烧结温度对SiO_(2f)/SiO_(2)陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能的影响

通过系统研究烧结温度对SiO_(2f)/SiO_(2)陶瓷基复合材料的密度、孔隙率、微观形貌、拉伸性能、弯曲性能及韧性的影响,获得了高强高韧性复合材料。随着烧结温度升高,材料密度升高;而孔隙率先降后升,归因于基体的收缩增加,且在850℃下收缩严重产生了微裂纹。微观形貌结果表明:随着烧结温度升高,收缩增加,SiO_(2)基体由粗糙变得光滑;基体由颗粒黏接状转变为陶瓷熔融状;且纤维与基体结合由弱变强。随着烧结温度的升高,拉伸强度逐渐降低。拉伸性能主要取决于复合材料的韧性。随着烧结温度升高,弯曲强度先升后降,并在700℃取得最高值71 MPa。只有在基体具备一定强度前提下,韧性才能充分发挥作用。在650℃~750℃烧结温度制度下,复合材料可实现拉伸性能、弯曲性能与韧性的最优化。

纳米SiO_(2)/桐油基环氧树脂复合材料的制备及性能

通过制备环氧化桐油酸甲酯,并将其与E51环氧树脂共混,得到桐油基环氧树脂。再用硅烷偶联剂KH-570改性纳米SiO_(2),并以不同的质量比添加到桐油基环氧树脂中,探究不同纳米SiO_(2)含量在力学性能、接触角以及耐磨损性能上对桐油基环氧树脂复合材料的影响。结果表明:质量比为6%的纳米SiO_(2)的桐油基环氧树脂复合材料的拉伸和冲击强度都得到了提高,冲击强度较未加入纳米SiO_(2)提高了53.3%,水接触角也从93.3°提高到104.76°,并且添加纳米SiO_(2)之后复合材料的耐磨损性能也随之增强。

针刺结构SiO_(2f)/SiO_(2)复合材料的等离子烧蚀性能及介电性能研究

通过溶胶凝胶法制备针刺结构石英纤维增强石英(SiO_(2f)/SiO_(2))复合材料,研究了其在1400℃~2000℃下的等离子烧蚀性能,并研究了其介电性能的变化。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料进行了表征,采用短路波导法对材料Ku波段的介电性能进行数据分析。研究结果表明,随着烧蚀温度由1400℃升高至2000℃,质量烧蚀率和线烧蚀率分别由0.001 g/s和0.003 mm/s增加到0.003 g/s和0.012 mm/s,介电常数由2.95升高到3.05,介电常数变化≤0.1,损耗角正切无明显变化规律且均小于0.008。

SiO_(2)纳米纤维复合材料研究进展

随着纳米科技的快速发展,SiO_(2)纳米纤维复合材料因其卓越的物理化学特性,如高比表面积、优异的机械强度和良好的热稳定性,在材料科学领域引起了广泛关注,此次研究探索了SiO_(2)纳米纤维的合成方法、性能优化策略及其在环境治理、生物医学和能源转换存储等领域的应用。研究过程中,也面临了成本、可扩展性、环境影响和生物相容性等挑战,并提出了相应的解决策略,研究表明,通过持续的研究和技术创新,SiO_(2)纳米纤维复合材料有望在未来的材料科学和相关技术领域中发挥更加重要的作用,为推动社会的可持续发展作出贡献。

SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料的制备及传热机理研究

由于纳米SiO_(2)与玻璃纤维制备的复合材料表面会出现碎屑,在材料中加入硅溶胶,制备了一种新型SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料,通过热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪研究了SiO_(2)气凝胶含量对复合材料热性能和微观结构的影响。结果表明:随着SiO_(2)气凝胶含量的增加,复合材料热导率没有下降,而是出现上升趋势,这与复合材料的密度和固体热导率密切相关;SiO_(2)气凝胶的加入使得复合材料产生了硅氧键,但不影响复合材料的物理结构,由于硅氧键的存在,材料的物理性能更好;SiO_(2)气凝胶含量为9%(质量分数)时,复合材料的性能最佳。

