一维β-SiAlON材料可控合成

以si粉、A1粉和A1203粉为原料压制成条样，在1650～1850K氮气和埋si3N4颗粒气氛下分别合成了β-SiAlON晶须、带状和柱状晶，并系统研究了一维β-SiAlON材料可控合成条件，进而结合热力学分析了一维β-SiAlON材料的生长机制。结果表明：以si粉、Al粉和A1203为原料，在氮气（纯度99．9％）和埋Si3N4颗粒气氛下在1650-1850K保温6h，可以合成不同形貌的一维D．SiAlON材料。生长温度是一维β-SiAlON材料形貌控制的关键因素。生长温度为1650K时，合成了β-SiAlON晶须，晶须直径200,-400nlTh长径比100~1000；生长温度在1700--1800K时，可以合成β—SiAlON带状晶体，厚度为200mTl，宽度为l~4凹1，长宽比在10-20之间；生长温度升高至1800K时，出现大量柱状晶体。结合晶须显微结构形貌和热力学分析，B．SiAlON晶须的生长机制为气-固（VS）生长机制。

不烧Al-Si复合低碳Al_2O_3-β-SiAlON材料的抗氧化性能

采用大试样高温热重分析仪研究了不烧Al-Si复合低碳Al2O3-β-SiAlON材料（MAC-F）的抗氧化性,并与Al-Si复合不烧铝碳滑板材料（MAC-S）进行了比较。结果表明（1）两种材料在250-1100℃氧化时的质量变化规律相似,在500℃以前均处于质量损失状态;从500℃开始试样处于质量增加状态,500-1100℃之间两种材料质量变化率的增加量差别不大;1100℃以上材料MAC-S的质量变化率的增加量明显提高,而材料MAC-F质量变化率的增加量稍有降低。（2）1500℃氧化后,材料MAC-F质量增加率明显低于材料MAC-S的,氧化层很薄,厚度仅0.5mm。材料MAC-F的氧化层中有较多的短柱状莫来石晶体,均匀地分布在刚玉骨架结构的空隙中,形成致密的结构,对氧气进入材料的内部起到了阻碍作用。其氧化层表面覆盖着一层由莫来石和少量玻璃相组成的光滑薄膜,更有效阻碍了氧气向内部的渗透。因此,材料MAC-F与材料MAC-S相比,抗氧化性能更为优异。

复合还原剂合成β-Sialon材料的研究

选用低品位的铝土矿(Al2O3含量为68wt%)利用复合还原剂碳/硅、碳/铝、铝/硅还原氮化合成β-Sialon。计算试样烧成后的质量变化率,利用检测仪器XRD、SEM、EDS,化学分析法,研究了三种复合还原剂还原氮化低品位铝土矿合成β-Sialon的反应过程、显微结构和相对含量。结果表明:利用三种复合还原剂还原氮化合成β-Sialon材料的机理、生成β-Sialon的相对含量、结晶形貌、生产成本均不同;反应基本结束的温度均为1500℃,生成z值为3左右β-Sialon;工业生产中利用碳/硅复合还原氮化低品位铝土矿合成β-Sialon材料较理想。

不同Z值β-Sialon材料的氧化动力学研究

采用非等温动力学方法对反应烧结制得的不同配方Z值β-Sialon材料的氧化行为进行了研究.并得到:各配方Z值β-Sialon,在800℃～900℃开始氧化,1000℃～1360℃为快速温度段,1400℃～1480℃为慢速氧化温度段.表面的氧化膜对材料的氧化有保护作用.不同配方Z值β-Sialon氧化初期为化学控速阶段,方程为lnTdW/dT=ln(A0Po 2ZC/Rα)-Ec/RT,试样氧化反应的表观活化能在238 kJ～285kJ之间;试样的氧化后期为扩散控速阶段,其方程为lnT(W-W0)dW/dT=lnZdA02pPo 2/Rα-ED/RT.试样的氧化反应的表观活化能在286 kJ～390 kJ之间.各配方Z值β-Sialon的抗氧化能力随着Z值增大而呈增强的趋势.

