Sc_(2)O_(3)和Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)热障涂层陶瓷材料的组织结构与力学性能

质量分数为7±1%氧化钇部分稳定氧化锆(7YSZ)是广泛应用的热障涂层陶瓷材料。然而,其在1200℃以上长期服役存在相稳定性差、烧结加剧和力学性能下降等弊端。因此,本工作提出新型Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)协同掺杂ZrO_(2)热障涂层陶瓷材料,采用固相合成法制备了摩尔分数为7.5%Sc_(2)O_(3)-x%Y_(2)O_(3)-(92.5-x)%ZrO_(2)(x=0,0.1,0.2,0.3)陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)等手段,重点探究Y_(2)O_(3)掺杂含量对高温固相合成陶瓷材料的微观组织结构演变行为以及维氏硬度、断裂韧性、弹性模量和三点抗弯强度等力学性能的影响规律。结果表明:Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)陶瓷材料经1450℃×3.5 h高温烧结的致密度大于97%,主要由四方相结构组成,该材料的维氏硬度、弹性模量、断裂韧性和三点抗弯强度与传统8YSZ相当,分别为13~14 GPa,211~214 GPa,6.5~7.0 MPa·m^(1/2),520~850 MPa之间;断裂机制主要为穿晶断裂和沿晶断裂的混合方式,其中以穿晶断裂为主导。Sc_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合掺杂ZrO_(2)陶瓷可作为一种潜在的高温热障涂层陶瓷材料。

高比表面积3YSZ粉体注射成型工艺参数优化及制品力学性能

为解决高比表面积的3YSZ陶瓷粉末难以应用于注射成型工艺的问题,以比表面积为18 m^(2)/g的3YSZ陶瓷粉末为原料,以生坯质量为正交试验的评价标准,优化得到了最优注射参数,并对烧结制品的力学性能进行了研究。结果表明:参数影响力的顺序为注射压力>保压时间>注射速度>注射温度,适用于该粉体的最优注射参数为注射温度165℃,注射压力110 kg,注射速度为85 g/s,在70 kg下保压1 s。将使用该工艺得到的生坯脱脂后,于1350℃下烧结即可得到相对密度为98.5%,维氏硬度为13.42 GPa,断裂韧性为6.47 MPa·m^(1/2)的四方多晶氧化锆陶瓷。

铈钛共掺杂氧化锆致密扩散层极限电流型氧传感器

采用固相法制备铈钛共掺杂氧化锆Ce_(0.2-x)Ti_(x)Zr_(0.8)O_(2)(CTZ)(x=0.05,0.1,0.15)混合导体材料,以铈钛共掺杂氧化锆作为致密障碍层,10ScSZ作为固体电解质,制备了极限电流氧传感器。结果表示:Ce_(0.2-x)Ti_(x)Zr_(0.8)O_(2)(CTZ)在x=0.05,x=0.1时主晶相为四方相结构,x=0.15时大量单斜相存在;随着Ti掺杂量x的增加晶粒逐渐增大,在x=0.05时,Ce_(0.2-x)Ti_(x)Zr_(0.8)O_(2)材料的电导率最大;在测试范围内,氧传感器具有良好的极限电流平台。在810℃时,极限电流与氧浓度呈线性关系:IL(mA)=0.778+0.451x(O_(2))(mol%)R=0.997。在恒温810℃,含氧量在6%和16%之间来回切换时,测得传感器的响应时间曲线,得出氧传感器呈现良好的重复性。

Yb^(3+)、Er^(3+)共掺杂Sm_(2)Zr_(2)O_(7)陶瓷导热性能研究

为探究在Sm_(2)Zr_(2)O_(7)中A位掺杂Yb^(3+)和Er^(3+)对其导热性能的影响,采用固相合成法制备(Sm1-x-yYbxEry)_(2)Zr_(2)O_(7)(x=0.05,0.1;y=0,0.1)陶瓷材料,并对其物相结构及热物理性能测试。研究发现,改性后的(Sm1-x-yYbxEry)_(2)Zr_(2)O_(7)陶瓷材料为立方烧绿石结构。由于质量差和半径差的变化,声子散射增强,平均自由程减小,热导率降低,在600℃下,(Sm0.85Yb0.05Er0.1)_(2)Zr_(2)O_(7)的热导率为1.3 W/(m·K),Yb^(3+)和Er^(3+)的共掺杂可有效降低陶瓷材料的热扩散系数及热导率(RT~1000℃),可作为热障涂层候选材料。