基于Stöber法的SiO_(2)核壳型纳米复合材料的可控制备及摩擦学性能研究

本文开发了一种超声辅助的Stöber法,可用于制备具有良好润滑性能的SiO_(2)核壳纳米复合材料。制备的SiO_(2)核壳型纳米复合材料含有SiO_(2)芯体和三种不同壳体:酚醛树脂(RF)、sp3主导的无机碳以及sp2主导石墨烯壳层。研究发现氨根离子能够改变表面电荷,在无表面活性剂参与的情况下实现SiO_(2)表面包覆RF。研究了RF在低温、中温、高温热解的三个关键阶段,考察了表面结合水/羟基等析出、羧基/酚类物质析出、烷基侧链等析出、石墨化进程的发展过程及Fe等催化剂的作用;探索了SiO_(2)@石墨烯作为润滑添加剂的摩擦学性能,发现相比PAO4,其摩擦系数可降低30.5%,磨损率可降低69.2%,展现出核壳型纳米复合材料的良好润滑作用。

PVA纤维和纳米SiO_(2)对水泥基复合材料性能影响研究

通过复掺PVA纤维和纳米SiO_(2)到水泥基复合材料中,研究不同PVA纤维掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和纳米SiO_(2)掺量(1.0%、1.5%、2.0%)下水泥基复合材料的抗折性能、抗压性能和抗硫酸盐侵蚀性能,并利用SEM扫描电镜分析了水泥基复合材料的微观形貌,探讨了PVA纤维和纳米SiO_(2)对各方面性能的作用机理。结果表明:水泥基复合材料的28 d抗折强度和抗压强度均随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加逐渐增大,当二者掺量均为2.0%时,抗折强度最高为11.34 MPa,抗压强度最高为70.2 MPa。随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加,水泥基复合材料干湿循环后的质量损失率逐渐减小,抗压强度耐蚀系数逐渐增大,当PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量均为2.0%时,质量损失率最低为0.827%,抗压强度耐蚀系数最高为0.995。

铁基软磁复合材料的SiO_(2)包覆研究进展

软磁复合材料在诸多领域有着重要的应用,随着技术的发展,对软磁复合材料的性能要求也在不断提高中。为了满足在高频率和高功率工况下的应用需求,需要开发低损耗、高磁导率的软磁复合材料。SiO_(2)作为绝缘包覆介质具有高电阻率和高热稳定性,能够通过多种方法包覆在磁粉颗粒上,因此在新型软磁复合材料开发领域得到广泛的应用。总结了溶胶凝胶法、化学液相沉积法、反相微乳法、化学气相沉积法、双层包覆法和改性树脂包覆法在铁基软磁复合材料的SiO_(2)绝缘包覆上的应用,归纳了上述各绝缘包覆方法的特点,并按其特点进行了分类,指出了当前SiO_(2)绝缘包覆面临的一些问题,并对未来绝缘包覆方法的发展进行了展望。

SiO_(2)与ZrO_(2)组元对铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中分别添加SiO_(2)和ZrO_(2),研究SiO_(2)和ZrO_(2)对粉末冶金铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时摩擦磨损性能的影响,并分析两者影响机制的内在关联。结果表明,含SiO_(2)或ZrO_(2)的铜基摩擦材料与C/C-SiC复合材料配副时,能在高制动速度下保持较高的平均摩擦因数,分别为0.3758和0.3424,摩擦材料的磨损量较低,为1.44μm/次和0.95μm/次,配副材料几乎无磨损。SiO_(2)在制动过程中易脱落,形成磨粒,对摩擦材料与配副材料表面造成磨粒磨损,而ZrO_(2)在基体中保持完整,以硬质微凸体的形式对C/C-SiC复合材料摩擦表面产生犁削作用。SiO_(2)在高制动速度下破碎脱落后易嵌入C/C-SiC复合材料表面摩擦膜,有利于以Cu及Cu的化合物为主的磨屑在其周围积累,促进摩擦转移膜在C/C-SiC复合材料摩擦表面的形成,从而改善材料的摩擦磨损性能。

