熔盐辅助合成硼化铪工艺研究

这是一篇冶金工程领域的论文。以氧化铪和碳化硼为原料,采用氯化钠为熔盐介质,通过硼/碳热还原法合成了纯度较高的硼化铪粉体。研究了反应温度、保温时间等合成工艺参数以及原料配比对材料晶相组成和显微结构的影响。结果表明,以氯化钠为熔盐介质时,氧化铪在1300℃的合成温度下开始转化为硼化铪,其温度远低于传统的硼化铪合成所需温度。在硼过量20%,反应温度和保温时间分别为1400℃和2 h所制备的硼化铪粉体纯度较高,X射线衍射中可以明显观察到硼化铪结晶峰,且在扫描电镜中可以观察到紧密团聚形貌的硼化铪。

用纳米压入法测量硼化铪涂层的弹性模量

用NanoIndenterⅡ对硼化铪 石英和硼化铪 硅等膜 基结构进行纳米压入测量。通过对测得的载荷—位移曲线进行处理 ,得到硼化铪涂层的弹性模量为 188 78GPa。实验表明 ,较软基底对测量结果的影响较大 ,所得的评定值失真 ,用KING提出的评定模型也未获得较好的结果。因此 ,最大压入深度应在保证压头尖钝化和薄膜表面质量对测量结果影响不太大的情况下尽量减少最大压入深度。

还原反应制备硼化铪粉体的研究

在真空条件下,通过氧化铪和碳化硼反应制备出高纯硼化铪粉体并采用X射线衍射及扫描电子显微镜对其物相组成和形貌进行表征。结果表明:在真空条件下,氧化铪和碳化硼在1300℃的温度下即可发生反应,与由吉布斯自由能和范特霍夫等温公式所得结果相吻合。硼化铪晶粒尺寸随着烧结温度和保温时间的增加而增大,保温时间对其影响更明显。过量的碳化硼对硼化铪的结晶性有帮助,并且硼化铪的结晶度随着碳化硼的增加得到提高。

一硼化铪的晶体结构预测与构效关系基因

利用基于进化算法的晶体结构预测软件USPEX,并结合第一性原理方法对HfB的稳定晶体结构进行全局搜索。在基态条件下,新发现2个HfB晶体结构(空间群:P6m2和R3m)。其中,P6m2结构比已报道的Hf B晶体结构(空间群:Pnma、Cmcm、I41/amd和Fm3m)具有最低的基态能量。这些结构中,B原子分别以二维类石墨烯(P6m2和R3m结构),zig-zag链(Pnma、Cmcm和41/amd结构)和孤立原子(Fm3m结构)3种形式存在,从而导致它们具有显著的化学键合特征、高温稳定性和强韧特性差异。

硼化铪粉末制备研究

硼化铪(HfB2)具有优异的抗氧化性能,作为超高温材料在耐磨涂层、航空领域具有极高的应用价值,而纯度是影响其应用的关键因素。本文采用烧结工艺制备HfB2粉末,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪等表征了粉末的结晶性能、形貌、元素分布等。研究了硼源、混料方式对HfB2粉末结构的影响,测定C、O等杂质含量,通过差减法计算得HfB2纯度。结果表明,碳化硼(B4C)作为硼源、混料采用机械混合的HfB2性能最佳,X射线衍射中仅有HfB2结晶峰,扫描电镜中均为HfB2紧密团聚形貌,通过化学分析测定杂质含量,差减法计算HfB2纯度可达到98.19%。

烧结制备工艺对硼化铪纯度的影响

采用烧结工艺制备硼化铪粉末,利用XRD、SEM、EDS、高频红外吸收法等分析测试手段对制备得到硼化铪粉末的结晶性能、微观形貌、元素分布等性能进行表征,讨论了烧结温度、保温时间、原料配比等工艺对硼化铪粉末合成的影响,并通过差减法计算得到硼化铪粉末纯度。结果表明:烧结温度为1700℃、保温时间为120 min、原料配比为HfB_(2)-B制备得到硼化铪纯度最高,XRD中仅有硼化铪结晶峰,硼化铪呈现紧密堆积,计算得到硼化铪纯度达99.37%。

