纳米氧化铝改性地面井固井水泥水化机制研究

随着地面井固井技术发展加快,工程现场对于地面井固井水泥浆的早期流动性及凝结性能有了更高的要求。为了提高固井工程注水泥作业的顶替效率,改善固井工程现场作业应用情况,提出了纳米氧化铝颗粒改性固井水泥的方法,利用核磁共振技术对质量分数为0、0.05%、0.10%、0.15%及0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆(水灰比为0.44)在不同水化龄期的水化反应变化特征进行了研究,探究了纳米氧化铝改性水泥的水相分布、物理结合水总信号量变化、峰形指数及迁移速率。结果表明:纳米氧化铝改性水泥浆在水化阶段的T2图谱会出现3个弛豫峰,分别对应絮凝结构填充水(0.1~10 ms)、毛细水(10 ms)、自由水(800~1000 ms);其物理结合水总信号随纳米氧化铝质量分数增加而逐步减少,其中质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆信号量减少速率最快;峰形指数呈现先上升后下降的趋势,当水化反应进行至600 min时,质量分数为0.20%的改性水泥浆变化速率最快,弛豫峰向短弛豫方向移动速率加快;结合迁移速率将纳米氧化铝改性固井水泥水化反应阶段划分,其水化机制分别作用在4个水化时期:①初始水化期(5~60 min),水化速率未发生明显改变;②加速水化期(60~600 min),纳米氧化铝使水泥浆中物理结合水转化为化学结合水所经历时间变短,水化进程加快,达到促进水泥水化的效果;③稳定水化期(600~1200 min),水泥体系趋于稳定;④延缓水化期(1200~1800 min),物理结合水转化为化学结合水速率变慢,水泥水化进程减慢。研究结论得到,纳米氧化铝改性水泥浆水化时期可以划分为4个阶段,分别起到物理填充、加速、稳定、延缓的作用。在加速期,纳米氧化铝促进水泥的早期流动,有利于水泥浆的泵送及流动,在延缓期,纳米氧化铝延缓水泥的进一步水化进程,利于发展早期强度。其中,质量分数为0.20%的纳米氧化铝改性水泥浆对于水泥水化进程影响最大,促进填充水向结合水的转化,在加速水化期间对于水泥浆水化反应加速程度最大,以此作为依据对现场固井水泥的制备及应用提供指导。

氧化铝填料对绝缘涂层导热性能的影响

以高模数硅酸钾溶液为基料,氧化铝为导热绝缘填料,加入硅丙乳液、消泡剂,制备有机无机复合硅酸盐导热绝缘涂层。通过测试硅酸盐涂层的导热系数、体积电阻率、孔隙率、孔径分布和元素分布变化,研究绝缘硅酸盐涂层导热性能。结果表明,适当提高氧化铝的质量分数,硅酸盐绝缘涂层的导热性能提升。氧化铝填料球形形貌和大粒径更有利硅酸盐绝缘涂层的导热性能提升。当填料为粒径2.9μm的球形氧化铝,且质量分数在37.5%时,涂层的导热系数最高达1.072 W/(m·K),体积电阻率大于10^(8)Ω·m,此时涂层的导热绝缘性能达到最佳。

SLA打印制备融合TPMS氧化铝陶瓷支架结构优化设计研究

三周期最小表面(TPMS)结构具有优异的力学性能与生物医学性能,设计制造合适的TPMS骨支架结构能为骨修复、骨替代、骨愈合的临床治疗提供可能。本文基于人体骨组织结构参数分别设计了以P、G、D三种类型为主的TPMS支架及其不同融合系数K值影响下的融合TPMS支架,采用紫外立体光刻技术(SLA)打印制备了陶瓷生坯,通过脱脂与烧结后处理获得了成型氧化铝陶瓷支架,并对支架模型与成型陶瓷试样分别进行了有限元仿真与实验测试。结果表明:1)陶瓷支架具有相对光滑的表面与较高的成型精度,其整体形态与设计模型基本一致,侧面比顶面稍显粗糙。2)与单类型结构相比,融合TPMS结构支架表现出较好的抗压强度与应力分布。其中,当融合系数K=4时,P与G结构融合支架支架的力学性能最优,抗压强度为71.72 MPa,最大应力与平均应力分别为141.90和13.214 MPa;3)融合结构的渗透性均弱于单类型结构,且不同融合系数K值的结构支架渗透性也不同,结合数值模拟与实验数据,当融合系数K=1、2时,P与G结构、P与D结构融合支架渗透性表现较好。综上,当融合系数K=1时,P与G结构融合支架同时具备较优的力学性能和渗透性,适合作为人体骨支架结构类型。

