利用煤气化残渣构建Fe_(3)O_(4)和Fe负载的碳基复合吸波材料

本研究以煤气化残渣作为碳基载体,通过湿化学浸渍法和焙烧处理制得不同磁性组分负载的复合吸波材料。结果表明,在焙烧过程中,主要发生缓慢的碳热还原反应,磁性组分物相由Fe2O3、Fe_(3)O_(4)转变为Fe,同时碳热还原反应消耗掉一部分活性较高的碳,复合材料的石墨化程度变差。由于良好的阻抗匹配与衰减特性,复合材料FeCGR1000体现出更佳的吸波性能,当涂层厚度为2.0 mm时,最低反射损耗值为−25.3 dB,在涂层厚度为1.5 mm时,有效带宽达到4.0 GHz。本研究的开展不仅实现了煤气化残渣资源化利用,而且为煤气化残渣的高附加值应用提供新思路。

利用煤气化半焦回收赤泥构建Fe/碳基复合微波吸收材料

基于煤加氢气化半焦(简称半焦,SC)与赤泥(RM)高温固相反应一步回收赤泥制备Fe/碳基复合微波吸收材料,调节体系组成以优化吸波性能。研究发现,在Ar气氛、900℃条件下,源自SC与RM质量比为0.4∶1-0.7∶1的复合物均显示了优良的性能;且当SC与RM质量比为0.6∶1时,复合物性能最优。其最低模拟反射损耗为-48.3 dB,相应的有效吸收带宽为4.6 GHz。材料强的本征衰减能力源于石墨化碳及大量相界与缺陷引起的介电损耗;其良好的波阻抗匹配得益于体系组成调变对复合物电磁参数的有效调控。此外,Na_(2)O、Al_(2)O_(3)与SiO_(2)之间的高温固相化合一定程度上削弱了赤泥引起的强碱性。

烧结温度对添加复合助剂制备莫来石-刚玉基陶粒支撑剂性能的影响

为了降低陶粒支撑剂的烧结温度,本文以低品位铝矾土和粘土为主要原料,通过添加复合助剂锰矿粉及白云石制备陶粒支撑剂,并研究烧结温度对陶粒支撑剂结构、性能的影响。在烧结过程中发现,引入一定量的锰矿粉和白云石后,在陶粒内部会形成适量液相,可以填充孔隙,包覆于莫来石和刚玉晶粒间促进晶体的生长发育,从而形成致密结构。当烧成温度为1310℃时,制备得到的支撑剂体积密度与视密度分别为1.65 g/cm3和2.99 g/cm3,52MPa闭合压力下破碎率为8.97%,符合石油天然气行业标准对低密、高强陶粒支撑剂的要求,说明复合助剂在降低烧结温度的前提下还能够提高支撑剂抗破碎能力。

基于核壳结构Co_3Fe_7@C的高效微波吸收材料（英文）

为了降低吸波剂Co_3Fe_7的密度,本文采用原位聚合Fe^(3+)-Co^(2+)/碳前驱体及高温碳化制备得到Co_3Fe_7@C复合微波吸收材料。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明Co_3Fe_7颗粒被石墨碳层包覆形成核壳结构,复合物的比表面积和表观密度分别为358.5 m^2·g^(-1)、2.25 g·cm^(-3)。核壳结构Co_3Fe_7@C复合物显示出优异的微波吸收性能,当涂层厚度为2 mm时,其最低反射损耗(RL)达到最低值-43.5 dB,对应的有效带宽为4.1 GHz,归因于复合物有效的阻抗匹配特性及多重界面极化效应。由于低密度及优异的微波吸收性能,Co_3Fe_7@C复合物有望作为一种潜在的轻质、高效微波吸收材料。

