钨/耐超高温陶瓷复合材料的制备和性能研究进展

高超声速飞行器的战力升级对集承载、防热、抗烧蚀功能于一身的新型极端耐热结构材料提出了更高的要求。钨/耐超高温陶瓷复合材料(W/UHTCs)是钨与耐超高温陶瓷复合制得的一种非均质复合材料,理论上可同时具有高强高韧、抗热震、抗烧蚀等优异特性,可在高温有氧、强冲刷环境下长期服役。多年以来,国内外研究者围绕W/UHTCs的制备、表征和应用开展了大量研究工作,一些新的制备工艺和应用形式不断出现。文章系统介绍了W/UHTCs制备工艺的特点,分析讨论了W/UHTCs的性能和强化机制,概述了W/UHTCs的应用现状,最后展望了W/UHTCs的潜在发展方向。

SiC纤维成键陶瓷材料研究进展

SiC纤维成键陶瓷(SiC fiber-bonded ceramics,FBCs)作为一种由SiC纤维热压烧结而得到的新型高温结构材料,具有低气孔率、高纤维体积分数的结构特点,以及耐高温、抗氧化、高强度等性能优势,是航空发动机涡轮叶片、转子等高温部件的极佳候选材料。本文系统论述了SiC纤维成键陶瓷的研究进展情况,介绍了两类成键陶瓷(Tyrannohex与SA-Tyrannohex)的结构特点与制备方法,讨论了成键陶瓷组成、结构与性能之间的相互关系,指出界面碳层对于成键陶瓷性能的发挥具有关键作用,着重介绍了SA-Tyrannohex型成键陶瓷的室温与高温力学性能,分析其具有优异高温性能的原因,总结SA-Tyrannohex考核验证与应用发展情况,指出目前成键陶瓷还存在复杂构件成型困难等问题,并展望了成键陶瓷未来需要进一步强韧化、加强动态服役考核等发展趋势与研究方向,最后提出开展SiC纤维成键陶瓷的研究对于我国耐高温部件新材料的研制具有重要意义。

DCP法W/ZrC金属陶瓷的激光烧蚀行为研究（英文）

采用DCP法制备了W/Zr C金属陶瓷,然后研究了在不同激光能量和烧蚀时间下W/Zr C金属陶瓷的激光烧蚀行为。研究表明:W/Zr C金属陶瓷在激光烧蚀过程中产生了一个较小的烧蚀坑,烧蚀坑的深度随着激光能量的增加和烧蚀时间的延长而增大。在烧蚀坑的周围,许多不同种类和结构的氧化物堆积组成了几个同心环。铜的挥发和氧化锆层的形成对防止W/Zr C金属陶瓷进一步氧化有着重要作用。

Ta-Hf体系材料研究进展

含Ta、Hf两种元素的材料因具有较高的熔点、优异的力学性能、耐腐蚀性和高温稳定性,近年来在航空航天领域受到广泛关注。含Ta、Hf等元素的高熵合金被认为是替代传统高温合金的优良耐高温材料;Ta-Hf氧化物陶瓷具有优异的高温相稳定性和抗腐蚀性,在水氧耦合的复杂环境中仍能保持较好的使用性能,在航空领域具有较高的应用价值;Ta-Hf碳化物、氮化物及硼化物等在超高温陶瓷类材料中具有较高的熔点和优异的抗氧化能力,被认为是航天领域未来极具前景的高温材料。综述了几种典型Ta-Hf体系材料的研究进展,阐述了其设计思路,并展望了Ta-Hf体系材料未来的发展方向。

超高熔点Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷的制备工艺与性能研究进展

Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷是碳化钽(TaC)和碳化铪(HfC)在一定条件下以任意比例形成的系列固溶体,其熔点普遍在4000K以上,最高可达4300K,且硬度高、模量高、热导率低、抗高温氧化和抗烧蚀性能优异,具备在极端热环境(>3000 K)下服役的潜力,成为耐超高温材料领域的研究热点和前沿。本文综述了近年来Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷在粉体合成技术、致密化工艺和机理、室温力学性能、热物理性能、抗氧化性能、抗烧蚀性能等方面所取得的研究进展,分析了Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷粉体不同合成技术的优劣及致密化的难点,讨论了Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷组成、结构和性能之间的相互关系。此外,本文还指出了Ta_(x)Hf_(1-x)C固溶陶瓷目前存在的挑战,并对未来潜在的发展方向作了展望。

