复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响

为了实现碳中和目标,降低内燃机碳排放,稀薄燃烧技术成为了当前重要的研究方向.该技术不仅能提高发动机燃油热效率,还能有效降低CO_(2)排放.但是稀薄燃烧往往会伴随着大量氮氧化物的产生,为了解决该问题,采用LNT-SCR耦合的NO_(x)净化技术,此时LNT的作用是将排气中部分NO_(x)转化为NH_(3),为下游的SCR提供还原剂.基于此,制备了LNT催化剂,研究催化剂对NO选择性生成NH_(3)的影响.采用溶胶-凝胶法制备了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)系列钙钛矿氧化物,并通过分步浸渍法得到了La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)负载型催化剂.利用XRD、H_(2)-TPR、NO-TPD等表征手段研究了钙钛矿氧化物的晶相结构,以及负载型催化剂的还原特性、NO_(x)吸附-脱附性能等物化性质,并且通过H_(2)选择性催化还原NO实验探究了催化剂掺杂Ce对NO转化成NH_(3)的影响.结果表明,Ce掺杂催化剂具有良好的NH_(3)产物选择性,并且显著提高了NO转化率.温度是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的决定性因素,而H_(2)和NO体积比是NO转化和NH_(3)产物选择性生成的关键性因素.其中,La_(0.95)Ce_(0.05)MnO_(3)-Ba/Al_(2)O_(3)在低温下催化活性表现最佳,在350℃、H_(2)和NO体积比为5.0时NH_(3)产物选择性为65%,NO转化率为100%.此外,所制备的La_(1-x)Ce_(x)MnO_(3)都形成了钙钛矿型结构,而且Ce掺杂催化剂的大部分Ce离子可以进入到LaMnO_(3)结构中.在催化剂适量掺杂Ce后,H_(2)消耗总面积增大、还原峰的峰值温度降低,表明掺杂Ce改善了催化剂的还原特性;同时NO吸附和脱附面积增大,表明Ce掺杂改变了催化剂的NO_(x)吸附-脱附性能.

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基氧化铝薄膜的制备及对固态电解质应用性能的影响

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)具有离子电导率高、电化学窗口宽、与锂负极相容性好的特点,在锂离子电池领域成为了传统有机液态电解质的潜在替代品。然而,LLZO极易与空气中的CO_(2)、H_(2)O反应生成副产物Li_(2)CO_(3),致使LLZO离子电导率降低,甚至丧失。针对这一问题,本研究采用先旋涂后烧结的方法在LLZO表面构筑氧化铝薄膜,借助致密氧化铝薄膜阻隔LLZO与空气的直接接触的特性,改善和提高LLZO的空气-水稳定性。结果表明,采用该方法可在LLZO表面构筑厚度约为13.34μm的无定形氧化铝薄膜层。该薄膜层有效提高了LLZO对气体的阻隔性,增大了LLZO表面疏水特性,在一定程度上抑制了Li_(2)CO_(3)的生成。同时,由于渗入LLZO中氧化铝对空隙的填充作用,强化了离子传输特性,使负载薄膜后LLZO的离子传导的活化能从0.40 eV降低至0.28eV,离子电导率从4.48×10^(5)S·cm^(-1)提高到5.06×10^(-5)S·cm^(-1),提高了13%。

La_(2)O_(3)掺杂铁基记忆合金涂层组织与性能研究

为了探究La_(2)O_(3)对激光熔覆形状记忆合金涂层组织和性能的影响,采用宽带激光熔覆技术在42CrMo中碳钢表面制备了掺杂La_(2)O_(3)的Fe17Mn5Si10Cr5Ni形状记忆合金复合涂层,通过表征得到了La_(2)O_(3)对复合涂层的显微组织、维氏硬度、耐磨性、耐蚀性和表面残余应力的影响结果。结果表明,La_(2)O_(3)显著降低了晶粒尺寸,掺杂质量分数w=0.009时,晶粒尺寸达到最小值3.03μm,而复合涂层具有最大硬度454.7 HV 0.2,磨损量最低;并得到最低的自腐蚀电流为4.287×10^(-7)A/cm^(2),最高的自腐蚀电位为-0.843 V,涂层保护率达到94.83%,La_(2)O_(3)明显提高了涂层的耐腐蚀性能;此时涂层的残余应力由拉应力转变为压应力,并在Fe-Mn-Si/La_(2)O_(3)产生的最大残余压应力值为-378 MPa。此项研究为低应力高性能激光熔覆涂层的开发和推广提供了实践参考。