多因素耦合作用下合成β-sialon材料的工艺优化

以粘土矿物为主要原料,采用碳热还原氮化工艺制备出高品质βsialon陶瓷粉体,并对多因素耦合状态下材料合成的工艺优化,微结构与相组成以及热力学反应机理作了系统研究。理论分析与实验结果均表明:随着合成温度的增加,产物中物相经历了O′,X相(中间杂相)→β相→15R,12H的sialon多型体与Si3N4和AlN的一系列相转变,导致合成工艺的复杂性。正交设计实验结果分析表明:控制保温时间和合成温度,是获得高含量长柱状βsialon的有效途径;通过模式识别能快速寻找出性能优化区域,1500℃保温5h可以获得单一sialon相。结合逆映照与人工神经网络技术,可对所需要的新工艺参数进行预报。

高岭土插层材料制备β-Sialon材料

以天然产物—高岭土原土和插层高岭土为原料,尝试在相对较低合成温度和对设备要求更简单的条件下制备β-Sialon粉体。试验结果表明,两种样品在1000℃±经碳热还原、氮化反应合成出了β-Sialon晶须,产物含有莫来石和方石英等杂质;以高岭土为原料合成出的β-Sialon粉体的Z值较低,且生成物中还含有氮化硅。在反应条件相同的情况下,以插层高岭土为原料合成β-Sialon的反应进行得较完全。

微晶β-SiAlON材料的制备

以原料配比(w):硅粉39.4%、金属铝粉12.7%、氧化铝粉47.9%为基础配方进行配料,分别经1 300、1 350、1 400、1 450、1 500℃保温3 h或5 h氮化反应制备β-SiAlON材料。研究了Fe2O3烧结助剂、煅烧温度和保温时间对制备β-SiAlON材料的体积密度、耐压强度、物相组成和显微结构的影响。结果表明:添加2%(w)的Fe2O3,提高煅烧温度和延长保温时间,都有助于烧结的进行。添加2%(w)的Fe2O3作烧结助剂,在N2气氛中于1 500℃下保温5 h烧成试样的耐压强度达到85.44 MPa,体积密度达到2.92 g·cm-3,以β-SiAlON为主晶相,晶粒发育良好,呈棱柱状,直径大约1μm,长度大约2μm,且分布比较均匀。

高温氮化法制备z=3的β-Sialon材料

以Al2O3粉、Al粉和Si粉为主要原料,经高温氮化反应制备β-Sialon材料。研究了TiO2烧结助剂、烧结温度和保温时间对制备β-Sialon材料的影响。结果表明,添加TiO2作烧结助剂,在N2气氛中于1500℃保温5h后烧成的试样耐压强度达到76.94MPa、体积密度达到2.86g/cm3;试样以β-Sialon为主晶相,晶粒发育较好,呈棱柱状,直径约为1μm,长度约为2μm,且分布比较均匀,提高了材料的强度。

SiO_(2)微粉加入量对β-SiAlON-SiC材料性能的影响

在保证承烧锂电池三元正极材料匣钵用β-SiAlON-SiC材料抗碱性的前提下,以SiC颗粒和细粉、Si粉、Al粉、α-Al_(2)O_(3)微粉等为原料,采用高温氮化法制备β-SiAlON-SiC材料,研究了SiO_(2)微粉加入量(外加质量分数分别为0、1%、2%、3%)对β-SiAlON-SiC材料的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、高温抗折强度、物相组成、抗碱性的影响。结果表明:1)在β-SiAlON-SiC材料中添加SiO_(2)微粉可以降低其显气孔率,显著提高其常温抗折强度和高温抗折强度;2)添加SiO_(2)微粉不会影响Si粉和Al粉的氮化效果,但会影响Al_(2)O_(3)在Si_(3)N_(4)中的固溶度和β-SiAlON的生成量;3)SiO_(2)微粉的最优添加量为1%(w),所得试样的抗碱性明显优于未添加SiO_(2)微粉试样的。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

煤矸石在土木工程材料中的应用研究进展

煤矸石作为煤基固废系列的重要成员,其资源化利用一直是煤基固废的热点研究方向。多年来,在研究人员和工程技术人员的共同努力下,我国煤矸石资源化利用技术水平与利用效率均得到大幅提升,在多个领域(能源、化工、土木工程)成功实现了煤矸石“由废变宝”的转化过程。特别地,土木工程材料领域兼具“大体量”特点和“多元固废协同处置”等技术优势,成为大宗消纳煤矸石的中坚领域。本文综述了煤矸石作为胶凝材料/辅助胶凝材料和骨料在水泥混凝土、地质聚合物、道路工程及地下工程等方向的最新研究进展,总结并对比了煤矸石用作不同组分时的技术要点、难点及对应的质量控制措施和改性增强手段等。然而,矸石建材化的同时也容易导致矸石内部的“有价资源”未得到充分利用;矸石构筑物的长期耐久性和环境影响监测等工作也亟待补充。综上,受煤矸石理化性质、矸石资源化利用技术水平、经验及政策扶持力度等区域化差异因素的影响,煤矸石原料在用于多类型建材制品的生产过程中依然缺少因地制宜、明确且规范的分类管理和分级处置方法,“多领域技术-规范-政策”的逐步发展、完善和有机结合是今后建立高效有序的矸石建材市场及产业链的关键所在。