SiO_(2)-MgO复合材料的制备及其吸附性能研究

以黄磷炉渣为硅源制得SiO_(2)基体材料,将MgO负载在SiO_(2)基体材料表面制备了SiO_(2)-MgO复合材料,用于吸附刚果红染料废水。考察了吸附时间、吸附温度、刚果红染料废水初始质量浓度对吸附效果的影响。研究表明:当刚果红质量初始浓度为50mg/L、吸附剂用量为0.1g、吸附温度为25℃、吸附时间为10min时,吸附率可达99.73%,吸附量为49.87mg/g。SiO_(2)-MgO复合材料吸附性能好,且实验方法操作简单、经济效益高。

TiO_(2)-SiO_(2)复合材料的结构调变对其催化应用的影响

TiO_(2)-SiO_(2)复合材料(TSCM)的催化应用性能受到其所含TiO_(2)物种的晶相和SiO_(2)骨架的孔道结构的显著影响。本文归纳总结了TSCM中TiO_(2)物种晶相、SiO_(2)骨架的孔道结构、形貌等特性的调变规律及其对TSCM催化性能的影响,并展望了TSCM材料的结构特性演变趋势以及在制备方法上的取舍。TSCM直接作为催化剂时,其活性位普遍被认为是TiO_(2)-SiO_(2)界面上的Ti—O—Si键位和酸性位点。而作为载体材料时,TSCM中的TiO_(2)物种可以与负载的金属活性中心表现出显著的载体-金属相互作用(SMSI),TiO_(2)物种的晶相可以对形成的金属活性中心的性能产生显著影响。在TSCM材料的合成研究中,合成含有单一锐钛矿相(Anatase)TiO_(2)物种的Anatase-SiO_(2)或单一金红石晶相(Rutile)的Rutile-SiO_(2)类型TSCM材料,以及同时含有这两个晶相TiO_(2),但晶相比例可调的A/R-SiO_(2)类型TSCM材料仍充满挑战。TSCM的SiO_(2)骨架特性调控也同样具有挑战,如何在得到特定晶相和粒子尺寸的TiO_(2)物种的同时获得特定孔道特性和形貌特征的SiO_(2)骨架,仍是研究的难点和热点。两步法无需同时控制TiO_(2)和SiO_(2)物种的制备参数,重现性好,多用于特殊形貌的TSCM的制备,但通常其中TiO_(2)物种的分散度不佳。而一步法制备过程简短,更容易得到多孔-大比表面积材料,有利于实现TiO_(2)粒子的尺寸控制及其在SiO_(2)骨架中的均匀分布,从而得到更丰富的Ti—O—Si界面活性物种,但需要在同一合成体系中同时控制相互影响的TiO_(2)和SiO_(2)物种的制备参数,调控难度极大,与两步法相比,重现性较差。

SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料的制备及性能研究

制备了SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料,研究了SiO_(2)气凝胶添加量对复合材料导热系数、吸水性能、浸水后力学性能的影响。结果表明:随着SiO_(2)气凝胶添加量的增加,复合材料的导热系数逐渐减小,且减小幅度趋缓;SiO_(2)气凝胶添加量越大,复合体系的吸水率越大;浸水后复合材料的拉伸强度、断裂伸长率随着SiO_(2)气凝胶添加量的增加呈先增大后减小的趋势。从SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料断面的SEM形貌图可以看出,SiO_(2)气凝胶添加量增加会导致基材有褶皱产生。综合性能和成本分析,较为合适的SiO_(2)气凝胶添加量为1%~3%,此时制得的SiO_(2)气凝胶/TPO弹性体复合材料综合性能较为优异。