草状氧化铝微结构渐变折射率的计算及实验研究

针对草状氧化铝的微纳结构对折射率的影响,采用台体计算法与柱体计算法计算氧化铝的体积,使用Clausius-Mossotti方程式与MATLAB软件拟合计算微纳结构的折射率变化,使用TFC软件进行拟合,最终计算出草状氧化铝的渐变折射率,研究其微结构的形貌特征及渐变折射率的分布,计算其可见光减反射性能。采用电子束沉积氧化铝薄膜,通过对沉积温度、水煮工艺等参数的优化,获得了不同结构的草状氧化铝纳米薄膜,制备了可见光波段420~680 nm的减反射薄膜。

特高压GIL绝缘子用微米氧化铝-氧化硅共混环氧复合材料的性能研究

特高压气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)电压等级高、输送容量大,对绝缘子耐受电、热、力综合作用能力的要求更高。本研究通过分别掺杂微米级氧化铝、氧化硅和氧化铝-氧化硅共混填料的方式制备了环氧复合材料,对共混体系力学、热学和电气性能等进行测试分析。结果表明:随着氧化铝填料体积占比的提高,复合材料的综合力学性能提升,微米氧化铝/环氧复合材料综合力学性能最佳。掺杂两种填料有助于提升共混体系的导热和耐电弧性能,但会略微降低玻璃化转变温度和增大热膨胀系数,当氧化铝和氧化硅填料体积比为1∶1时,复合材料的耐电弧时间可达186.63 s,导热系数可达1.198 W/(m·K)。随着氧化硅填料体积占比提高,环氧复合材料的介电常数减小,电气强度升高,体积电阻率增大,介质损耗减小。微米氧化硅/环氧复合材料工频电气强度最高,可达36.63 kV/mm。

电流密度对发动机轴瓦喷射电沉积镍-纳米氧化铝复合镀层的影响

[目的]研究电流密度对发动机轴瓦表面喷射电沉积Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层结构、耐磨性及耐蚀性的影响。[方法]通过表面形貌观察、X射线衍射分析、显微硬度检测、摩擦磨损试验及中性盐雾试验,对比了不同电流密度下所得Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层的性能。[结果]当电流密度为60 A/dm^(2)时,所得Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层展现出最均匀致密的表面,晶粒尺寸最细小,显微硬度最高(约735.0 HV),同时具有最佳的耐磨性和耐蚀性。[结论]喷射电沉积Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层能够显著提升发动机轴瓦的耐磨性和耐蚀性。

载铁活性氧化铝催化臭氧氧化处理废水COD的工艺研究

为了提高臭氧催化氧化技术对工业废水中有机污染物的去除效率,采用浸渍法,将铁负载于活性氧化铝上。当硝酸铁浓度为0.8 mol/L、臭氧量为5 g/h时,载铁活性氧化铝催化臭氧氧化工业废水有机污染物的去除率最大,约为56%。相比单独使用吸附和臭氧催化氧化技术,它大大提高了废水有机污染物的去除效果。因此载铁活性氧化铝催化臭氧氧化可作为高浓度工业废水去除有机污染物的一种有效方法。

