模型和活性元素效应的其他解释模型之间的相互作用机制方面的研究重点进行了展望,力图对氧化物"钉扎"现象及目前的研究方向有一个全面的认识,期望为活性元素效应的研究和热障涂层材料设计提供一定的基础。

热处理对大气等离子喷涂LaTi_(2)Al_(9)O_(19)-Zr_(0.92)Y_(0.08)O_(1.96)复合涂层粉末的影响

将纳米/亚微米级Zr_(0.92)Y_(0.08)O_(1.96)(YSZ)增韧稀土复合氧化物LaTi_(2)Al_(9)O_(19)(LTA)颗粒通过喷雾干燥制备出喷涂粉体,采用不同温度对其进行煅烧,并研究不同温度的热处理对喷雾干燥粉体的流动性、松装密度和形貌的影响。结果表明:未经热处理的喷雾干燥粉体呈现出疏松结构,粒径为40~80μm。经过热处理后,LTA-YSZ颗粒之间的结合更加紧密,在1100℃下煅烧的粉体具有最好的喷雾特性和形貌。通过等离子喷涂进行沉积制备的LTA-YSZ涂层呈现良好的层状结构,并伴有缺陷。

多壁碳纳米管复合BiSbTe材料的热电性能(英文)

研究了BiSbTe/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料的球磨法制备及其热电性能(300~500 K)。采用商用BiSbTe块体作为基体材料,利用球磨及压力辅助的感应加热烧结进行致密化得到了不同复合比的BiSbTe/0.5、1.0 vol%MWCNTs复合材料。复合MWCNTs后,引入的纳米复合结构增强了声子散射,大幅降低了热导率,同时由于载流子散射的增强和较低的致密度使电导率恶化。尽管电导率降低但热导率得到抑制,BiSbTe/1.0 vol%MWCNT复合材料的热电优值与BiSbTe基体接近。结果表明,优化加工参数获得更高的致密度可以优化BiSbTe/MWCNTs复合材料的热电性能。

FeSe晶体生长和超导性能

利用了简单的KCl熔盐法生长晶体,通过在熔剂内部控制温度梯度,得到了尺寸为7 mm×2 mm×2 mm的大晶体。通过X射线衍射分析,确定(101)基面的四方β-FeS e为超导相。磁性测量表明晶体在9.05 K时发生了超导转变;四探针法测量表明伴随着较宽的转变温度范围,晶体在9.91 K时电阻值降为零,起始转变温度为15.26 K。本研究为制备大尺寸FeSe单晶提供了一种简单快捷的方法,对于指导FeSe基超导体的研究具有重要意义。