Mg添加对SiO_(2)/Al-Si-Fe复合材料显微组织和力学性能的影响

利用搅拌铸造技术制备SiO_(2)增强富铁铝基复合材料,采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪分析复合材料微观组织和界面结构,采用布氏硬度计、电子万能试验机测量复合材料的力学性能。结果表明:Mg的存在促进SiO_(2)颗粒在基体中均匀分布,并使粗大针状铁相细化,SiO_(2)颗粒在反应过程中逐步转变为Al_(2)O_(3),加入Mg之后,原位反应产物出现了MgAl_(2)O_(4)。增强体颗粒在反应过程中破碎,细化的颗粒强化了力学性能。当Mg含量质量分数达到1.5%时复合材料的性能最优,硬度和抗拉强度分别为HB 92.1和147 MPa。

基于响应面法的SiO_(2f)/SiO_(2)复合材料多级防潮涂层工艺优化

为了提高SiO_(2f)/SiO_(2)复合材料的防潮性能,在单因素试验基础上,采用响应面法对多级防潮涂层的成型工艺参数进行优化。通过Box-Behnken中心组合试验设计,以十周期交变湿热吸水率为响应值,研究疏水时间、刮涂次数、浸涂时间和喷涂遍数4个因素对吸水率的影响,建立相关数学模型,并进行试验验证。结果表明:4个因素对吸水率的影响均达到极显著水平,此外疏水时间,喷涂遍数,浸涂时间及刮涂次数对吸水率的影响依次减弱。模型数值优化获得最优工艺条件为疏水时间12h,刮涂次数3次,浸涂时间2.8h,喷涂遍数3次。在此工艺条件下,吸水率实际降低到0.198%,与预测值0.195%的偏差在2.0%以内。因此,所建模型为实现SiO_(2f)/SiO_(2)复合材料的超高防潮性能提供科学依据。

同轴电缆用超疏水二氧化硅@石英纤维复合材料的性能研究

具有低介电常数的SiO_(2)复合材料在低介电和隔热保温材料领域有着广阔的应用前景,但SiO_(2)复合材料在实际应用中存在吸水性强、保存条件苛刻等问题。使用疏水改性剂(六甲基二硅氮烷(HMDS)、硬脂酸、十二烷基硫酸钠)对SiO_(2)@石英纤维复合材料进行改性,研究疏水改性剂类型及质量分数对复合材料疏水性能和介电性能的影响。结果表明,3%的HMDS改性复合材料的疏水改性效果最好(接触角为151.6°),保存240d后接触角最低为132.6°,200℃煅烧后复合材料的介电常数低至1.87。将疏水改性SiO_(2)@石英纤维复合材料制成同轴通信电缆,所得电缆的电压驻波比为1.48,衰减值为1.56dB,特性阻抗为48Ω。疏水改性复合材料具有优异的电缆性能,在通信电缆等领域展示出潜在的应用价值。

BP/SiO_(2)复合材料光催化降解甲基橙染料的研究

针对黑磷(BP)纳米片易团聚的问题,利用静电自组装方法将带正电荷的改性硅球和带负电荷的BP自组装成BP/SiO_(2)复合材料。自组装后的BP/SiO_(2)复合材料可有效避免BP纳米片间的团聚,从而暴露出BP纳米片更多的化学活性位点,进而增强BP的光催化性能。利用TEM、紫外光谱及光催化降解实验对其进行表征,结果表明,BP纳米片与改性硅球发生了静电自组装,且自组装后的BP纳米片比未组装的更薄,表明改性硅球确实能使BP纳米片层间的团聚受到抑制;在静置1 h以后,自组装后的BP纳米片比未发生自组装的BP纳米片获得了更加优异的光降解性能(MO去除率提高了23.26%)。