氢氧化铝对导热有机硅灌封胶阻燃性能的影响

以氢氧化铝(ATH)为阻燃填料、Al_(2)O_(3)为导热填料,制备了双组分有机硅灌封胶,研究了ATH粒径和用量对有机硅灌封胶性能的影响。结果表明,随着ATH粒径的增大,有机硅灌封胶的阻燃性能、黏度、热稳定性降低,热导率变化不大;随着ATH在填料中质量分数的增加,有机硅灌封胶的阻燃性能、黏度、热稳定性提高,热导率变化不大;采用不同粒径ATH制备相同热导率且垂直燃烧等级为FV-0的有机硅灌封胶时,随着ATH粒径的增大,其最低用量增大。

球形氧化铝载体结构优化

将拟薄水铝石与适量硝酸混合,形成溶胶溶液,滴入油-盐柱中固化后形成球形氧化铝凝胶,通过调节老化温度、时间以及增加水蒸气处理过程,成功制备出大可几孔径、高机械强度、酸性适宜的球形氧化铝载体。利用N_(2)吸附-脱附、颗粒机械强度测试、NH3-TPD、XRD等表征方法研究了老化前后以及水蒸气处理过程中,球形氧化铝孔结构、机械强度、表面酸性、晶相结构的变化规律,并确定最佳老化时间在4 h左右,最佳二段水蒸气处理时间在6 h左右。

大摩:全球氧化铝供应短缺

摩根士丹利发表报告,报告指受环境、采矿安全控制及品位下降问题影响,中国本土铝土矿供应受阻,今年累计产量跌20%,料全年减产8%至6000万吨。铝土矿短缺影响氧化铝生产,内地氧化铝首四个月产量按年升3%。中国首四个月铝土矿进口升6%,当中从澳洲及几内亚进口分别升20%及8%。目前中国所需铝土矿七成来自进口,当中几内亚及澳洲各占74%及22%。中国今年亦进口更多氧化铝,本年至今进口增长75%。报告亦指出,全球有590万吨氧化铝供应受阻,相等于扣除中国后全球供应约一成。基于中国需更多进口,全球氧化铝市场进一步受制约,中国及全球氧化铝供应更为紧张,氧化铝价格更长时间高企。

氢氧化铝平盘过滤机的优化及应用

针对产品氧化钠含量升高、氢氧化铝洗涤设备无法达到设计产能等问题,从减少平盘过滤机盘面洗水串液、提高残余滤饼指标、强化过滤介质再生、延缓系统结疤等方面对原有工艺设备进行优化改造,克服了氢氧化铝粒度细化和平盘过滤机设备的洗涤分离方式缺陷的影响,氧化钠含量从0.463%降至0.295%,平盘过滤机产能从72 t/h升高至93.1 t/h。

氧化铝晶型变化

综述了铝酸钠溶液分解过程中氢氧化铝的各种晶型变化以及高温焙烧后生成的氧化铝的晶型及应用。工业上铝酸钠溶液的分解方式有种分和碳分,其中溶液的pH值、沉淀试剂的种类、添加剂、溶液的组成、温度等因素都会对氢氧化铝的性质有影响。氧化铝的晶型分为九种,其中过渡相具有比表面积大、多孔隙结构等特点。α-Al_(2)O_(3)是氧化铝形态中最稳定的,通过控制不同的煅烧温度、加入不同的种类的添加剂、研磨方式等,生产出不同形貌的α-Al_(2)O_(3)。

PTFE包覆连续氧化铝纤维缝纫线的磨损行为

结合上浆及二维编织技术制备部分包覆结构F-3、F-4、F-5连续氧化铝纤维缝纫线,使用自研实验装置研究包覆结构对缝纫线与针孔间磨损行为的影响。使用3D轮廓仪表征不同包覆结构缝纫线的轮廓外观和摩擦作用下的损伤形态演变;通过拉伸性能测试,表征缝纫线在不同摩擦次数下的强度保持率;通过磨断次数来评价缝纫线在不同实验参数下的磨损性能。结果表明:包覆工艺参数的变化影响缝纫线表面轮廓的起伏状态,导致磨损后断口产生的毛羽长度随着包覆纱根数的增多和编织节距的增加而增大;相比原纱和浆纱,缝纫线的耐磨性显著提高;随着摩擦次数的增加,缝纫线拉伸强度保持率均呈现快速下降后趋于平缓的趋势,当摩擦次数达到30次时,F-3、F-4、F-5缝纫线拉伸强度保持率分别为12.89%、28.82%、18.35%;随着摩擦距离、纱线张力的增加,摩擦角度的减小,缝纫线的磨断次数逐渐下降。