铪化合物在先进陶瓷中的应用

简要介绍了氧化铪、硼化铪、碳化铪和其他铪酸盐作为先进陶瓷应用的一些研究现状,并初步归纳了其主要的应用研究方向。文章强调指出,鉴于铪化合物具有很高的熔点,可用于各种超高温环境;同时铪的有效原子系数高,其化合物对高能射线的吸收能力强,是潜在的闪烁材料,这些优点使铪化合物具有重要的使用价值和广泛的应用前景。

小型模块化快堆中含铪控制棒的设计与分析

快堆一般采用以碳化硼(B_(4)C)为吸收剂的控制棒进行反应性控制。小型模块化快堆中子泄漏率较大,增殖能力偏弱,单位燃耗反应性损失较大。模块化反应堆运行周期较长,且需要紧凑型堆芯设计,控制棒数量有限。因此,小型模块化快堆需要高10 B富集度的B_(4)C进行反应性控制。由于吸收剂燃耗深、功率密度高且导热能力受辐照削弱严重,B_(4)C的安全使用寿命有限。本文通过对比硼化铪(HfB_(2))、氢化铪(HfH_(1.62))和传统B_(4)C为吸收剂的控制棒的反应性价值、堆芯功率分布、堆芯反应性反馈系数、控制棒温度裕度与吸收剂燃耗深度,发现HfB 2有更高的安全裕度和更长的安全使用寿命。HfH_(1.62)控制棒略微改善了功率分布,但其高温氢气解离问题有待进一步研究。

HfB_2-Si_3N_4复合材料浆料流变性的研究

采用注凝成型技术研究了HfB2-Si3N4复合材料浆料的流变性能。主要讨论了pH值、分散剂、固相含量、球磨时间等对HfB2-Si3N4复合材料浆料粘度的影响。结果表明:当分散剂用量为8%(体积分数),pH值为10.9,球磨时间控制在15～20h时,可制得固相体积含量为38%,粘度为600mPa.s的HfB2-Si3N4复合浆料。

六方HfB_2晶体电子结构及光学性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论，运用广义梯度近似超软赝势平面波方法，对六方二硼化铪（HfB2）晶体的结构进行几何优化，得到与实验值相符的晶格参数，然后对其能带和态密度进行了计算，得出HfB2具有一定的金属性，其内部存在着金属键和共价键，晶体中的所有价态电子对导带都有贡献，但Hf原子的5d和印电子占主要部分．在0～200GPa范围内，随着压强的增大其晶格参数减小．在零压下，对HfB2晶体在入射光偏振方向的导电性、介电函数、损失函数、折射率、反射率和吸收率等光学性质进行计算，最后讨论了0～200GPa压强下的吸收系数和反射率随压强的变化关系．

溶胶-凝胶法制备HfB_2粉体及其氧化行为

以HfCl4、H3BO3、酚醛树脂为原料,通过溶胶-凝胶结合碳热还原法成功制备了HfB2粉体。分别采用XRD和SEM对高温处理后的粉体相组成和微观形貌进行了分析;采用TGA研究了粉体的高温氧化行为。结果表明:处理温度及硼酸浓度的不同会导致产物纯度、颗粒大小的不同,而且高温氧化性能也有所不同。当处理温度为1800℃且硼酸含量高于生成硼化铪化学计量比时,产物的纯度较高,颗粒均匀,高温氧化性能较好。对溶胶凝胶结合碳热还原法制备HfB2粉体的反应机制进行了探讨。

SPS反应烧结HfB2复合材料的制备和性能

针对HfB2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi2和SiC,促进HfB2陶瓷的烧结,并提高HfB2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB2-ZrSi2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m1/2。