气体流量对磁控溅射氮化镍薄膜对电极性能的影响

目的:开发性能卓越、成本经济的对电极,优化氮化镍薄膜制备工艺。方法:使用直流磁控反应溅射技术探究气体(氮气、氩气)流量对薄膜对电极的性能及组装成染料敏化太阳能电池的光电转化效率的影响。利用X射线衍射仪分析薄膜物相组成、紫外-可见分光光度计对薄膜透光度进行分析、太阳光模拟器和数字源表测定电池的光电转换效率。结果:氮化镍薄膜为四方相Ni2N物质,在通入固定Ar流量(16 mL·min^(-1))的条件下,电池光电转换效率随N2通入量的增加而增加;在通入固定N2流量(10 mL·min^(-1))的条件下,电池光电转换效率随Ar通入量的增加而减小,未通入Ar时为最优(η=2.87%),这与Ar流量为16 mL·min^(-1)、N2流量为10 mL·min^(-1)条件下的电池光电转换效率非常接近,但制备成本更低。此时薄膜透光率接近40%,满足将其作为半透明光伏窗以实现绿色低碳建筑的要求。结论:半透明光伏窗不仅具备窗户的采光功能,还能通过光伏组件发电以降低能耗,为染料敏化太阳能电池和光伏建筑一体化技术相结合提供了可能性,具备较大的节能潜力。

38 CrMoAl钢真空电磁感应快速渗氮动力学研究

为提高渗氮速率,明确氮化动力学机制,采用真空电磁感应渗氮技术研究38 CrMoAl钢在NH_(3)介质下的渗氮动力学过程。以显微硬度值550 HV_(0.025)对应的深度作为渗氮层评价指标,通过一种新的气固反应动力学模型对38 CrMoAl钢在温度为530~590℃范围内氮渗氮动力学行为进行研究。结果表明:38 CrMoAl钢在530~590℃范围内的真空电磁感应渗氮过程主要是受内扩散所控制,表观活化能E为76.736 kJ/mol。通过模型预测了各因素(活性氮浓度、温度、目标渗氮厚度等)对其渗氮反应分数ξ、特征时间t_(c)和转化速率dξ/dt的影响规律,发现增加活性氮浓度和反应温度均能提高渗氮转化过程中的反应分数和反应速率,其中温度的影响比浓度大;随着目标渗氮厚度的增加,反应所需的特征时间迅速增加;转化速率在不同条件下均随时间的增加而急剧降低。

添加籽晶对合成立方氮化硼单晶的影响

采用Li3N、Ca3N2作为触媒,在高温高压（HPHT）条件下合成立方氮化硼（c BN）单晶,合成过程中通过加入籽晶的方式获得c BN单晶。通过改变籽晶的加入量和粒度,研究籽晶对合成c BN单晶产量的转化率、大颗粒单晶（30/50目）比例以及单晶静压强度等性能的影响;利用扫描电子显微镜对在不同条件下合成出的单晶颗粒形貌进行观察和对比。结果表明,在HPHT下,添加3wt‰的270/325目的籽晶合成出的c BN单晶尺寸为0.5 mm左右,且c BN单晶晶形规则,晶面多为（111）和（110）面,缺陷较少;30/50目的 c BN单晶的静压强度为44.5~48.2 N;合成c BN单晶的粒度整体提高。在Li3N-h BN体系中,添加270/325目籽晶合成c BN单晶产量的转化率为45.5%;添加100/120目的籽晶合成c BN单晶的大颗粒单晶（30/50目）的转化率达60.3%。在Ca3N2-h BN体系中合成c BN单晶的效果较差一些。

含LiAlO2-Y2O3复合助烧剂的氮化硅陶瓷低温致密化研究

以高α相含量的Si3N4粉体为主要原料,LiAlO 2-Y2O3作为复合助烧剂,在无压条件下烧结Si3N4陶瓷,研究了LiAlO2-Y2O3助烧剂体系对Si3N4陶瓷烧结致密化过程、相变过程和显微结构的影响。结果表明:LiAlO2-Y2O3助烧剂对Si3N4陶瓷致密化温度的降低和相转变速率的提高有明显作用,在1500℃有低共熔点液相LiAlSi 3O 8生成,且α-Si3N4向β-Si3N4的相转变开始进行,埋碳烧结时被氧化部分为试样表面。在LiAlO2-Y2O3助烧剂体系中,对Si3N4陶瓷低温致密化起主导作用的是LiAlO 2,当LiAlO 2加入量为8%(w)时试样的相对密度达到98.1%,且可以得到发育良好的柱状β-Si3N4晶粒。而Y2O3对α-Si3N4向β-Si3N4的相转变速率有明显提高,随着Y2O3加入量的增加,β-Si3N4转化率随之提高。当Y2O3加入量为8%(w)时β-Si3N4转化率达到91%。

LiAlO2为烧结助剂低温无压烧结制备致密Si3N4陶瓷

以高α相含量的Si3N4粉体为主要原料,LiAlO2作为烧结助剂,在1650℃无压烧结制备Si3N4陶瓷。研究LiAlO2烧结助剂含量(质量分数分别为6%、9%、12%、15%、18%)及保温时间(1、4、7、10 h)对Si3N4陶瓷试样的线收缩率、质量损失率、相对密度、相组成以及显微结构的影响。结果表明:LiAlO2能够显著降低Si3N4陶瓷的致密化温度。随着LiAlO2含量的增加,试样的相对密度先增大后减小,烧结助剂含量为12%(w)时相对密度达到97%以上。而β-Si3N4转化率随着LiAlO2含量的增加而升高。LiAlO2含量为12%(w),保温时间为4 h时,试样的相对密度达到最高。随着保温时间继续延长,相对密度略有降低。但β-Si3N4转化率则随着保温时间延长而不断升高。

