空间占位法制备的Si-C负极材料及其在锂电池中的应用

硅基锂离子电池在充放电过程中存在巨大的体积效应,有效抑制硅体积的膨胀以及降低硅的成本是推进硅基锂离子电池商业化应用的关键因素。以低成本的商业用微米硅、空间占位材料Al和沥青为原料,通过常温搅拌粘结、热解复合和酸处理得到空间占位法制备的3种不同碳质量比的复合电极材料,即Si-C-1-1、Si-C-1-2和Si-C-1-3。通过扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电、循环伏安法和电化学阻抗法对不同碳质量比的Si-C复合电极材料进行形貌表征与性能测试,结果表明,Si-C复合电极材料呈多孔的结构,可有效缓解充放电过程中硅的体积膨胀问题,其中Si-C-1-2复合电极材料表现出最优异的性能。Si-C-1-2复合电极材料组装为电池后,在电流密度为200 mA/g时表现出较高的首次库伦效率(84%)和首次比容量1 080 mA·h/g,循环100圈后比容量保持率为57%。

空间占位法制备多孔Ti-5Cu合金及性能的研究

以钛粉和铜粉为原料,碳酸氢铵为占位剂,应用粉末冶金的方法制备出多孔Ti-5Cu合金,并对其微观结构和力学性能进行表征。结果表明:碳酸氢铵作为占位剂时,其添加量对制备出的多孔Ti-5Cu合金的相组成没有明显影响,但对其孔结构和力学性能有显著影响。当加入的碳酸氢铵量增加时,多孔Ti-5Cu合金的孔隙率随之增加,大孔结构变得相互连通;其弹性模量和抗压强度均降低,可通过调整碳酸氢铵的添加量调整其与自然骨近似匹配,有潜力用作多孔抗菌硬组织植入体。

Mn含量对多孔Ti-Mo-Mn合金微观结构及力学性能的影响

以钛粉、钼粉和锰粉为原料,碳酸氢铵颗粒为造孔剂,采用粉末冶金工艺制备出医用多孔Ti-Mo-Mn合金,并研究了锰含量对多孔Ti-Mo-Mn合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,随着锰含量从0wt%增加到10wt%,多孔Ti-Mo-Mn合金的孔隙率降低,大孔孔径少量减小,β-Ti相的比例相对增多,弹性模量和抗压强度相应增加。含7.5wt%Mo和5wt%~10wt%Mn的多孔Ti-Mo-Mn合金具有三维连通的多孔结构和良好的力学性能,有潜力用作皮质骨缺损修复材料。

硬脂酸添加量对多孔Ti-5Cu合金微观结构及性能的影响

以球形硬脂酸为占位剂制备多孔Ti-5Cu合金,研究了不同硬脂酸添加量(10%~50%)对制备出的多孔Ti-5Cu合金微观结构及力学性能的影响。结果表明:以球形硬脂酸为占位剂制备出的多孔Ti-5Cu合金具有与人体骨骼相似的各向异性孔结构。当提高硬脂酸添加量时,制备出的多孔Ti-5Cu合金的孔隙率和孔隙连通性逐渐增加,其弹性模量和抗压强度逐渐减小,但其添加量对多孔Ti-5Cu合金的物相无影响。本研究制备多孔Ti-5Cu合金的孔隙特征和力学性能满足骨科植入材料的基本要求。

球磨时间对多孔Ti-5Cu合金微观结构和力学性能的影响

采用机械球磨和空间占位法经真空烧结制备生物医用多孔Ti-5Cu合金。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光粒度仪等对球磨不同时间的金属粉末进行分析,并研究球磨时间对制备出的多孔Ti-5Cu合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,球磨2 h时,Ti-5Cu粉末的形貌变得扁平,其平均粒径明显减小。进一步增加球磨时间仅轻微降低粉末的平均粒径。随着球磨时间的增加,制备出的具有模拟人体骨骼各向异性孔结构的多孔Ti-5Cu合金的孔隙率逐渐减小,其弹性模量和抗压强度先升高后下降。在研究的球磨时间范围内,球磨2 h的金属粉末制备出的多孔Ti-5Cu合金的弹性模量和抗压强度最高,分别为3.79 GPa和89.00 MPa。

低成本医用多孔Ti-5Mn合金的制备及其压缩性能

以不同添加量的碳酸氢铵(NH_(4)HCO_(3))颗粒(10%~40%)为占位剂,使用粉末冶金工艺制备出低成本医用多孔Ti-5Mn合金,并检测其微观结构和力学性能。结果表明,不同碳酸氢铵添加量制备出的多孔Ti-5Mn合金均由α-Ti相和β-Ti相组成,其添加量对合金的物相无影响。当碳酸氢铵添加量增加时,制备出的多孔Ti-5Mn合金的孔隙率增加,密度相应减小,大孔平均孔径变大并逐渐变得三维连通,而其弹性模量和抗压强度逐渐减小。实验使用不同添加量的碳酸氢铵颗粒制备出的具有合适孔结构和力学性能的低成本医用多孔Ti-5Mn合金可作为皮质骨缺损修复的候选材料。

多孔Ti-5Ag合金的制备及力学性能研究

以钛粉和银粉为原料,不同含量的碳酸氢铵为占位剂,采用粉末冶金的方法制备多孔Ti-5Ag合金。结果表明制备的多孔Ti-5Ag合金的相组成为α-Ti。随着碳酸氢铵添加量的增加,多孔Ti-5Ag合金的密度逐渐降低,孔隙率逐渐增加。形貌观察表明随着孔隙率的增加,多孔Ti-5Ag合金中大孔的数量增多,并且孔与孔之间的连通性增加;力学测试显示其弹性模量和抗压强度均降低。多孔Ti-5Ag合金的力学性能可以通过控制碳酸氢铵的添加量调整到与人体骨匹配,有潜力作为多孔抗菌植入体用于骨科。

烧结工艺对多孔Ti-5Cu合金微观结构和力学性能的影响

以40%球形硬脂酸为占位剂,应用粉末冶金法制备出具有各向异性多孔结构的多孔Ti-5Cu合金,并研究了烧结工艺对多孔Ti-5Cu合金微观结构和力学性能的影响。结果表明烧结温度和保温时间对制备出的多孔Ti-5Cu合金的相组成没有明显影响,但对其微观结构和力学性能有较大影响。在900℃保温2h制备出孔结构和力学性能较佳的多孔Ti-5Cu合金,其孔隙率为68.25%,抗压强度为89.00MPa,弹性模量为3.79GPa,与人体骨的力学性能相近,有潜力用作骨修复材料。

细长孔的多孔Ti-5Nb合金制备及力学性能研究

以钛粉和锭粉为原料,球形硬脂酸为占位剂,采用粉末冶金法制备出多孔Ti-5Nb合金,并用称重法、XRD、SEM和万能力学试验机等研究了硬脂酸添加量对多孔Ti-5Nb合金微观结构和力学性能的影响。结果表明:以球形硬脂酸为占位剂成功制备出了具有排列近似一致的、细长孔结构的多孔Ti-5Nb合金。当硬脂酸添加量从10%增加到50%时,多孔Ti-5Nb合金的相组成几乎没有变化,但其密度降低,孔隙率增大,大孔之间的连通性增加,弹性模量和抗压强度均降低。通过控制硬脂酸的添加量可以使多孔Ti-5Nb合金的力学性能与皮质骨和松质骨匹配。