氧化铝耐火材料制备中热应力有限元分析

氧化铝耐火材料在制备过程中所产生的裂纹等轻微损伤,是潜在的安全风险。为提高材料的使用性能,研究了在烧成过程中模型尺寸、热处理温度、升温速率、降温速率以及气孔率等因素对氧化铝耐火材料裂纹产生的影响。结果表明:在模型尺寸增大时,对应的最大热应力值也随之增大,产生裂纹的风险也越大;最大热应力峰值出现在1200~1600℃温度区间内;只改变1000~1350℃温度区间内的升温速率时,升温速率越大对应的最大热应力值越大;窑炉从1600℃降到室温时,降温初期最大热应力值迅速增大,且降温速率越大对应的最大热应力值越大;对于气孔率分别为5%、7%和10%的氧化铝砖坯,在相同的烧成条件下,气孔率10%砖坯的最大热应力值于1200℃、1300℃、1400℃及1500℃均最小,因此气孔率为10%比5%和7%更有利于降低烧成过程中裂纹产生的风险。

氧化铝/聚四氟乙烯热化学反应特性及影响因素

为深入了解铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)材料的预点火反应,采用超声混合法制备了Al_(2)O_(3)/PTFE复合材料,对其微观形貌、晶相和特征官能团等进行了表征,分析了材料的热化学反应性能及影响因素。结果表明,Al_(2)O_(3)能延迟PTFE熔化的起始温度;Al_(2)O_(3)和PTFE的粒径越小,Al_(2)O_(3)/PTFE材料越容易发生反应,放热量越大;小粒径的Al_(2)O_(3)能延迟AlF_(3)生成反应的起始温度,提前AlF_(3)晶型转变的起始温度,从而提高反应的集中放热量,Al_(2)O_(3)(50nm)与PTFE(1μm)反应程度最高;α-Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应性能优于γ-Al_(2)O_(3)/PTFE和无定形Al_(2)O_(3)/PTFE;Al_(2)O_(3)/PTFE的热化学反应具有典型动力学特征,反应主放热峰的峰值温度随升温速率增大而升高;计算得到Al_(2)O_(3)/PTFE主反应的表观活化能为45.0kJ/mol。

氧化铝在材料工程中的功能化应用及其关键技术研究

氧化铝因其优良的物理化学性质,已被广泛应用于材料工程领域。然而,如何选择合适的功能化技术来满足不同需求仍是一个巨大的挑战。为此,本项目拟开展氧化铝功能化应用及关键技术研究。本项目拟对氧化铝进行功能化改性,提高其耐磨性、导电性、散热性能等综合性能。掌握氧化铝功能化技术,拓展其应用范围,对提高氧化铝的实际应用价值,降低其使用成本,实现可持续发展目标具有重要意义。本文的研究成果可供工程技术人员参考。

高固含铝酸钠溶液生产砂状氧化铝技术

高固含铝酸钠溶液生产砂状氧化铝的技术,是一项涉及化学工程和材料科学领域的技术,主要用于从铝土矿中提取氧化铝。氧化铝作为制造铝金属和各种铝盐的重要原料,在工业生产中占据重要位置。传统的氧化铝生产方法,如拜耳法和赛德法,存在能耗高、成本大、环境影响显著等局限性。因此,开发高效、环保的氧化铝生产新技术具有重要的实际意义。开发高固含铝酸钠溶液生产砂状氧化铝工艺不仅提升了生产效率和产品质量,而且有助于降低生产成本和减轻环境压力。该工艺的实施将为氧化铝生产行业提供一种新的、可持续的发展路径。