固体废弃物制备多级孔沸石陶粒及吸附性能研究

以粉煤灰为主要原料,采用烧结活化-水热合成的工艺路线制备了装载有P型沸石的陶粒。采用XRD、SEM研究了合成条件对沸石化陶粒物相转变以及微观结构的影响。用多种动力学模型和等温吸附模型对陶粒的吸附过程进行了描述。结果表明,合成的最佳制备条件为:Na_(2)SiO_(3)添加量为6%,烧结活化温度1060℃,水热温度160℃,NaOH浓度2 mol/L。此时样品中主要含有P型沸石及少量未反应的莫来石,比表面积由沸石化前的0.277 m^(2)/g增加至16.775 m^(2)/g。陶粒对氨氮的吸附机理以离子交换为主,这也符合沸石的结构特点。由于合成过程简单、绿色,吸附性能显著,对工业应用具有很大的吸引力。

Yb掺杂CaZrO_(3)质子导体中氢扩散系数的确定

为研究Yb掺杂CaZrO_(3)体系质子导体的物化性能,以分析纯CaCO_(3),ZrO_(2)及Yb_(2)O_(3)为原料,经固相反应法在1873 K温度下烧结10h制备得到了Yb掺杂CaZrO_(3)质子导体电解质。利用电化学工作站分别测试了5%H_(2)O-95%N_(2)和5%D_(2)O(重水)-95%N_(2)气氛中电解质的阻抗,并获得了电阻弛豫曲线。采用自行设计的数学算法和计算机程序确定了不同温度下氢在电解质试样中的化学扩散系数。计算结果表明,在1073~1373K温度下,CaZr_(0.85)Yb_(0.15)O_(3)-α电解质中氢的化学扩散系数为1.24×10^(-6)~2.23×10^(-6)cm^(2)/s;而CaZr_(0.8)Yb_(0.2)O_(3-α)中氢的化学扩散系数为1.47×10^(-6)~6.67×10^(-6)cm^(2)/s。氢化学扩散系数与温度的关系式分别为D_(H)=1.60×10^(-5)e^(-22499/RT)和D_(H)=1.22×10^(-3)e^(-59509/RT),而对应的扩散激活能分别为0.62和0.23 eV。

石榴石型固体电解质及其界面问题的研究现状

全固态锂离子电池相较于液态电池而言,其能量密度更高,安全性更好,符合未来锂离子电池的发展方向,而固体电解质是该类型电池的关键组件。其中,石榴石型电解质锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO)因具有较高的锂离子电导率及与金属锂的良好兼容性,有望成为有机电解液的替代品。本文综述了该类型固体电解质的离子迁移机理,以及不同掺杂位点及掺杂剂类型对结构和电性能的影响,特别介绍了现阶段石榴石型固体电解质的致密化技术及机理,调研了LLZO界面改性方面的进展,对石榴石型固体电解质在锂离子电池中的应用进行展望。

铬酸镧基陶瓷的制备与电性能研究现状

铬酸镧基陶瓷具有优异的性能,在诸多领域内得到广泛的应用。致密的铬酸镧基陶瓷可作为高温固体氧化物燃料电池的连接体材料。本文综述了使用固相法、溶胶-凝胶法、燃烧及水热法等方法制备铬酸镧粉体的过程,分析了铬酸镧基陶瓷难致密化的原因,基于现阶段的制备方式总结了能实现致密化过程的多种新型烧结方式,同时调研了不同位置的掺杂改性及复合等方式在电性能改善方面的研究进展,最后对后续的研究发展方向进行了展望。