具有(100)择优取向的高致密LaB_(6)多晶材料的制备与表征

本文以六硼化镧(LaB_(6))纳米立方体粉体为原料,经放电等离子烧结(SPS)制备了具有(100)择优取向的高致密LaB_(6)多晶材料。详细研究了LaB_(6)多晶材料的微观组织结构和热电子发射性能,结果表明LaB_(6)多晶材料的相对密度高达95.8%,而且在垂直于SPS烧结压力方向上的表面形成了(100)择优取向。具有择优取向的LaB_(6)多晶材料表面的电子逸出功仅为2.73 eV,与LaB_(6)单晶材料(100)晶面的理论电子逸出功接近。分析了LaB_(6)多晶材料具有择优取向的原因。

“实验室安全学”课程线上线下混合式教学模式探索与实践

针对材料、化学类实验性学科的特点,结合“实验室安全学”课程的建设背景和建设内容,围绕以学生为中心的教学理念,对“实验室安全学”线上线下混合式教学方案进行了设计、探索和实践。以理论教学内容“危险化学品爆炸事故的发生及预防”和实践教学内容“心肺复苏”为例,从课前、课中和课后探讨了如何通过混合式教学设计实现网络平台、课堂教学平台和实践教学平台的有机结合。

多元镧基六硼化物固溶体材料研究进展

多元镧基六硼化物固溶体是异质金属元素进入六硼化镧(LaB_(6))晶格中取代部分La原子而形成含3种及以上元素的化合物。相比于单一LaB_(6),多元镧基六硼化物固溶体具有更低的电子逸出功和可调节的光吸收性能,在电子和光学领域应用前景广阔,受到了众多研究者的关注。由于异质金属元素种类众多,且组合方式多样,导致多元镧基六硼化物固溶体材料体系种类庞大且复杂多变。为此,本文系统梳理了近年来多元镧基六硼化物固溶体材料在晶体结构、制备工艺及光电性能3个方面的研究进展情况,分析了当前多元镧基六硼化物固溶体材料所面临的难题,并从理论、技术及应用3个方面对多元镧基六硼化物固溶体材料的未来发展方向进行了展望。

超高温热处理对不同工艺制备的W/ZrC金属陶瓷微观结构的影响（英文）

分别采用置换填充工艺(DCP)和热压烧结工艺(HP)制备了W/Zr C金属陶瓷,然后在2600℃下对其进行热处理1 h。研究了热处理前后2种W/ZrC金属陶瓷的组织结构变化。研究表明,热处理后2种材料都出现开孔率增大、线膨胀及质量损失。其中DCP法W/Zr C金属陶瓷在热处理后仍由分散分布的W颗粒相和连续的Zr C相组成,但原始材料中残留的WC、W_2C及Zr-Cu合金相都消失,取而代之的是大量的孔隙,同时W相含量也急剧减小。而HP法W/Zr C金属陶瓷在热处理后则有新相W_2C生成,同时其W颗粒相有聚集的趋势,形成了大块团状相。

Ce元素固溶掺杂对LaB6阴极材料电子逸出功的影响

采用稀土金属Ce元素固溶掺杂改性LaB6以降低其电子逸出功的策略,先通过熔盐法制备出La1-x Cex B6(x=0.2,0.4,0.6,0.8)固溶体纳米粉体,后经热压烧结得到La1-x Cex B6阴极材料。利用XRD、SEM等技术表征La1-x Cex B6阴极材料的组成结构,并研究了Ce元素固溶掺杂对LaB6阴极材料电子逸出功的影响。结果表明,所制备的La1-x Cex B6阴极材料为单相固溶体,致密度高,相对密度介于98.49%-98.98%之间。相对于未掺杂LaB6阴极材料,La1-x Cex B6阴极材料的电子逸出功更低,且随着Ce掺杂含量的增加电子逸出功先减小后增大,整体介于1.85-2.54 eV之间,其中La0.6Ce0.4B6阴极材料的电子逸出功最低,仅为1.85 eV。固溶掺杂Ce是降低LaB6阴极材料电子逸出功的有效途径。

DCP法W/ZrC金属陶瓷组成结构的高温演变

采用置换填充工艺制备了W/ZrC金属陶瓷,研究了其在不同超高温环境中的组成结构演变规律。结果表明:随着热处理温度的升高,材料的质量损失率先增大后减小,在2200℃时有最大值2.05%(质量分数),而孔隙率则不断增大,在2600℃时达到9.29%(体积分数)。在材料表面,残留Cu最先熔化挥发流失,其次残留Zr,在2600℃时部分ZrC也分解流失。在材料内部,1800℃时未反应完的WC相消失,2200℃时残留Zr-Cu合金相和W_2C相消失,2600℃时仅剩下W相和ZrC相。且随着热处理温度的升高,W原子向ZrC基体中的扩散增多,导致ZrC点阵常数逐渐减小,同时W相由颗粒状变成无规则的长条状,其颗粒数量和体积含量明显减少,并形成了大量闭孔。Zr-Cu合金的流失和W原子的扩散是引起W/ZrC金属陶瓷在超高温环境中组织结构变化的重要原因。