利用煤矸石制备Fe_(3)O_(4)和Fe负载的微波吸收材料

为了实现固废煤矸石的有效资源化利用,本文利用煤矸石设计合成了负载Fe_(3)O_(4)和Fe的陶瓷复合微波吸收材料。实验主要包括煤矸石的造粒成球、液相负载Fe ^(3+)及焙烧过程,利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和扫描电镜(SEM)对样品的物相与微观结构进行了分析表征。结果表明,前驱体溶液经过分解反应、碳热还原反应转化为Fe_(3)O_(4)和Fe,原位负载于煤矸石基体上,并显现铁磁特性。借助矢量网络分析仪测试样品的电磁参数,基于传输线理论分析评价其微波吸收性能。由于良好的阻抗匹配与衰减特性,复合材料FeG700体现出良好的吸波能力,在涂层厚度为1.5 mm时,最低反射损耗值为-20.1 dB,有效吸收带宽可达4.1 GHz。本研究不仅有助于实现微波吸收材料制备的低成本化,重要的是为固废煤矸石的综合利用提供了借鉴。

白云石对焦宝石陶粒晶粒发育及性能的影响

以陶粒的新原料-焦宝石为主要原料,白云石为熔剂性辅料利用陶瓷烧结工艺成功制备了粒径425~850μm满足35 MPa闭合压力下使用的支撑剂。重点研究了助熔剂白云石的不同添加量对焦宝石陶粒支撑剂晶粒发育及性能的影响。利用SEM和XRD分别对含有不同添加量的白云石的陶粒支撑剂进行了显微形貌和物相结构的分析,并多次测试了陶粒支撑剂的体密、视密和破碎率,结果揭示了白云石的添加有助于促进棒状莫来石晶粒的发育,同时在保证破碎率低于9%的前提下具有降低陶粒支撑剂体密/视密的作用。

基于煤层气井用陶粒支撑剂的制备

以煤矸石和铝矾土为主要原料,采用50∶50和60∶40质量配比,再添加2wt%长石添加剂,在不同温度烧结制备了煤层气井用的20/40目经济型陶粒支撑剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒的物相组成和显微形貌进行表征。实验结果表明:所制备的陶粒的视密度均低于3.0 g/cm^3,体积密度低于1.5 g/cm^3,属于低密度范畴;当煤矸石与铝矾土配比为50∶50时,烧结温度在1400~1500℃制备的支撑剂,在35 MPa闭合压力下的破碎率均低于9%的行业标准(SY/T 5108-2014)。

TiO_2对CaO陶瓷烧结和抗水化性能的影响

研究了TiO2添加剂对CaO陶瓷抗水化性能的影响。结果表明:TiO2与CaO反应生成的Ca3(TiO7)连结CaO晶粒,促进固相烧结,增大了陶瓷的烧结密度,同时TiO2能促进CaO晶粒长大,提高了CaO陶瓷的抗水化性能。提高烧结温度,能提高陶瓷密度,从而提高CaO陶瓷的抗水化性能,实验中TiO2最佳添加量为3%。

氧化钙对陶粒支撑剂结构和破碎率的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,添加不同含量的碳酸钙,在1350℃制备了低成本的陶粒支撑剂,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对陶粒支撑剂的物相组成和微观形貌进行表征。结果表明,添加了碳酸钙的陶粒支撑剂形成新的物相钙长石,随着氧化钙含量的增加,莫来石的晶粒逐渐细化,细化的晶粒提高了陶粒的强度和抗破碎能力。添加量为5wt%碳酸钙的陶粒支撑剂在35MPa、52MPa闭合压力下的破碎率均最低,符合石油天然气行业标准SY/T5108-2014。

钙长石对刚玉-莫来石质陶粒支撑剂结构及性能的影响

以二级铝矾土为主要原料,通过添加不同含量的长石在1350℃烧结温度下制备了高强度的刚玉-莫来石质陶粒支撑剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微分析(SEM)对陶粒的物相组成及显微形貌进行表征。结果表明,所制备陶粒支撑剂的物相成组为刚玉和莫来石,而且发现随着长石添加量的逐步增加,可以明显促进莫来石的形核过程,并抑制其进一步长大。当长石添加量为8wt%时,所制备的陶粒支撑剂体积密度为1.72 g/cm^3,在52MPa闭合压力下的破碎率为3.2%,酸溶度为5.0%,满足油气开采行业的要求。

