负热膨胀材料及其在激光熔覆中的应用

激光熔覆是一种典型的表面改性技术,已得到了广泛的应用。在激光熔覆快速冷凝过程中容易产生热应力,进而产生变形,严重时会产生裂纹、失效等缺陷。负膨胀材料是指在一定温度范围内材料体积出现热缩冷涨行为的材料,和热胀冷缩材料正好相反,负膨胀材料的发现为解决材料在受热时出现膨胀变形和失效提供了处理方法。正确的使用负膨胀材料可以抑制激光熔覆加工中的裂纹和热应力集中等缺陷,提高熔覆层的机械性能,产生热膨胀可控的材料甚至零膨胀材料。本文分析了激光熔覆中裂纹产生的机理,对负膨胀材料的种类及负膨胀的原理进行了总结,对每种负膨胀材料产生负膨胀行为的条件进行了对比和分析,负膨胀材料的膨胀系数和产生负膨胀行为的温度区间会影响在激光熔覆过程中的使用。重点对国内外已经实验验证的负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行了总结概括,提出负膨胀材料在激光熔覆中存在的一些普遍规律,以及现阶段负膨胀材料在激光熔覆应用中的不足,对负膨胀材料在激光熔覆中的应用进行概括和展望。

开元煤矿顺层钻孔高水膨胀材料封孔试验研究

针对我国瓦斯抽采钻孔封孔质量差、漏气严重问题,提出了高水膨胀材料封孔方法。对高水膨胀浆液固结体进行了单轴抗压实验,结果表明:随着水灰比的减小,高水膨胀浆液固结体的强度和弹性模量增大,在进行封孔浆液配置时可参考8:1的水灰比。在开元煤矿3908回风巷进行了水泥砂浆、高水膨胀材料及聚氨酯封孔效果对比试验,试验结果表明,高水膨胀材料封孔技术所封钻孔的初始自然瓦斯涌出量平均值为对比钻孔的48.7倍,衰减系数为对比钻孔的20%,闭气压力为对比钻孔的100余倍,瓦斯浓度为对比钻孔的1.5~3倍。高水膨胀材料封孔具有的瓦斯流量大、衰减慢、浓度高的优势,提高了顺层钻孔的密闭性,保证了超前卸压区钻孔的抽采负压,取得了较好的瓦斯抽采效果。

燃烧法合成高纯度负热膨胀材料ZrW_2O_8粉体

采用燃烧法在较低温度下成功合成了各向同性的负热膨胀材料ZrW2O8粉体。用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱综合分析和研究了反应过程中炉温、硼酸和尿素含量、W6+与Zr4+的摩尔比对合成ZrW2O8纯度的影响。结果表明:燃烧法可以合成高纯度、粒径为0.5μm的ZrW2O8粉体。燃烧法合成高纯ZrW2O8的最佳条件是:炉温为500℃,硼酸的摩尔分数为10%,(NH2)2CO与(NH4)5H5[H2(WO4)6]·H2O+ZrOCl2·8H2O的质量比为2:1,(NH4)5H5[H2(WO4)6]·H2O与ZrOCl2·8H2O的摩尔比为1:3.2。所合成的ZrW2O8在50～700℃之间的线膨胀系数α=-5.08×10-6/℃,其线膨胀系数与温度的关系符合方程dL/L0=-1.4×10-2-4.5×10-4T(50℃≤T≤700℃)。

新型镁质膨胀材料的制备

水泥在水化硬化过程中发生的体积收缩会导致混凝土产生微裂纹 ,降低混凝土的耐久性和使用寿命 ,新型镁质膨胀材料是以MgO为膨胀组分 ,以储量丰富和价廉易得的天然矿物为原料 ,经过煅烧制备得到的膨胀材料 ,可以用以补偿混凝土的收缩。本文主要研究了新型镁质膨胀材料的制备工艺 ,研究结果表明 ,适宜的生料配比为DOL 5 1 %、SERP 9 5 %和MAG 39 5 % ,膨胀材料中MgO的设计含量为 5 7%左右 ,烧成制度为 1 2 0 0℃下煅烧 1 0h ,空气淬冷。膨胀材料制备中要注意控制一定的颗粒度 。

负热膨胀材料研究进展

本文介绍了负热膨胀材料的制备技术、结构、性能、应用及热缩机理研究的主要进展。分析了负热膨胀材料合成及其应用中存在的主要问题,讨论了刚性单元模模型及其局限性,给出了热缩机理理论和实验特别是第一性原理声子谱计算和拉曼光谱研究的最新进展、存在问题及发展趋势。指出了负热膨胀材料研究中应重点解决的一些重要问题。