纳米氧化铝提升海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构服役寿命研究

氯离子传输并诱导内部钢筋锈蚀是海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,增大混凝土氯离子传输阻力是提升混凝土结构服役寿命的根本途径。纳米技术与纳米材料的发展为混凝土材料高性能化提供了新的可能。本工作研究了纳米氧化铝(NA)对砂浆氯离子电迁移系数(D_(RCM))与自然扩散系数的影响,基于氯离子等温吸附曲线,建立了考虑氯离子结合参数的氯盐传输模型,分析了NA对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命的影响。结果表明:适宜掺量的NA可降低砂浆氯离子传输性能;承台桩基础混凝土钢筋保护层厚度为60 mm时,在C45混凝土中掺入2%(质量分数)NA后,仅考虑氯离子侵蚀时混凝土预期服役寿命由68年提升至107年。NA为提升海洋环境下高速铁路混凝土结构服役寿命提供了新的技术途径。

氧化铝结构与表面性质调控及其催化甲醇脱水制二甲醚性能研究

二甲醚(DME)作为一种关键的化工原料,被广泛用于合成众多重要的化学品及能源产品。在工业生产中用于从甲醇制备DME的催化剂γ-Al_(2)O_(3)因其高效的催化性能而得到普遍应用。然而,γ-Al_(2)O_(3)的合成方法和制备条件对其催化性能有着显著的影响。目前,对于工业上常用的γ-Al_(2)O_(3)合成条件如何影响其催化性能的系统研究仍然不足。特别是,作为影响催化性能的关键因素之一,酸性位点的性质尚未形成共识。通过调控双铝法成胶过程中母液的pH,成功合成了一系列具有不同孔道结构和酸性质的γ-Al_(2)O_(3)。实验结果表明,随着母液pH的增大,γ-Al_(2)O_(3)的比表面积、孔容和孔径均呈现减小趋势。同时,γ-Al_(2)O_(3)的弱酸量逐渐减小,而中强酸量呈现先增后减的趋势。进一步结合催化性能评估结果,发现中强酸数量与甲醇脱水性能密切相关。具有最高中强酸数量的γ-Al_(2)O_(3)表现出最高的DME产率,预示中强酸位点是γ-Al_(2)O_(3)催化甲醇脱水制备DME的主要活性中心。针对具有最优性能的γ-Al_(2)O_(3)开展动力学实验分析,得到甲醇脱水的反应级数为0.78,反应活化能为83.27 kJ/mol。研究可为甲醇脱水制备DME催化剂的设计提供指导,为进一步优化工业生产条件和提高催化效率夯实基础。

镍-钴-氧化铝复合电刷镀工艺及其性能

[目的]研究不同工艺参数和Al_(2)O_(3)纳米颗粒用量对45钢表面复合电刷镀Ni-Co-Al_(2)O_(3)的影响,提升45钢的耐磨性。[方法]通过扫描电子显微镜观察不同条件下所得镀层的表面形貌及截面形貌,以确定合适的工艺参数。再在此基础上研究了Al_(2)O_(3)纳米颗粒质量浓度对Ni-Co-Al_(2)O_(3)复合镀层显微硬度和耐磨性的影响,结合磨损形貌观察和元素组成分析,探讨了复合镀层的磨损机理。[结果]复合电刷镀的较佳工艺参数为:电压10 V,温度40~50℃,镀笔速率6~8 m/min。镀液中Al_(2)O_(3)纳米颗粒的质量浓度为20 g/L时,Ni-Co-Al_(2)O_(3)复合镀层的显微硬度最高(约为850 HV),耐磨性最好。Ni-Co-Al_(2)O_(3)复合镀层的磨损机理以疲劳磨损为主,并伴随轻微的粘着磨损。[结论]通过电刷镀技术可在45钢表面获得高硬度、耐磨损的Ni-Co-Al_(2)O_(3)复合镀层。