纳米碳化锆改性填充聚四氟乙烯-聚苯硫醚复合材料摩擦磨损性能

采用冷压成型烧结工艺法,制备纳米碳化锆(Nano-ZrC)与聚苯硫醚(PPS)填充改性聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料。采用邵氏硬度仪、万能材料试验机、扫描电镜分别表征了复合材料的显微结构及力学特性;使用MRH-3型环-块摩擦磨损试验机测试了复合材料在不同实验条件下的摩擦学性能,并通过非接触3D轮廓仪及X射线光电子能谱仪对磨损表面及转移膜进行了检测分析。结果表明:随着纳米碳化锆含量的增加,复合材料硬度上升,拉伸强度、断裂伸长率及冲击强度下降;纳米碳化锆使得复合材料耐磨性得到显著提升,且其体积分数为5%时复合材料摩擦学性能最佳;纳米碳化锆增强了转移膜的物理粘附能力,并促进其化学吸附作用;当载荷提升至300 N,摩擦速度提升至3 m/s时,复合材料摩擦磨损性能大幅降低,转移膜形貌发生明显变化;环境温度(25~140℃)对复合材料摩擦磨损性能影响不明显。

化学气相沉积碳化锆涂层的研究进展

碳化锆具有众多优异的性能,能够适应超高音速飞行、再入大气和火箭推进系统等复杂、苛刻的极端环境,是最具应用潜力的超高温材料之一。综述了化学气相沉积制备碳化锆涂层,介绍了取得的研究成果和存在的问题,指出了今后的研究目标和发展方向。

碳化锆碱熔制备氧氯化锆的研究

以碳化锆为原料,采用碱熔-水洗-酸浸-结晶工艺制备氧氯化锆,制得的氧氯化锆产品中ZrO2含量达到36.20%。考察了氢氧化钠与碳化锆物料比、碱熔温度、碱熔时间和碳化锆粒度对碱熔过程中锆转化率的影响,以及水与碱熔料比、水洗温度和水洗时间对水洗过程中除硅率的影响。用X射线衍射分析研究了碳化锆在煅烧碱熔过程中的物相变化。结果表明,碱熔过程中碳化锆转化为偏锆酸钠,碱熔的最佳工艺条件为:氢氧化钠与碳化锆的质量比为1.5,煅烧温度800℃,煅烧时间60 min,矿样粒度120目。在该工艺条件下碱熔,锆的转化率可达到99%以上。

熔盐中镁热还原合成碳化锆粉体

以炭黑、不同锆源(二氧化锆、钙稳定氧化锆、氧氯化锆)为原料,金属镁粉为还原剂,在Na Cl/KCl熔盐、氩气气氛中发生还原反应及锆碳反应,开展了碳化锆粉体的合成研究。通过X射线衍射仪、场发射扫描电镜、激光粒度仪及比表面积分析仪等测试手段对合成的碳化锆粉体进行了分析表征。结果表明:碳化锆合成过程先后经历Zr O2被还原和锆碳反应。调节反应原料的活性、熔盐种类及反应温度,可以在900~1100℃实现碳化锆粉体的合成。以Na Cl为熔盐、氧氯化锆为锆源,在1000℃可以制取D50为18.599μm、比表面积15.27 m2/g的高纯碳化锆粉体。

碳/碳化锆复合材料烧蚀机理和计算方法研究

研究了碳/碳化锆复合材料氧化烧蚀机理,发现它们与传统的硅基和碳基材料烧蚀有很大差别。基体ZrC氧化后在表面形成一种膨松状的多孔固态抗氧化膜,氧化膜能有效阻止材料进一步氧化,使烧蚀量大大降低。研究了烧蚀过程抗氧化膜的形成、演化和流失行为,研究了氧化膜中氧气的扩散机制(包括分子扩散和Knudsen扩散),研究了材料原始层表面可能存在的化学反应,建立了分析碳/碳化锆复合材料烧蚀响应的物理数学模型。