地沟油对页岩油碱性氮化物的抑制性研究

为了提高地沟油的有效再生利用率,同时抑制页岩油中碱性氮化物在加工过程中对催化剂的毒害作用,采用向页岩油中添加地沟油的方法,使得碱性氮化物与地沟油中的高级脂肪酸结合形成中性络合物。通过正交实验考察了地沟油质量分数、反应温度和反应时间等因素对碱性氮化物抑制率和转化率的影响,并采用电子顺磁共振(EPR)技术对结果进行验证。结果表明,当地沟油质量分数为40%、反应温度为80℃、反应时间为20 min时,抑制率及转化率达到最高,分别为74.06%、56.77%。添加地沟油能够有效降低页岩油中的氮自由基含量,对碱性氮化物具有较好的抑制作用,同时为地沟油制备液体燃料提供了新的方法。

水浸对电解铝二次铝灰中氮化物的影响研究

为了脱除电解铝二次铝灰中的氮化物,实现二次铝灰的回收再利用,有必要探索二次铝灰中氮化物在水浸过程的转化规律。本文首先对二次铝灰进行成分分析和物相检测,查明二次铝灰中氮化物的含量和赋存状态,然后设计单因素试验,研究时间、温度、液固比和粒度等因素对二次铝灰水浸过程氮含量的影响规律,最后对水浸二次铝灰进行物相分析,探讨二次铝灰中的氮化物在水浸过程的反应机理。结果表明,在一定的温度范围内,温度对氮的转化率有促进作用;氮的转化率随着液固比的增大而增大;粒度对氮的转化率没有明显影响;90 ℃温度下,在4 h内,氮化铝的水解过程基本上达到终点;氮化铝水浸后生成氢氧化铝。

氮气压力对锰球氮化反应的影响(Ⅰ)

利用自制的密闭氮化系统研究了不同压力下的锰球氮化反应。锰球的制备条件为:锰粉重量100 g、锰粉粒度16~20目、粘结剂添加量质量分数为2%和成球压力354 MPa。氮化炉温为900℃,氮化时间3 600 s。实验记录了在不同的氮气压力下锰球氮化实时增重和温度曲线。实验结果显示,当氮气压力从0.2 MPa升高至0.6 MPa时:(1)反应速率峰值时刻由266 s缩短至86 s,球心温度峰值时间由324 s缩短至138 s,球心温度恢复至炉温时由1 310 s缩短至642 s;(2)球心温度峰值由945℃升高至1 049℃,球心最大温升由55℃升高至159℃;(3)氮化3 600 s时的增重率由6.46%增至8.09%,转化率由81.34%增至93.62%;(4)增重速率峰值由8.15×10^(-3)s^(-1)增至62.7×10^(-3)s^(-1),转化速率峰值由103×10^(-3)s^(-1)增至726×10^(-3)s^(-1);(5)增重率达到6.46%的时间由3 600 s缩短为555 s,缩短84.6%。

氮气压力对锰球氮化反应的影响(Ⅱ)

利用自制的密闭氮化系统研究了不同压力下的锰球氮化反应。锰球的制备条件为:锰粉重量100 g、锰粉粒度16~20目、粘结剂添加量2 wt%和成球压力354 MPa。氮化炉温为900℃,氮化时间3 600 s。实验记录了在不同的氮气压力下锰球氮化实时增重和温度曲线。实验结果显示,当氮气压力从0.2 MPa升高至0.6 MPa时:(1)反应速率峰值时刻由266 s缩短至86 s,球心温度峰值时刻由324 s缩短至138 s,球心温度恢复至炉温时刻由1310 s缩短至642 s;(2)球心温度峰值由945℃升高至1 049℃,球心最大温升由55℃升高至159℃;(3)氮化3600 s时的增重率由6.46%增至8.09%,转化率由81.34%增至93.62%;(4)增重速率峰值由8.15×10^(-3) s^(-1)增至62.7×10^(-3) s^(-1),转化速率峰值由10~3×10^(-3) s^(-1)增至726×10^(-3) s^(-1);(5)增重率达到6.46%的时间由3 600 s缩短为555s,缩短84.6%。

锰球制备条件对氮化反应的影响

利用自制的密闭氮化系统研究不同制备条件的锰球的氮化反应.考察锰粉粒度、成球压力和黏结剂添加量对氮化反应的影响,并测量锰球氮化过程中实时增重和温度曲线.实验结果表明：锰粉粒度由16~40目变成60~80目时,球心温度到达峰值的时间由164 s缩短为101 s,球心最大温升由147℃增至233℃,氮化1 h的转化率由90.81%增至93.64%;成球压力由266 MPa增至443 MPa,球心峰值温度将提前89 s到达,球心最大温升将提高22℃,氮化1 h的转化率由91.59%增至94.92%;黏结剂添加量由1 g增至3 g,氮化1 h的转化率由92.90%降至89.80%;正态对数分布的概率密度函数可用来近似拟合转化速率与时间的关系.