La_(2)O_(3)掺杂对微波烧结WC-10AlCoCrFeNi硬质合金微观结构及性能的影响

采用机械合金化和微波烧结制备了La_(2)O_(3)掺杂的WC-10AlCoCrFeNi硬质合金,研究了La_(2)O_(3)含量对WC-10AlCoCrFeNi硬质合金相结构、微观组织和力学性能影响。结果表明:机械合金化制备的高熵合金粉末化学成分均匀,无明显富集现象;La_(2)O_(3)可以降低Al元素氧化程度,细化晶粒,促进裂纹的偏转和桥接;随着La_(2)O_(3)含量的增加,硬质合金的晶粒尺寸先增大后减小,力学性能先升高后降低。当La_(2)O_(3)含量为0.075 mass%时,硬质合金的组织均匀,性能最好,晶粒尺寸达0.44μm,相对密度为95.81%、硬度为1616.57 HV30、断裂韧性为13.64 MPa·m^(1/2)、弯曲强度为1404.05 MPa。

La_(2)O_(3)修饰V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂的低温脱硝性能

采用稀土金属氧化物La_(2)O_(3)来修饰V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂,改善其低温催化性能。通过改变La_(2)O_(3)含量及焙烧温度,并借助XRD、BET、SEM、TEM、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR及XPS等表征手段,讨论了La_(2)O_(3)-V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂结构与NH_(3)-SCR低温性能之间的内在关联。结果发现,La_(2)V_(6)W_(5)/TiO_(2)催化剂活性最佳,以NO转化率90%为标准,其工作窗口温度范围下限低至160℃。La_(2)O_(3)的加入提升了催化剂中V^(4+)浓度,改善了氧化还原能力,同时使表面的氧空位吸附氧物种得到增加,进而提升了La_(2)O_(3)-V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂的低温脱硝性能。

稀土修饰对Cu/Al_(2)O_(3)催化乙酰丙酸乙酯加氢性能的影响

生物质催化转化制大宗化学品符合低碳战略的重要研究方向,将纤维素衍生物乙酰丙酸乙酯转化为1,4-戊二醇是最具前景的技术路线之一。非贵金属铜基催化剂在该反应中表现出较好的活性,Cu/Al_(2)O_(3)在160℃、4 MPa H_(2)条件下催化乙酰丙酸乙酯氢解制1,4-戊二醇收率为50.8%,经稀土改性后催化剂的活性和选择性显著提升,其中CuNd0.25/Al_(2)O_(3)催化剂上获得1,4-戊二醇的收率高达92.7%。通过对催化剂性能以及X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氢气程序升温脱附(NH3-TPD)和CO红外吸附(CO-DRIFT)等表征结果的分析发现,稀土元素的存在不仅改变了Cu活性中心的还原性质、分散度和电子结构,还改变了催化剂表面酸、碱性位点的分布。稀土元素的修饰既促进了催化剂表面反应物的吸附与活化,又抑制了目标产物1,4-戊二醇的脱水副反应,从而提高了活性和选择性。

高介电常数La_(2)O_(3)材料的制备方法及其介电性能研究进展

在众多高介电常数栅介质材料中氧化镧(La_(2)O_(3))因带隙大、热稳定性良好等特点而具有代替传统SiO_(2)栅介质材料的潜力。介绍了La_(2)O_(3)薄膜的制备方法,综述了目前改善La_(2)O_(3)薄膜介电性能的方法并展望了其未来发展前景。

低成本Nb掺杂Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质的性能与应用研究

固态电池因其在能量密度、循环寿命和安全性等方面的优异性能受到关注。其核心组件为固态电解质材料。具有石榴石结构的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)氧化物固态电解质由于具备宽电化学窗口、良好的离子传导性、稳定的化学性能及简单的制备工艺等特点而得到广泛研究。本研究采用Nb元素对LLZO进行掺杂,成功制备得到Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Nb_(0.25)O_(12)(LLZNO)氧化物固态电解质,其离子电导率达到了7.79×10^(-4)S/cm,且制备成本与未掺杂的LLZO相比无明显增加。将其涂覆在聚乙烯(PP)隔膜表面形成PP-LLZNO隔膜,表现出良好的热稳定性和离子电导率。与Al_(2)O_(3)涂覆隔膜或固态电解质Li_(6.75)La_(3)Zr_(1.75)Ta_(0.25)O_(12)(LLZTO)涂覆隔膜组装的电池相比,组装了PP-LLZNO涂覆隔膜的扣式电池和软包电池的容量保持率分别达到了84.99%(50圈)和57.40%(100圈),展现出更优异的性能。因此,高离子电导率和低成本LLZNO的制备对固态电解质的大规模生产及在固态电池中的广泛应用具有一定的参考意义。