纳米SiO_(2)和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂性能

通过18组共90根纳米SiO_(2)和聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料预制切口小梁试件的三点弯曲断裂试验,以起裂断裂韧度和断裂能作为评价指标,探讨了纳米SiO_(2)掺量、PVA纤维体积分数及石英砂粒径对水泥基复合材料断裂性能的影响.结果表明:适量的纳米SiO_(2)和PVA纤维可显著改善试件的断裂性能,在未掺纳米SiO_(2)或纳米SiO_(2)掺量为2.0%条件下,随着PVA纤维体积分数的增加,试件的起裂断裂韧度和断裂能均呈现先增后减趋势,且均在PVA纤维体积分数为1.2%时达到最大值.当纳米SiO_(2)掺量小于1.5%时,试件的断裂性能随着纳米SiO_(2)掺量的增加而提高;当纳米SiO_(2)掺量大于1.5%时,纳米SiO_(2)的掺入对试件的断裂性能有不利影响;随着石英砂粒径的减小,试件的断裂性能逐渐降低.

偶联剂对EVOH/纳米SiO_2复合材料结构与性能的影响

采用不同的偶联剂KH550、KH560、KH570和KH8431对纳米SiO2进行表面改性,采用熔融共混法将未改性和改性纳米SiO2(5%(质量分数)SiO2)与EVOH共混制成复合材料,并吹塑成薄膜。利用FT-IR、TEM、SEM对不同偶联剂处理的纳米SiO2和复合材料的结构进行表征,并对复合材料的流变性能、阻隔性能、力学性能、耐热性能和透明性进行了表征。结果表明,纳米SiO2与4种偶联剂均形成化学键合,改性纳米SiO2比未改性纳米SiO2在EVOH中分散性好,加工时熔体的流动性更好。用KH550处理的纳米SiO2在EVOH中分散性最好,与EVOH能形成较大界面相互作用力,与EVOH/未改性纳米SiO2复合材料相比,EVOH/改性纳米SiO2复合材料的拉伸强度和储能模量分别提高17.2%和136%,透湿、透氧系数分别下降11.2%和9.5%,透光率达到74.9%,雾度为14.9%。

SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征

SiO_(2)气凝胶的力学性能较差,隔热性能较强,为了使其成为良好的隔热材料,本文提出一种SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体,硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂,在常压条件下制备SiO_(2)气凝胶纤维隔热复合材料,并对材料性能进行表征。结果表明:前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高,复合材料中SiO_(2)气凝胶导热系数越低,低至0.028 W/(m·K);使用硅烷偶联剂KH550时,基体和纤维之间结合的紧密程度更高;纤维的加入使SiO_(2)气凝胶的力学性能达到很高水平;当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时,经KH550处理的玻璃纤维/SiO_(2)气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K),力学性能良好,隔热性能最优。

纳米SiO_(2)/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

首先,利用上浆法,将改性纳米SiO_(2)与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO_(2)/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP)。利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进行了研究。结果表明,纳米SiO_(2)成功被偶联剂改性,并均匀附着在玄武岩纤维表面,玄武岩纤维表面的粗糙度被有效地改善;S-BF/EP层状复合材料内纳米SiO_(2)对应的Si-O-Si键收缩振动,使得S-BF/EP层状复合材料比空白EP样品多出1107和803 cm-1两个振动峰;S-BF/EP层状复合材料降解温度比EP材料高10℃,其在建筑材料应用方面更有优势;S-BF/EP层状复合材料的抗拉强度和抗弯强度分别为489和987 MPa,均高于环氧树脂材料样品的368和795 MPa;经过95℃湿热老化后,S-BF/EP层状复合材料抗拉强度和抗弯强度性能损失分别为23.9%和9.6%,明显低于空白EP样品的32.9%和36.6%;断裂面SEM分析表明,S-BF/EP层状复合材料中纤维与环氧树脂基体结合紧密,未发现裂纹或者缝隙。