双辊铸轧工艺制备连续碳纤维增强铝基复合材料的研究

连续碳纤维增强铝基(CCF/Al)复合材料具有高比强度、低密度、良好的传热性以及低热膨胀系数等诸多优良的特性,在航空材料、汽车制造、电子设备和工业生产等领域均具有广阔的应用前景。对连续碳纤维表面涂层的制备方法进行了讨论,并总结了近年来CCF/Al复合材料的主要制备工艺、重要研究成果以及存在的问题;重点阐述了采用双辊铸轧工艺制备CCF/Al复合材料的研究结果,具体包括搭建的实验设备、改性后碳纤维的性能、所制备复合材料的组织结构及强化机理;讨论了该工艺目前存在的主要问题,并对其发展前景进行了展望。

V_(2)O_(5)对镁铝尖晶石质陶瓷材料烧结性能的影响

为探究添加剂对镁铝尖晶石陶瓷材料烧结性能的影响及作用机理,以MgO和Al_(2)O_(3)为主要原料,V_(2)O_(5)为添加剂,采用固相烧结法合成镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))陶瓷材料。Al_(2)O_(3)、MgO质量比为2.55∶1,在体系中引入质量分数分别为1%、3%、5%、7%的V_(2)O_(5),分析烧结后试样的物相组成、微观形貌、显气孔率及力学强度。结果表明,当V_(2)O_(5)添加量低于5%时,V_(2)O_(5)与MgAl_(2)O_(4)晶体固溶,优先取代Al^(3+),添加量高于5%时,进而取代Mg^(2+),发生缺陷反应,降低扩散阻力,显著增强体系中离子的互扩散速率,促进MgAl_(2)O_(4)的反应烧结及晶体发育,但过量添加V_(2)O_(5)会导致V^(5+)来不及进入晶格而分布于MgAl_(2)O_(4)晶界处,反而阻碍了质点的迁移和扩散,抑制烧结过程,从而不利于提高烧结性能。

不同保温工艺对莫来石刚玉陶瓷的影响研究

为探究不同保温工艺对莫来石刚玉陶瓷的性能影响,以铝矾土和煤矸石为原料,按照60%铝矾土和40%煤矸石的质量比混料制备A_(3)S_(2)(3A_(l)2O_(3)·2Si O_(2))/A_(l)2O_(3)陶瓷胚体。采用高温段恒定保温和高低温段分段保温的保温方式烧结制备莫来石刚玉陶瓷,对比分析制得陶瓷样品的体积密度、气孔率和抗折强度的变化趋势,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对陶瓷样品的物相及微观形貌进行表征。结果表明,高低温分段保温制得的A_(3)S_(2)/A_(l)2O_(3)陶瓷性能优于高温段恒定保温制备的陶瓷性能,当高温段为1350℃时,A、A1、A2保温工艺制得的试样抗折强度分别为37.86、68.52、79.86 MPa,A1与A2的抗折强度远高于A。这是因为低温段恒定保温可使原料中的吸热反应进行完全,矿物充分转变为氧化物在高温段进行固相反应,使陶瓷性能更优,其中A2试样性能最优,当高温段为1350℃时,A2试样体积密度为2.23 g/cm^(3),气孔率为0.26%,抗折强度为79.86 MPa。

固定烧结温度下制备陶粒时煤矸石掺入量研究

为了对固定烧结温度下制备陶粒支撑剂时煤矸石的掺入量展开研究。本文以山西阳泉铝矾土为主要原料,工业废弃物煤矸石为添加剂,按照铝矾土煤矸石的质量比为7:3、6:4、5:5、4:6的比例分别混料,根据前期研究结果,选取1300℃的烧结温度烧结制备陶粒支撑剂,对比分析各配比下陶粒的体积密度、视密度和破碎率的变化趋势,并用XRD和SEM对陶粒的物相及微观形貌进行表征,结果表明:在本文的实验条件下,满足工业标准的煤矸石最大掺入量为50wt%,此时,35MPa闭合压力下破碎率为9.12%。掺入30wt%煤矸石时,制备的陶粒性能最好,此时陶粒支撑剂的体积密度为1.2881g/cm^(3),视密度为3.2485g/cm^(3),35MPa闭合压力下破碎率为7.91%。

粉煤灰基多孔陶瓷的制备及性能研究

为实现粉煤灰高附加值利用,以粉煤灰、铝矾土为主要原料,淀粉作为造孔剂,原位烧结制备了多孔陶瓷。研究了烧结温度和淀粉添加量对粉煤灰基多孔陶瓷体积密度、显气孔率及抗折强度等性能的影响,并利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其物相组成和微观结构进行表征。结果表明,当淀粉添加量为20%、烧结温度在1200~1350℃范围,造孔效果较好,得到的多孔陶瓷体积密度在1.42~1.54 g/cm^(3)范围,显气孔率较高,稳定在50.55%左右,抗折强度在11.01~29.19 MPa范围。同时,较宽的烧结温度范围有利于工程化批量生产。多孔陶瓷的主要晶相为莫来石、刚玉和方石英,当烧结温度升高至1350℃,方石英完全消失,主要转化为莫来石和生成液相。