基于校企研究生联合培养基地双导师制的建设研究

双导师制度建设的不完善和不健全,遮蔽了双导师制应有的成效。在科技协同创新和联合育人的双重压力下,研究生教育创新中心的双导师制发展到了关键的节点,处于止步观望的十字路口。基于此,本论文通过调研几个山西省研究生联合培养基地,分析了目前双导师制执行过程中存在的问题,并提出了具有针对性的双导师制建设方案。

常压水热合成纳米氧化锆工艺研究

以ZrOCl2.8H2O和氨水为主要原料,利用常压水热工艺制备出纳米氧化锆粉体,系统研究了氧氯化锆浓度、pH、反应温度及时间对产物晶型、粒度的影响,得出制备氧化锆纳米粉体的最佳工艺条件。并结合X射线衍射分析、透射电镜等方法对样品进行表征。结果表明,所制得的氧化锆样品为纳米氧化锆粉体,且粒度较均匀、分散性好,平均粒径约为7 nm。

保温时间对添加废陶粒砂制备支撑剂结构和性能的影响

为了缓解高品位铝矾土资源日益匮乏的现状,同时降低支撑剂的生产成本,本研究以二级铝矾土和固废陶粒砂为主要原料,通过添加锰矿粉和白云石作为烧结助剂,最终经1260℃烧结制备得到刚玉-莫来石基陶粒支撑剂。在烧结过程中,讨论了保温时间对支撑剂物相结构和性能的影响。结果表明:随着保温时间的延长,支撑剂物相开始析出针状莫来石,而且晶粒尺寸逐渐变大,随之转变为棒状莫来石并与颗粒状的刚玉相互交叉分布于支撑剂内部,从而形成致密的交联结构。当保温时间为2 h时,支撑剂的性能最佳:体积密度为1. 65 g/cm^3,52 MPa闭合压力下的破碎率达到8. 5%,符合石油天然气行业标准要求,说明固废陶粒砂可以被循环利用制备支撑剂。

粉煤灰基经济型陶粒支撑剂的制备与改性研究

采用固态烧结法制备了粉煤灰基经济型陶粒支撑剂。系统研究了烧结温度、成球温度与铝矾土添加量对陶粒的破碎率、体积密度、视密度的作用规律。采用XRD研究了陶粒的相结构,采用SEM研究了陶粒的显微结构。结果显示:陶粒中含有钙长石与莫来石两种结晶相。随着烧结温度由1200℃升高到1300℃,莫来石相逐渐增多、长径比逐渐增大,破碎率逐渐降低;而当烧结温度继续升高到1350℃时,莫来石相的长径比开始下降,破碎率开始升高。升高烧结温度、提高成球温度、添加铝矾土具有降低破碎率,提高体积密度与视密度的作用。添加铝矾土、在60℃成球、1300℃烧结的陶粒获得了最佳的性能,其体积密度为1.37 g/cm3,视密度为2.82 g/cm3,52 MPa下破碎率仅为4.2%。

基于煤加氢气化半焦制备Ni/碳基复合吸波材料及组成优化

利用煤加氢气化半焦作载体、其中的炭作还原剂与介电组分,采用硝酸镍溶液浸渍结合碳热还原工艺制备Ni/碳基复合微波吸收材料;研究磁性组分Ni负载量对复合物微观结构与性能的影响作用及相关机制。结果表明,通过改变复合物的碳含量、碳的石墨化程度以及引入界面与缺陷,调整Ni的负载量可以方便地调控复合物的电磁参数,从而实现良好的阻抗匹配。在碳热还原温度为700℃时,Ni负载量为20%的复合物显示了最优的微波吸收性能。在涂层厚度为2.5 mm条件下,其最低反射损耗可达−42.6 dB,相应的有效带宽为4.1 GHz;而在2 mm涂层厚度条件下,其有效带宽可达5.6 GHz。复合物中起主导作用的微波吸收机制是介电损耗,主要源于石墨化炭引起的漏导损耗及界面与缺陷引起的极化驰豫损耗。