稀土氧化物掺杂对Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层材料热膨胀性能的影响

采用固相烧结法制备稀土氧化物(Gd_(2)O_(3),Er_(2)O_(3),Sc_(2)O_(3))掺杂钇铝石榴石(YAG)热障涂层材料.通过X射线衍射仪、扫描电镜和热膨胀仪研究掺杂离子种类、含量和掺杂位置对材料物相组成、微观形貌和热膨胀性能的影响规律.结果显示:阳离子半径小于Y^(3+)的Sc_(2)O_(3)掺杂YAG陶瓷材料热膨胀性能最优.当掺杂量x为0.6时,(Y_(0.4)Sc_(0.6))_(3)Al_(5)O_(12)陶瓷的平均热膨胀系数最大,约为12.34×10^(-6)K^(-1),比纯YAG陶瓷的平均热膨胀系数(~8×10^(-6)K^(-1))提高了约50%.

低温燃烧合成氧化钆掺杂氧化铈粉体

采用低温燃烧合成制备了Gd2O3掺杂CeO2(gadoliniadopedceria,GDC)纳米粉体。差热/热重分析结果表明,硝酸铈/柠檬酸凝胶的 点火温度约为230℃。探讨了有机还原剂、点火方式等对掺杂CeO2纳米粉体比表面积的影响。有机还原剂对粉体的比表面积有较大的影响, 当体系中同时添加柠檬酸、乙酸和乙二醇作为还原剂时,燃烧合成的CeO2粉体比表面积最大,为41.116m2/g。点火方式对粉体的比表面积影 响较小。在空气中于650℃焙烧2h后,掺杂CeO2粉体为立方萤石结构,晶胞常数为0.5430nm。

工业窑炉蓄热式换热器用莫来石质蜂窝陶瓷的研制

以高铝矾土、粘土、莫来石为主要原料 ,添加适量硅线石、红柱石和蓝晶石 ,用挤出成型法制备了蜂窝陶瓷。利用TG -DTA分析了在烧成过程中所发生的物理化学变化 ;X射线衍射分析结果表明 ,材料的主晶相为莫来石。

纳米(CeO_2)_(0.95)(GdO_(1.5))_(0.05)材料的制备与电化学性能

采用改进的氨水-双氧水法制备了纳米(CeO2)0.95(GdO1.5)0.05粉末,并利用TGA/DTA、XRD和TEM对粉末进行了表征。由TGA/DTA分析曲线可知,粉末在621℃完全转化为晶态(CeO2)0.95(GdO1.5)0.05;XRD分析表明,粉末样品为萤石结构,计算得粉末的粒度为5.23nm,晶胞常数为0.5406nm;由TEM照片可以看出,粉末呈软团聚状,颗粒细小均匀,粒径分布在5～10nm范围内,与XRD的分析计算结果基本一致。用SPS法制备了纳米(CeO2)0.95(GdO1.5)0.05固体电解质材料,采用交流阻抗法测试其电导率,晶格电导率为1.32E-3S/cm,晶界电导率为0.24E-5S/cm,与普通材料相比,纳米材料的晶格电导率提高了两倍,晶界电导率提高了100多倍,但晶界电导仍小于晶格电导,即晶界仍然是阻抗性的。

Sm_2O_3掺杂CeO_2纳米粉体的烧结动力学

对Sm2 O3掺杂CeO2 纳米粉体的烧结性能进行了研究 ,得出等速烧结过程中试样的线收缩率、密度、气孔率随烧结温度的变化规律 ,它们随烧结温度的变化均呈“S”型曲线关系 ,利用非线性回归了等速烧结过程动力学方程。结果表明 ,Sm2 O3掺杂CeO2 纳米粉体的烧结过程分为 3个阶段 ,当烧结温度低于 10 0 0℃时 ,线收缩率与密度变化较小 ,处于烧结的初期 ;在 10 0 0～ 14 0 0℃时 ,随着烧结温度的升高 ,线收缩率与体积密度急剧增大 ,材料开始烧结并致密化 ;当烧结温度高于 14 0 0℃时 ,线收缩率与体积密度趋于一恒定值 ,材料已经致密化。由归一化速率方程可知 ,在T =12 2 5℃时 ,材料的烧结致密化速率最大。