相变储能材料在建筑围护结构领域的应用及研究进展

相变材料(PCM)具有结构稳定性好、高储能密度、可控相变温度、较大的相变潜热以及出色的储热能力,被用作建筑物中有效的潜在储能元件,以改善由温室气体排放引起的严重环境问题,可有效地减缓燃料和电能消耗,同时在建筑围护结构中保持舒适的环境,最大限度地减少温度波动。简述相变材料的分类及其选取,相变材料的封装工艺,重点介绍了相变储能材料在围护结构领域的研究与应用,指出了影响相变围护结构效率的因素,对其未来的研究方向进行了展望。

赤泥脱碱活化及在胶凝材料中的应用

总结了目前赤泥在脱碱、活化方面的研究现状,分析对比了各方法的优势以及存在的问题,综述了国内外赤泥在胶凝材料中的应用研究,在赤泥资源化应用方面具有积极引导意义。

功能材料领域研究生多学科交叉融合培养探索与实践

面向高质量的资源保障和人民群众的美好生态环境需要,积极探索新时代功能材料领域研究生的培养模式,向社会输送大批具有家国情怀、多学科交叉融合、能解决重大问题的创新人才显得尤为重要。通过将思想政治工作贯穿教育全过程,树立材料学科自信,实现“立鸿鹄志、做奋斗者”的价值塑造;强化矿物资源、环境、材料等多学科交叉,以及科教、产教融合,实现“人才培养链”与“科研创新链”双链合一;以重点科研项目为载体,引领研究生全程实践,提高科研综合素质;着重培养学生的创新精神、创新能力、实践能力,全力培养学术创新精英和产业创新领袖,形成多学科交叉融合培养功能材料领域研究生的模式。该培养模式已经取得良好的人才培育效果。

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

可重复使用热防护材料研究进展

具有轻量化、耐高温、高抗损伤、重复使用、易于维护等性能的热防护材料是空天往返飞行器的关键材料,影响飞行器的先进性、可靠性、维护性和经济性。本文针对可重复使用飞行器机身大面积、头锥、翼前缘以及控制面等部位所需的热防护材料,综述了刚性隔热瓦、柔性隔热毡、抗氧化C/C、C/SiC、TUFROC等可重复使用热防护材料的发展历史、研究现状及在飞行器上的应用情况。总结了高温服役过程中典型热防护材料的损伤及性能衰减行为,并提出以材料损伤为基础,研究材料的可重复使用性能及寿命预测方法。最后,提出研制高性能可重复使用热防护材料、发展热防护材料可重复使用理论方法与标准、建立可重复使用热防护材料数据库是该领域今后需要重点关注的方向。

纳米材料在食品重金属离子快速检测中的应用研究进展

纳米材料因具有比表面积大、良好稳定性、特殊的结构、易于修饰、良好的生物相容性等优点,已被广泛应用于食品中重金属离子检测领域。文章重点综述了碳纳米管、石墨烯、碳量子点、金属有机骨架、纳米酶等纳米材料在食品中重金属离子检测方面的研究与应用现状,并展望了纳米材料在食品中重金属离子检测领域面临的挑战和应用前景。

工业固废基材料用于污染治理领域的研究进展

工业固废富含硅铝等有价值组分,且具有潜在胶凝性能,通过预处理、水热合成、碱融、碱激发、烧结等方式可将其制成吸附过滤材料。本文综述了近年来工业固废基材料用于重金属污水、印染废水、含油废水治理等领域的研究进展,总结了工业固废基沸石分子筛、地聚合物及陶瓷膜的制备/改性方法以及对污染物的吸附过滤机理及应用效果,并提出了工业固废基材料在未来应用中面临的问题,对其未来发展方向进行了展望。

多孔基供暖复合相变材料的应用研究进展

介绍了相变材料的分类、选择及封装载体,阐述了多孔基相变材料在供暖领域的应用进展。应用研究表明,将相变材料应用于建筑围护结构可以稳定室温波动,减少供暖负荷,降低能源消耗。将相变材料与供暖装置相结合,可以有效提高供暖效率,减少热损失,降低碳排放。被动蓄热和主动供暖系统结合具有更好的供暖效果,二者的最佳优化组合具有重要的研究意义和应用前景。

超声检测在复合材料挖补修理结构缺陷检测中的应用

挖补修理是复合材料结构最常用的修理方法。伴随挖补修理技术的发展,修理后结构的强度评估与损伤检测等问题亟待解决。以挖补修理后的层压板结构为例,对其可能产生的缺陷类型进行归纳,对各种类型缺陷的超声特征信号进行分析总结,将超声特征信号和修理工艺特点互相比对验证,为此类结构缺陷超声检测完整判据的建立提供数据积累。