涤纶织物纳米碳化锆粉体的表面改性

使用硅烷偶联剂KH560对纳米碳化锆粉体进行偶联改性处理,再使用改性后的纳米碳化锆粉体对涤纶织物进行整理及染色.利用扫描电镜、红外光谱和热性能测试技术对纳米碳化锆粉体和涤纶织物纤维表面形态、结构和热性能进行了表征.结果表明,纳米碳化锆粉体经过KH560改性之后,团聚现象明显改善,且发生了化学接枝反应,并通过KH560的桥接作用使纳米碳化锆颗粒牢固附着在涤纶纤维表面.涤纶织物经过纳米碳化锆粉体整理之后,起始和终止热分解温度均有所下降.染色之后纤维表面仍粘附有纳米碳化锆颗粒,纳米碳化锆整理对涤纶纤维染色和热性能没有影响.

工艺参数对磁控溅射碳化锆薄膜的微结构与力学性能影响

采用碳化锆靶通过磁控溅射方法制备一系列碳化锆薄膜,采用XRD、SEM、AFM和微力学探针研究溅射气压和基片温度对碳化锆薄膜的微结构和力学性能的影响。结果表明:低溅射气压下,薄膜呈现结晶良好的柱状晶结构,其硬度和弹性模量分别为30.1GPa、256GPa。溅射气压提高到2.0Pa以上后,薄膜的柱状晶结构受到破坏,晶粒减小,致密性降低,晶界强度亦降低,导致其硬度和弹性模量显著降低。基片温度提高到200℃以上后,薄膜呈现强烈的(111)择优取向,其硬度和弹性模量有所提高并保持稳定。

涤纶织物纳米碳化锆复合镀Ni-P镀层

采用化学复合镀技术,实现了涤纶织物纳米碳化锆酸性、碱性复合镀Ni-P。借助扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪和热重分析仪对镀层表面形貌、成分、结构以及织物热性能进行了研究,并测试了化学镀织物的电磁波屏蔽效能和耐磨性能。结果表明:酸性化学镀Ni-P为无定形态,加入吐温80后向结晶态转变,为典型的纳米晶结构,加入纳米碳化锆后无定形态有所增强;碱性化学镀Ni-P为纳米晶结构,加入吐温80后衍射峰强度明显减弱,加入纳米碳化锆后衍射峰强度又有所增强。涤纶织物经过酸性、碱性化学镀Ni-P和纳米碳化锆复合镀Ni-P后,热起始分解温度都有所降低。随着纳米碳化锆的质量浓度的增加,酸性和碱性复合镀Ni-P织物的电磁波屏蔽效能逐渐减小。较普通化学镀Ni-P织物,酸性纳米碳化锆复合镀Ni-P织物的耐磨性变差,而碱性纳米碳化锆复合镀Ni-P织物的耐磨性变好。

金属铌对碳化锆陶瓷物相、组织与力学性能的影响

碳化锆(ZrC)具有优异的抗辐照损伤和耐腐蚀等核用性能,是第四代核能系统最有应用前景的候选材料之一,但碳化锆熔点高和固相扩散系数低等本征特性导致其烧结困难、烧结温度高,因而限制其在核能系统中的广泛应用。本文采用金属铌作为添加相,利用其高烧结活性以及可与碳化锆形成固溶体特性,实现碳化锆陶瓷低温烧结致密化。结果表明:当Nb的添加量为20 vol%时,1800℃烧结可获得单相致密的(Zr,Nb)C固溶体陶瓷材料,其抗弯强度和断裂韧性分别为200 MPa和3.74 MPa·m^(1/2);随着Nb添加量的增加,材料中开始残留一定量金属Nb而形成(Zr,Nb)C-Nb复合材料,所残留的金属Nb抑制(Zr,Nb)C颗粒长大,起到了明显的强韧化作用;材料的抗弯强度和断裂韧性均随Nb含量的增加而增大,材料的断裂方式也由穿晶断裂为主向穿晶和沿晶混合断裂形式转化。