氧化锆基热障涂层材料掺杂改性研究进展

热障涂层作为燃气轮机和航空发动机设计和制造过程中不可缺少的一项关键技术,起着降低叶片温度、提高发动机工作效率和延长使用寿命的重要作用,目前应用最为广泛的为氧化锆基热障涂层。本文系统的总结了近年来不同元素掺杂对氧化锆基热障涂层及陶瓷材料改性的研究,特别是在相稳定性、热物理性能和力学性能等方面的研究进展,并对其未来研究与发展方向进行了展望。

Gd2O3掺杂CeO2-δ固体电解质的电化学性能研究

利用交流阻抗技术(EIS)测试了Gd2O3掺杂CeO2-δ固体电解质的电导率.当测试温度低于695℃时,阻抗谱由2个变形的半圆弧组成;而高温时仅有1个变形的半圆弧.固体电解质的晶格电导率、晶界电导率和总电导率与测试温度的关系服从Arrhenius公式.材料的电导率随成型压力的增大先增大,然后减小.随烧结温度的升高,材料电导率是升高的.

氧化铝超细粉末的烧结特性

研究了用 Sol Gel法制备的氧化铝超细粉末的烧结特性。着重于研究烧结温度和烧结时间对氧化铝超细粉末烧结特性的影响。烧结温度是影响原子 (或离子 )扩散系数的重要因素 ,随着烧结温度的提高 ,试样的烧结收缩率和密度均是增加的。烧结时间也将影响试样的烧结密度 ,随烧结时间的延长 。

(Sm_2O_3)_(0.04)(Gd_2O_3)_(0.06)掺杂CeO_2纳米粉体的制备与表征

以Sm2O3、G d2O3与C e2(CO3)3.nH2O为原料,采用改进的沉淀法制备了二元稀土(Sm2O3)0.04(G d2O3)0.06掺杂C eO2纳米粉体。测定了pH值对0.80C e(OH)4.0.08Sm(OH)3.0.12G d(OH)3水溶胶体系Zeta电位的影响。pH值约为7.0时,体系的Zeta电位为0,即体系的等电点(IEP)为7.0。pH值为10.0时,Zeta电位达到最大值-18.5mV,说明此时该体系的稳定性最好。DTA/TG热分析表明,0.80C e(OH)4.0.08Sm(OH)3.0.12G d(OH)3粉体的热分解温度约为232℃。由粉末XRD分析可知,经750℃焙烧的二元稀土掺杂C eO2粉末为立方萤石结构,说明Sm2O3与G d2O3已完全固溶到C eO2中,形成了C eO2基固溶体。由TEM照片可以看出,粉末具有良好的分散性,呈软团聚状态,粒径在5nm^10nm之间。经BET测试计算的平均颗粒尺寸为11nm,与TEM结果是一致的。

稀土氧化物LnO_(1.5)掺杂CeO_(2-δ)固体电解质的缺陷与电导率

利用缺陷化学的知识,对定量求解稀土氧化物LnO1.5掺杂CeO2-δ固体电解质中氧离子空位的浓度进行了初步探讨。在此基础上,推导出了该固体电解质的离子电导率和电子电导率的表达式。并且得出了计算CeO2的公式,利用该公式对两个问题进行了简单分析。

极限电流型氧传感器研究进展

极限电流型氧传感器,无参考气体,氧浓度范围广。由于极限电流型氧传感器需要在850℃以上的高温环境中工作,材料之间的热膨胀系数不匹配。本文综述了极限电流型氧传感器的电解质材料和致密障碍层材料,对极限电流型氧传感的发展趋势和需要解决的问题提出了建议。

含碳耐火材料的热扩散系数

为获得含碳耐火材料的基础热数据,利用激光脉冲法测试了7种连铸用含碳耐火材料的热扩散系数。结果表明:连铸用含碳耐火材料的热扩散系数随温度的变化呈指数降低,并满足关系式α=B+Aexp(-T/D)。含碳耐火材料热扩散系数与材料的组成和结构有关,石墨含量对热扩散系数影响最为显著,材料的热扩散系数随石墨含量的增加而增大;另外含碳耐火材料中氧化物的组成也会影响材料的热扩散系数。