复合氧化物负热膨胀材料研究进展

在总结和分析负热膨胀材料的发展历史和近10年来的主要研究成果的基础上,简要介绍了几种具有异常的热膨胀行为的新材料的负热膨胀性能,并对负热膨胀机理作了探讨,总结了负热膨胀材料的结构特点,并对其应用前景和发展趋势进行了预测。

零膨胀材料设计与模拟验证

零膨胀材料对提高航空航天结构和电子设备等的热几何稳定性有重要意义。采用拓扑优化技术设计各相材料在单胞域的分布形式,以获得零膨胀材料的微结构形式。给出了由二相实体材料和空心构成的各向同性零膨胀材料的设计方案,讨论了初始设计依赖性问题,分析了该依赖性的存在原因。采用有限元技术代替实际测试,分析了所设计材料的试件在均匀温度变化下的变形,验证了所设计材料的零膨胀(低膨胀)性质,说明通过拓扑优化技术设计材料的微结构是设计零膨胀材料的有效方法。

新型镁质膨胀材料对水泥浆体收缩的补偿

主要研究了新型镁质膨胀材料对高C3S含量(质量分数为64.4%)水泥浆体收缩的补偿作用.结果表明,根据一定条件下(如养护温度、掺加粉煤灰等)水泥浆体的收缩特性来调整膨胀材料的煅烧温度和煅烧时间,控制合理的掺加量,新型镁质膨胀材料可以有效地补偿水泥浆体的收缩.

高水膨胀材料注浆工艺在瓦斯抽放钻孔密封中的应用

瓦斯抽放钻孔密封的根本是封堵钻孔周边的裂隙,包括巷旁泄压带里广泛发育的裂隙及钻孔径向的裂隙圈。高水膨胀材料具有高水灰比、高强度、迅速凝固、具有一定膨胀倍率的性能,结合手摇式注浆泵注浆封孔,能实现封孔成本低廉、操作简单、密封严密等3方面的要求。

掺新型膨胀材料混凝土渡槽早期抗裂性研究

大型混凝土渡槽易发生收缩开裂，严重影响渡槽的耐久性。掺新型膨胀材料可补偿混凝土收缩，降低和抑制混凝土渡槽开裂。采用平板法和圆环法对混凝土渡槽早期抗裂性能进行研究，探讨新型膨胀材料对混凝土渡槽早期塑性开裂性能的影响。研究结果表明：掺4％-8％的膨胀材料可有效补偿和降低混凝土收缩，降低和抑制裂缝的产生和扩展，掺8％的抗裂性能最佳。

新型负热膨胀材料的研究

介绍了近几年负热膨胀材料的研究成果及其主要发展,分析了此类材料的负热膨胀性能、结构特点、制备技术、应用中存在的主要问题及发展趋势,探讨了负热膨胀材料在今后研究中所面临的问题。

固井防窜用智能膨胀材料基本性能研究

制备了智能膨胀材料RT-1和RT-2,对比了其与高吸油性树脂(GS)和吸油性橡胶(GX)的吸油率、吸油速率以及体积膨胀倍数,并对其热稳定性以及相应的水泥浆工程性能进行了研究。结果表明:智能膨胀材料RT-2的综合性能较好,对煤油的饱和吸油率为10.8g/g、吸油速率为1.1g/(g.h)、体积膨胀倍数为11.4、热分解温度为368℃。当RT-2掺量达到10%(BWOC),降滤失剂(KW-4)掺量为2%,减阻剂(USZ)掺量为2‰时,水泥石在80℃油浴中养护1d时的体积膨胀率为2.5%,抗压强度为11.3MPa,在80℃×7MPa下30min的失水量为34mL,在80℃×21MPa下的稠化时间为94min,满足封闭油气窜流通道、提高水泥环胶结质量的基本性能要求。

自制膨胀材料在正高煤矿瓦斯抽采钻孔密封中的应用

为了提高煤层钻孔封孔的成功率,保证抽放效果,同时降低封孔成本,以贵州省六盘水市钟山区正高煤矿M51#煤层15102B工作面为工程背景,采用普通水泥、硫铝酸钙水泥熟料、石灰、石膏等材料的复配得到的一种主动膨胀、高强度的钻孔密封材料进行瓦斯抽采钻孔封孔实验。通过对十二个试验孔和十二个对比孔每次检测的浓度进行整理可知,该材料在正高煤矿本煤层钻孔进行密封应用中,与原有的仅采用袋装马丽散封孔袋密封的方法相比,瓦斯抽采浓度有了大幅度的提高。