有机合成高碳锆比碳化锆陶瓷的先驱体及其热裂解性能

以四氯化锆为锆源,苯甲醇为碳源,分别采用对二甲苯,间二甲苯和二甲苯3种不同溶剂,有机合成高碳锆比(原子比28:1)碳化锆陶瓷的先驱体苯甲醇锆(benzyl alcohol zirconium,BAZ)。采用FT-IR对先驱体的基团结构进行表征,通过热重分析(TGA)和X射线衍射分析(XRD)对BAZ的耐热性和陶瓷转化过程进行研究。结果表明,采用不同溶剂制备的碳化锆先驱体在600～700℃时均全部热裂解,1 500℃完全热解为ZrC,其中采用对二甲苯溶剂制备的先驱体在氩气气氛下1 600℃保温1 h后的陶瓷产率最高,为51.8%,采用二甲苯溶剂制备的先驱体热裂解温度最高,为670℃。

碳化锆/锆涂层炭纤维的制备及其拉伸性能研究

在一定反应温度范围内以熔盐为介质通过炭纤维与金属锆反应制备出碳化锆/锆涂层炭纤维,并在反应温度为800℃时,研究反应时间对碳化锆/锆涂层炭纤维表面相组成、形貌及其拉伸性能的影响。结果表明,800℃可制备均匀致密的碳化锆/锆涂层;且随着反应时间的延长,碳化锆/锆涂层厚度略有增加;涂层后炭纤维的拉伸强度和拉伸模量比原炭纤维的相应值略有减小。

硬质合金中碳化锆铌替代碳化钽的研究

在切钢牌号硬质合金中广泛添加稀少昂贵的碳化钽,以增强其使用性能。但同时导致硬质合金的成本和价格上升,消耗大量金属钽资源,寻找硬质合金中碳化钽的代用品,已引起人们的极大兴趣。本文报道在切钢牌号硬质合金中碳化锆铌替代碳化钽的试验研究,采用X—ray衍射,SEM,费氏粒度仪及离心沉降法对碳化锆铌钨钛多元碳化物进行分析,并应用多元碳化物制备硬质合金,与常规的含碳化钽合金在相同工艺条件下比较。试验结果表明:当多元碳化物中碳化锆与碳化铌比例恰当时,碳化锆铌可以替代切钢牌号硬质合金中的碳化钽。

冶炼碳化锆技术参数的优化

论述了冶炼碳化锆的重要因素(炉温、还原剂、批料冶炼电量和原料配比)对产品质量的影响。根据生产经验进行了分析并得出了合适的极心圆直径和炉膛内径及不同温度下的配碳依据等,总结优化了碳化锆生产的合理参数。

柔性碳化锆衬板在圆筒混合机上的应用

针对日照有限公司炼铁厂2台500 m^(2)烧结机一次混合进料端急剧磨损、出料端粘料严重,二次混合机衬板翘起、起鼓、脱落,经过现场分析和对外考察,选择柔性锆免维护陶瓷衬板替代原来尼龙衬板、陶瓷衬板,解决了混合机粘料和后期频繁脱落问题,延长衬板使用寿命和检修维护周期,提高圆筒混合机作业率,改善混合机制粒效果,取得了较好的经济效益。

高压下碳化锆的状态方程和结构相变研究

利用同步辐射X射线衍射方法,研究了金刚石对顶砧中碳化锆(ZrC)的状态方程和结构相变,通过密度泛函理论(DFT)计算了该材料的高压压缩行为.结果表明:ZrC在压强为10.3 GPa时,发生拓扑相变;在压强为13.7 GPa时,相变结束.此外,ZrC立方相的体弹模量为158.6(8.6)GPa,相变后的结构体弹模量为233.8(8.8)GPa.