La_(2)O_(3)第二相强化W合金的制备及物理与力学性能

第二相强化钨(W)合金具有高强度、良好的抗蠕变和抗辐照等优异性能,是一种极具潜力的聚变堆面向等离子体材料。本文以偏钨酸铵和硝酸镧(La(NO3)3)为主要原料,采用溶液燃烧合成法(solution combustion synthesis,SCS)制备不同La_(2)O_(3)掺杂量(w(La_(2)O_(3))=0~1.5%)的W-La_(2)O_(3)复合粉末,并通过放电等离子烧结制备La_(2)O_(3)第二相强化W合金,研究La_(2)O_(3)含量对W合金微观组织与力学性能的影响。结果表明:通过SCS可制备出平均粒径约200 nm、分散性好、La_(2)O_(3)均匀分布的W-La_(2)O_(3)复合粉末。适量La_(2)O_(3)的加入可有效改善W合金的物理和力学性能。随La_(2)O_(3)含量增加,La_(2)O_(3)第二相强化W合金的显微硬度和抗拉强度均呈现先升高后降低的趋势,相对密度则逐渐降低。w(La_(2)O_(3))=0.5%时,W5La合金的显微硬度(HV)达到最大值524.10。引入La_(2)O_(3)第二相后,W基体的断裂方式由W晶粒断裂为主转变为沿晶断裂和穿晶断裂共同存在的混合型断裂,并且晶粒尺寸有所减小,平均晶粒尺寸为4.1μm。与纯W相比,W5La合金具有更高的抗拉强度和更低的韧脆转变温度(ductile-brittle transition temperature,DBTT),其室温和500℃的抗拉强度分别为279.6 MPa和498.9 MPa,DBTT为200~300℃。

La_(2)O_(3)添加量对激光熔覆铁基合金涂层显微组织和耐磨性能的影响

采用激光熔覆技术在35CrMoV钢表面制备添加La_(2)O_(3)质量分数分别为0,0.7%,1.4%,2.0%的铁基合金熔覆层,研究了La_(2)O_(3)含量对其显微组织、物相组成、显微硬度、耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能的影响。结果表明:未添加La_(2)O_(3)的熔覆层主要物相为FeCr固溶体和少量Cr_(23)C_(6),添加La_(2)O_(3)后熔覆层中还出现了LaNi_(3),当La_(2)O_(3)质量分数为1.4%时熔覆层与基体界面平整,冶金结合良好,组织细小且均匀;随着La_(2)O_(3)质量分数增加,熔覆层显微硬度先增大后减小,耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能先提高后降低,当La_(2)O_(3)质量分数为1.4%,耐磨性能最好,此时熔覆层的摩擦磨损机制由未添加La_(2)O_(3)时的严重黏着磨损变为轻度犁削磨损,冲击磨料磨损表面的犁沟和凹凸不平消失,表面趋于平整。

双掺杂提升Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)锂离子传导能力

Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固体电解质由于优越的综合性能,而极有可能应用于全固态锂电池。但其较低的锂离子电导率影响了电池性能。为进一步提高其锂离子传导能力,采用一定量Ga掺杂锂位将其稳定为立方相,并将不同半径的Cr^(3+),Sc^(3+),Gd^(3+)分别掺杂锆位,并研究它们对LLZO结构及性能的影响。结果表明,Ga,Sc共掺时制备的Li_(6.4)Ga_(0.25)La_(3)Zr_(1.85)Sc_(0.15)O_(12)具有最高的室温离子电导率,可达1.20×10^(-3 )S/cm,而活化能仅为0.22 eV。

不同碳链长度的表面活性剂对CeO_(2)-ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)材料性能的影响