膨胀型浆体的膨胀材料若干问题研究进展

弱层理面急倾斜岩层内巷道顶板层状岩体易产生"顺层滑移"破坏,利用膨胀型浆体对弱层理面进行注浆,产生"先挤后黏"的注浆加固效果,提高顶板围岩的强度和完整性,能较好地解决这一问题。针对膨胀注浆加固支护技术,提出了膨胀型浆体概念,分析了膨胀型浆体的膨胀作用机理。如何选择膨胀材料是配制膨胀型浆体的关键问题。通过对各类膨胀型材料的发展历程和国内外研究现状进行总结,论述了各类膨胀型材料的膨胀机理。从膨胀发育时间、体积膨胀率、力学强度、膨胀应力4个方面分析了膨胀型材料的特性,选定HSCA-Ⅱ型静态破碎剂为膨胀源进行了膨胀型浆体配比试验、体积膨胀率试验、力学强度试验,分析了静态破碎剂-膨胀型浆体的膨胀发育时间、体积膨胀率和力学强度特征。研究表明:随着静态破碎剂掺量增大,静态破碎剂-水泥新型膨胀型浆体的抗压强度减小,膨胀发育时间延长、体积膨胀率增大;静态破碎剂-水泥新型膨胀型浆体的膨胀发育时间合理、体积膨胀率较大、自身强度较高、膨胀应力能在支护岩体中提供挤压力,具有良好的工程应用意义。为实现良好的工程应用效果,后期还需要在膨胀材料优选及研发、膨胀型浆体膨胀机理、膨胀型浆体-岩体力学行为、膨胀型浆体膨胀—固化—流动耦合作用机制、膨胀型浆体协同支护理论与技术等方向开展大量的理论及试验研究。

王台铺煤矿高水膨胀材料充填管路布置研究

为了提高王台铺煤矿高水膨胀材料的充满率,采用理论计算和技术分析探讨了充填干路管选型、布置和工作面管路布置方式,并进行了试充填工业性试验。研究表明:在垂深235m的情况下,内径139mm的充填管路满足120m3/h的充填能力要求;在采高2.6m的条件下,充填干路管和工作面充填管沿顶板布置稳定可靠;工作面管路出浆口布置是影响支巷充满率的一个重要可控因素,布置在支巷最高点处比布置在巷口更有利于充满率的提高,试充填中两者的充满率分别达到了100%和93%。

负热膨胀材料的研究与应用进展

总结近年来国内外文献,介绍了负热膨胀材料的定义、分类标准,归纳了具有代表性的负热膨胀材料的几大系列,以ZrW2O8为例介绍了负热膨胀材料的几种常用的合成方法以及影响热膨胀系数的因素,指出了负热膨胀材料潜在的应用领域,并对负热膨胀材料的发展趋势和应用前景进行了预测.

吸水膨胀材料的研究进展和应用前景

论述了吸水膨胀材料的研究进展和应用前景以及生产现状,并对其市场进行了分析和预测,建议利用我省的科研和原料优势,尽快使其实现产业化,以推动我省复合材料产业的发展。

负热膨胀材料的研究现状及展望

概述了负热膨胀材料的发展历程及国内外研究进展和发展方向,介绍目前所发现的负热膨胀材料的种类及结构特征,整理归纳国内外对负热膨胀的微观机理的认识,综述制备负热膨胀材料的传统工艺和新工艺方法,并主要介绍近年来对负热膨胀材料机理的新认识和主要研究成果,探讨负热膨胀材料研究所面临的问题和潜在的应用价值。

多功能油气井水泥膨胀材料的研究

ＬＥ膨胀材料系经过特殊物理化学手段改性的无机非金属物质，它可与水泥的水化产物反应，造成水泥石的体积膨胀。实验考察了ＬＥ膨胀材料对水泥浆工程性能和温度、压力及受限程度对水泥石膨胀率、抗压强度、胶结强度的影响。此外，还对其与降失水剂、分散剂的复配性能及水泥石的酸溶性进行了研究。结果表明：ＬＥ膨胀材料在常温常压及高温高压下均能使油气井水泥石产生明显的体积膨胀，除具有轻度缓凝作用外，同时具有降失水、控制析水和改善胶结强度及抗压强度的作用，而对水泥浆的其它性能无过大影响，所形成的水泥石具有优良的酸溶性。因而是一种多功能膨胀材料。最后，对ＬＥ膨胀材料的作用机理进行了分析。

新型镁质膨胀材料的效能研究

以富镁尾矿为原料，经适宜工艺制备了新型膨胀材料，并研究了掺不同品种膨胀材料的水泥砂浆在不同龄期的力学性能以及在不同养护条件下的膨胀性能。结果表明，升高水化温度对水泥砂浆前期膨胀速率的增加比较明显，对水化后期影响较小；CaO含量高的膨胀材料早期膨胀率大，后期膨胀率小；当膨胀材料掺量在4％-6％时，水泥砂浆强度与变形可达到较好的平衡；新型膨胀材料具有持续稳定的膨胀性能，不存在无限膨胀和回缩现象。