回收利用煤矸石低成本制备Ni/C/CG复合型吸波材料

采用煤矸石(CG)作含碳载体、淀粉作补充C源、硝酸镍作Ni源,借助液相浸渍结合碳热还原工艺制备Ni/C/CG复合型微波吸收材料;研究碳热还原温度对材料组成、微观结构与性能的影响。结果表明,碳热还原温度会影响碳与Ni的结晶状态及Ni微粒大小,进而对材料的电磁性能特别是介电性能产生显著影响。得益于良好的阻抗匹配特性与强的微波衰减能力,在600−800℃较宽的温度范围内制备得到的Ni/C/CG复合材料均显示出优良的微波吸收性能。其中,800℃热处理样品的最低反射损耗可达−20.9 dB,相应的有效带宽为3.8 GHz(测试涂层厚度为2 mm)。介电损耗是主要的微波吸收机制,主要源于材料中石墨化的碳与Ni微粒所引起的漏导损耗及各组元间界面带来的界面极化损耗。

陶粒支撑剂的晶体生长和性能的研究

以煤矸石和铝矾土为主要原料,添加10 wt%长石作为烧结助剂,采用无压固相烧结工艺,在不同的温度下烧结制备了20/40目经济型陶粒支撑剂。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了陶粒支撑剂的物相组成和显微形貌,并研究了烧结温度对微观结构和性能的影响。实验结果表明,液相不仅加速了扩散速率,而且促进了莫来石晶粒的生成、发育长大。致密的结构和棒状莫来石都对强度很好的提升。当烧结温度为1 250℃、1 280℃时,在35 MPa闭合压力下的破碎率均低于9%的行业标准(SY/T 5108-2014)。

原位合成莫来石晶须增强碳化硅泡沫陶瓷

以碳化硅粉、氧化铝、高岭土为主要原料，采用有机泡沫浸渍法制备出碳化硅泡沫陶瓷坯体，经原位合成反应法在碳化硅泡沫陶瓷内生成莫来石晶须，研究反应温度对莫来石晶须合成的影响，以及莫来石的理论设计含量对泡沫陶瓷的抗压强度和抗热震性能的影响。结果表明：在1450℃下形成的莫来石晶须直径约为0．5-1．8μm，长径比约为8～30。当莫来石理论设计质量分数为25％时，泡沫陶瓷的抗压强度为1．76MPa，抗热震性能为15次。

Cr_2O_3对氧化钙陶瓷烧结过程的影响

研究Cr2O3添加剂对氧化钙陶瓷烧结性能的影响。结果表明:Cr2O3能促进氧化钙陶瓷烧结密度和抗水化性能的提高,并且随着添加剂含量的增加,陶瓷抗水化性能不断提高;提高烧结温度,能提高陶瓷密度和抗水化性能;在烧结过程中,生成的CaCr2O4为液相,连结CaO晶粒,促进陶瓷烧结,增大了陶瓷的烧结密度,CaCr2O4包裹在CaO晶粒表面,能大幅度提高陶瓷抗水化性能。

烧结温度对添加镁渣制备陶粒支撑剂性能的影响

采用山西阳泉铝矾土和煤矸石为主要原料,工业废弃物镁渣为添加剂,在1180～1350℃下烧结制备陶粒支撑剂。对比分析各温度下陶粒体积密度,视密度和破碎率的变化趋势,利用XRD和SEM对陶粒的物相及微观形貌进行了表征。探讨了烧结温度对添加镁渣制备陶粒支撑剂性能的影响,同时明确了最好性能陶粒支撑剂对应的最佳烧结温度。结果表明:烧结温度为1250℃时,陶粒支撑剂的体积密度为1. 39 g/cm^3,视密度为2. 84 g/cm^3,48 MPa闭合压力下破碎率为6. 87%,52 MPa闭合压力下破碎率为8. 64%。在该温度下,陶粒的性能较好,烧结致密度很高。