研究分析不同碳链长度的烷基酸表面活性剂(十酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸)对CeO_(2)-ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)-La_(2)O(3 CZ)材料性能的影响规律,揭示表面活性剂在构筑高性能CZ材料中的作用机制。N2-吸/脱附、OSC、H2-TPR和催化剂三效活性等测试结果表明,在纳米晶成核阶段加入不同碳链长度的表面活性剂均可在一定程度上增大纳米晶的初始晶粒尺寸,由此降低纳米晶的烧结驱动力。表面活性剂的引入促进材料产生更多氧空位从而提高了其氧化还原性能,其中,十二酸对材料热稳定性和氧化还原性能的促进效果最优,所制备CZ材料高温老化后的比表面积损失率低至46.3%,还原峰温最低为497℃,Ce的利用率最高为39%,因而其负载的单Pd三效催化剂表现出最佳的催化活性。

La_(2)O_(3)对精密注塑模具关键零件Ni基涂层耐磨性能的影响

为研发对磨损模具部件精密修复的方法,本文研究La_(2)O_(3)掺杂Ni基沉积涂层的耐磨性能。研究发现,当La_(2)O_(3)添加量为2%、3%时,涂层中、上部硬度分布均匀;当La_(2)O_(3)添加量为3%时,其磨损体积约为未添加La_(2)O_(3)时Ni基涂层的1/18;La_(2)O_(3)对沉积涂层具有较好的细晶强化作用。综上分析,塑料模具磨损部件采用La_(2)O_(3)掺杂Ni基涂层进行修复,可大大提高其耐磨性能;同时,La_(2)O_(3)的净化、细化、造渣功能可使工艺实施时减少涂层缺陷,提高模具的修复质量。

Al_(0.25)Li_(6.25)La_(3)Zr_(2)O_(12)包覆LiCoO_(2)降低锂离子电池界面阻抗

本论文通过固相烧结法制备Al_(0.25)Li_(6.25)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)包覆的LiCoO2(LCO)材料,以提高其界面稳定性并降低界面阻抗为目的。实验结果表明,电化学性能明显得到改善。在3.0-4.62 V的电压区间充放电50圈,包覆后材料的比容量保持率为70%,高于未包覆的65%。此外,包覆后材料的电荷转移电阻从22.5Ω降低至15.0Ω,倍率性能得到较大改善。本工作研究了固态电解质LLZO包覆钴酸锂对电性能的影响,对快充钴酸锂电池材料的设计具有较大参考意义。

SiO_(2)中间层反应连接LaCrO_(3)陶瓷的机理及界面应力模拟研究

合适的连接技术是提高LaCrO_(3)陶瓷加工性能的有效方法。本工作提出以低成本SiO_(2)粉末为中间层、利用放电等离子技术连接LaCrO_(3)的工艺,研究了LaCrO_(3)连接件的连接机理、显微形貌、力学性能等,并利用有限元模拟分析连接件界面应力分布状态。结果表明:LaCrO_(3)/SiO_(2)混合粉末(物质的量比(0.95~1.55)∶1)在1250~1450℃下复合反应生成Cr掺杂的La_(2)Si_(2)O_(7),SiO_(2)中间层连接LaCrO_(3)陶瓷为反应、扩散连接。在1450℃时,连接件获得最高连接强度(29.3 MPa),SiO_(2)中间层及其母材附近区域产生应力集中。SiO_(2)可以作为辅助制造和修复复杂形状LaCrO_(3)陶瓷的一种有潜力的连接中间层。

O、S、Ce含量对U71MnG钢中Ce_(2)O_(3)和Ce_(2)O_(2)S夹杂物的影响

我国稀土钢未实现大规模的生产,其主要原因是对稀土与钢中O、S等杂质元素的相互作用规律认识不足。考虑到Ce、O、S含量对钢中稀土夹杂物的影响缺少定量分析,使用FactSage 7.1软件计算U71MnG钢中不同含量O、S、Ce之间的相互作用关系及其对Ce_(2)O_(2)S、Ce_(2)O_(3)夹杂物析出量的影响。热力学计算结果表明,在U71MnG钢的成分体系下,随着Ce含量的增多,Ce_(2)O_(3)的析出量呈先增多后减少的趋势,m_(O)/m_(Ce)约为1/7.4时,Ce_(2)O_(3)的析出量最大;Ce_(2)O_(2)S的生成需要O、S、Ce共同作用,m_(O+S)/m_(Ce)约为1/3.7时,Ce_(2)O_(2)S析出量最大。试验钢夹杂物的SEM图像以及夹杂物颗粒数量统计结果显示,Ce含量为0.024%的试验钢中Ce_(2)O_(3)、Ce_(2)O_(2)S的个数大于Ce含量为0.016%的试验钢,钢中夹杂物析出规律与热力学计算结果一致。