碳化锆镀层的化学气相沉积

碳化锆是一种重要的高熔点、高强度和耐腐蚀的高温结构材料。为了进一步发展和开发利用高温气冷堆 ,用碳化锆镀层替代碳化硅镀层制备新型的包覆燃料颗粒。采用化学气相沉积的方法 ,选用四氯化锆、丙烯、氢和氩的反应体系 ,在直径为 5 5 m m的流化床沉积炉中制备碳化锆镀层。为控制四氯化锆粉末的流量研制了专用的送粉装置。研究表明碳化锆镀层的密度随沉积温度而变化 ,反应气体中碳锆的原子数比值和氢氩流量比值影响碳化锆镀层性能和结构。在沉积温度 16 0 0℃左右 ,反应气体中碳锆的原子数比值小于0 .5和氢氩流量比值大于 1.0时 。

纳米晶碳化锆粉体的制备及热力学机制

以氧氯化锆、氨水、乙醇为原料,通过化学沉淀法获得含氢氧化锆沉淀的悬浊液,向悬浊液中加入可溶性蔗糖作为碳源,均匀混合后将悬浊液烘干得到前驱体粉体。将前驱体粉体压成圆柱形坯体,在流动的氩气气氛保护下进行高温固相反应来合成Zr C粉体。通过热力学计算分析了碳热反应合成Zr C的反应机制及适宜的温度和CO分压条件。计算结果表明反应式Zr O2+3C=Zr C+2CO(g)的标准生成吉布斯自由能在1900 K以上为负值;而随着CO分压的降低,反应的标准生成吉布斯自由能随之降低。通过X射线衍射(XRD)分析研究了前驱体的Zr/C摩尔比、反应温度、反应时间以及氧分压对高温反应产物物相的影响,优化了Zr C的合成条件。进一步的热力学分析表明,氧分压足够低时Zr C才能稳定存在。最终采用蔗糖作为碳源,Zr/C摩尔比设为1∶3,将前驱体包埋在活性炭中并在流动的高纯氩气保护下经1600℃反应240 min后得到的立方相Zr C粉体,粉体颗粒近球形,小于100 nm。

碳化锆陶瓷有机前驱体的热解过程

合成了碳化锆陶瓷有机前驱体,研究了其在热解过程中化学成分和物相组成变化,探讨了从有机高分子向无机陶瓷转化的机理,对碳热还原反应进行了热力学分析。结果表明,前驱体在600℃以下完成了有机结构的断裂、裂解碎片的重排与挥发,600℃以上裂解产物不再具备有机特征;随热解温度升高,无定型碳和单斜相ZrO2逐渐生成,大于1200℃时可检测到立方相ZrC,1400℃时单斜相ZrO2基本消失;1500℃时完成碳热还原反应,在远低于热力学反应温度的条件下生成了高度结晶的纳米尺寸的立方相碳化锆陶瓷。

碳化锆陶瓷的氧化及其对导电性能的影响

采用高温自蔓延制备的碳化锆粉体作为原料,研究了碳化锆陶瓷在空气中的氧化机制和热压烧结块体的氧化动力学行为。结果显示:在空气中,碳化锆陶瓷在200℃时开始氧化;在200～450℃时,氧化产物为ZrCxO1–x(x=0～0.42);在500～600℃时,生成中间相Zr2O出现;当氧化温度升高到1000℃,氧化产物主要为ZrO2。对烧结体的氧化动力学行为分析发现,在200～450℃的氧化过程中烧结陶瓷表面形成ZrCxO1–x致密氧化层,氧化层会抑制氧原子的扩散。当表层氧化产物为ZrC0.42O0.58时,氧化反应基本停止,达到一个稳定状态。继续升高温度,由于产物(Zr2O和ZrO2)的晶型结构发生较大的变化,烧结块体会开裂破坏。随着固溶氧的增加,ZrCxO1–x(x=0～0.42)的电阻从37μcm增加到690μcm。