硅灰低温制备多孔陶瓷的可行性研究

在碳中和背景下,固废资源化利用和低温烧结对降低碳排放具有重大意义。笔者以硅灰为原料,锰粉为添加剂,淀粉为造孔剂低温制备了多孔陶瓷,测试了其体积密度、显气孔率以及抗折强度,并利用XRD和SEM对其物相组成和微观结构进行表征。结果表明:添加锰粉有利于降低多孔陶瓷的烧结温度,其主要晶相为石英、方铁锰矿和锰铁氧化物。综合物理性能、固废利用率和生产成本等因素综合考虑,添加20%锰粉、烧结温度范围为600~700℃制备多孔陶瓷为宜,多孔陶瓷体积密度范围2.2~2.27 g/cm^(3),显气孔率为32.8%~33.3%,抗折强度为11.74~12.9 MPa。

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。

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。

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。

核壳结构Fe-Fe_3C@C微波吸收材料的制备及性能研究

采用水热法原位聚合Fe^(3+)/C_6H_(12)O_6结合高温碳化制备了Fe-Fe_3C@C复合微波吸收材料;通过X射线衍射、透射电子显微镜、矢量网络分析仪对样品的物相、微观形貌及吸波性能进行测试分析。结果表明,磁性颗粒Fe-Fe_3C被厚约10 nm的石墨碳包覆形成核壳结构,材料具有高的比表面积205.5m^2·g^(-1)与低的表观密度2.97 g·cm^(-3).其吸波性能优异,当涂层厚度为2.5 mm时,其最小反射损耗(RL)达到最低值-14.2 dB,主要归因于复合物有效的阻抗匹配特性及多重界面极化效应。Fe-Fe_3C@C复合材料优异的性能使其有望作为一种潜在的轻质微波吸收材料。

利用固废煤矸石制备Fe/C/Mullite-基陶粒复合型吸波材料

采用煤矸石与铝矾土作原料制备莫来石(Mullite)基陶粒;以陶粒为载体、硝酸铁为Fe源、葡萄糖为C源,借助液相合成技术结合氩气气氛中900℃焙烧制备Fe/C/Mullite-基陶粒复合型吸波材料。研究发现,在该颗粒状复合材料中,具有一定石墨化程度的C以层状覆盖于陶粒表面,Fe微粒较为均匀地嵌在C层的网格内。Fe微粒与石墨化C层引起的电导极化以及各组元间接触引起的界面极化均会产生明显的介电损耗,赋予材料优良的微波吸收性能。当初始溶液中硝酸铁浓度为0.1 mol/L时,样品FeCM-0.1在14.6 GHz频率处的反射损耗达到最低值−13.9 dB,有效带宽为3.6 GHz(对应的测试涂层厚度为2 mm)。

利用固废煤矸石制备陶粒支撑剂的研究

为了降低支撑剂的生产成本,利用煤矸石制备出莫来石基陶瓷支撑剂。实验主要涉及强力混合机内支撑剂的成球造粒工艺和后续不同温度下的烧结过程。通过研究所制备陶粒支撑剂的物相组成、微观结构、密度及破碎率发现:随着烧结温度的升高,支撑剂主要物相转变为棒状莫来石,并形成交联穿插结构,有助于提高支撑剂的致密度,从而造成在35 MPa闭合压力下支撑剂的破碎率呈下降趋势,当温度为1 450℃时,破碎率达到最低值6.76%。由于制备工艺简单,设计可行,支撑剂性能良好,因此,合理开发利用固废煤矸石制备陶粒支撑剂具有较好的应用前景。

煤矸石掺量对陶粒支撑剂性能的影响

以铝矾土和煤矸石为主要原料,通过调整二者质量比(1:1,2:3和3:7),经造粒成球、不同温度烧结制备得到陶粒支撑剂。结果表明:当煤矸石掺入量为60%(质量分数)、35 MPa闭合压力下,满足破碎率行业标准的烧结温度范围为1 250～1 450℃,在该温度区间内,随着烧结温度的升高,样品的结晶相转变为棒状莫来石相,形成一种致密的网状交联结构,进而提高了陶粒支撑剂的抗破碎能力;当烧结温度为1 450℃时,体积密度及视密度分别为1.49和2.76 g/cm^3,破碎率指标达到最低值3.0%,证实利用煤矸石替代铝矾土可以制备出用于煤层气井开采用的陶粒支撑剂。