La_(2)O_(3)刻蚀对金刚石单晶性能的影响

以氮气为保护气氛,在820~980℃下用La_(2)O_(3)刻蚀人造金刚石单晶表面,研究稀土氧化物La_(2)O_(3)刻蚀对人造金刚石单晶性能的影响。利用扫描电子显微镜观测刻蚀后金刚石单晶不同晶面的表面形貌,通过人造金刚石单晶表面粗糙度、单颗粒抗压强度、抗冲击韧性和铜基结合剂金刚石节块抗弯强度来表征刻蚀前后金刚石单晶性能的变化。结果表明:La_(2)O_(3)对金刚石{100}面和{111}面的刻蚀是各向异性的;当刻蚀温度从820℃升高到980℃时,{100}面表面粗糙度从0.40μm增加至2.28μm,{111}面表面粗糙度从0.70μm增加到3.32μm,金刚石单颗粒的抗压强度由未刻蚀金刚石的576 N降低到最小530 N,冲击韧性由92.94%下降到89.21%。当金刚石体积分数为5%时,刻蚀后金刚石节块的抗弯强度增幅达到17.9%。

稀土钇和铈对321不锈钢中钛类夹杂物的改性作用

通过在321不锈钢熔炼过程中分别添加不同含量的稀土元素钇(Y)和铈(Ce),研究321不锈钢中钛类夹杂物的热力学特征,考察了稀土元素种类及含量对钢中钛类夹杂物成分及形貌的影响。结果表明,未添加稀土元素时,321钢液中典型夹杂物为TiN和以Al_(2)O_(3)为核心的Al_(2)O_(3)-TiN复合夹杂物。向钢液中添加稀土元素,当Y添加量为5.0×10^(-6)(质量分数,下同)时,钢液中的典型夹杂物为Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)和部分未被改性的Al-O复合夹杂物,随着Y元素含量增加,Al_(2)O_(3)夹杂物被逐渐改性为含钇氧化物,当Y添加量为4.7×10^(-5)时,钢液中的典型夹杂物为Y_(2)O_(3)-TiN复合夹杂物;当Ce添加量为5.0×10^(-6)时,钢液中的夹杂物主要有Ce-O、Ce-Al-O类夹杂物,Al_(2)O_(3)夹杂物不再单独存在。钢液中TiN夹杂物的数量及尺寸随稀土元素添加量的不同而存在差异。添加稀土元素后,TiN数量减少,尺寸减小,当Ce添加量为1.0×10^(-5)时,TiN的数量及尺寸均与Y添加量为4.7×10^(-5)时接近,表明在添加量相近的情况下,Ce对夹杂物的改性效果优于Y。

溶胶-凝胶/高温氢还原工艺制备Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末

Al_(2)O_(3)协同La_(2)O_(3)强韧化的钼及钼合金具有优越的综合力学性能,通过粉末冶金方法制备钼及钼合金的关键在于获得超细或纳米Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)粉末。本文以仲钼酸铵、硝酸铝、硝酸镧和柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶-煅烧-高温氢还原工艺制备Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末,利用XRD、SEM、EDS和TEM等分析手段对粉末的微观组织结构进行表征。结果表明:当水浴温度为85℃、pH=1、柠檬酸与钼酸铵的质量比为1.7时,形成了网状结构大分子交联的络合物前驱体,这有利于在后续高温还原过程中制备超细或纳米Mo复合粉末。前驱体粉体在550℃煅烧3 h后,粉末主要由MoO_(3)和Al_2(MoO_(4))_(3)组成。采用一步高温氢还原时,还原3 h后MoO_(3)全部转化成Mo,其最低还原温度为650℃。在650℃以下通过氢还原得到了微米尺寸Mo-Al_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)复合粉末,而在750℃通过氢还原得到了由纳米颗粒聚集而成的近球形絮状粉末,在850℃通过氢还原得到的粉末内部出现烧结颈,其颗粒尺寸略有增大。