铸造废砂和粉煤灰制备CBC复合材料的研究

CBC复合材料是以工业废渣为主要原料,在接近常温条件下制备而成的具有陶瓷和混凝土性能的新型无机非金属材料。以铸造废砂为增强材料、粉煤灰制成的CBC胶凝材料为基体,采用湿热强化工艺,探讨了制备CBC复合材料的原料配比、成型压力、用水量、养护方式等工艺参数对材料性能的影响。研究结果显示:CBC复合材料具有优异的物理、力学性能,可代替天然石材和高性能混凝土用于建设工程。

利用赤泥制备CBC复合材料的研究

以拜耳法赤泥为主要原料,通过低温煅烧、机械粉磨、化学激发,以充分激发赤泥活性,制备成强度高、成本低、经济、环保的CBC复合材料。研究了激发剂、胶凝材料细度、骨料对复合材料力学性能的影响和作用效果,考察了材料在不同条件下的吸水性、泛霜性。

CaO-SiO_2-P_2O_5-H_2O 系统中 CBC 材料的原料配比研究

以硅溶胶、磷酸和硝酸钙为原料，以１８种不同化学成分的原料配比分别合成了ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５－Ｈ２Ｏ系统中的ＣＢＣ材料．引入磷率（ＰＭ）或硅率（ＳＭ）及氧化钙标准值（ＣＳｔ）的概念，综合材料的化学成分及矿物组成的分析结果，以测得的劈裂抗拉强度指标为依据，对材料的配料问题进行研究．结果表明，欲制得高劈裂抗拉强度的材料，应控制ＰＭ为２０～３．０，ＣＳｔ为９０～１０５，或化学组成范围为：ＣａＯ，５３１～６１．２；ＳｉＯ２，９．３～１７．１；Ｐ２Ｏ５，２５．８～３５．５．

钙-硅-磷体系 CBC 材料的聚合度研究

利用红外光谱和固体核磁共振技术研究了ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５－Ｈ２Ｏ系统的ＣＢＣ材料水化过程中阴离子聚合度的变化情况，结果表明：随水化进行，水化产物中与ＯＨＡｐ对应的－ＯＨ基吸收谱带产生位移，更接近于标准纯ＯＨＡｐ中－ＯＨ基振动吸收谱带；至水化３６５ｄ时，有７７．２８％的硅酸盐以ＳｉＯ２形式存在，同时有少量的磷酸盐以聚合态［Ｐ２Ｏ７］４－形式存在．

CaO-SiO_2-P_2O_5-H_2O系统中CBC材料的溶胶凝胶过程研究 Ⅰ溶胶的形成及溶胶凝胶转变过程

以溶胶凝胶方法制备ＣａＯＳｉＯ２Ｐ２Ｏ５Ｈ２Ｏ系统中ＣＢＣ材料的工艺流程为基础，利用ＸＲＤ，ＩＲ及固体核磁共振（２９Ｓｉ，３１ＰＮＭＲ）等测试方法研究了溶胶的形成及溶胶凝胶转变过程中的物相变化及物相间发生的化学反应。结果表明：在多组分溶胶的形成过程中，由Ｃａ（ＮＯ３）２·４Ｈ２Ｏ和Ｈ３ＰＯ４反应生成Ｃａ２Ｐ２Ｏ７和Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２（羟基磷灰石，简写为ＯＨＡｐ，下同），两者均在硅溶胶颗粒的表面上析晶长大；在多组分溶胶凝胶的转变过程中，发生失水，减少电解质，改变ｐＨ值等一系列现象。

CaO－SiO_2－P_2O_5－H_2O体系中CBC材料的水化产物（一）水化产物组成

利用ＸＲＤ和ＳＥＭＥＤＳ等测试技术对ＣａＯＳｉＯ２Ｐ２Ｏ５Ｈ２Ｏ系统中ＣＢＣ材料的水化产物组成进行了研究。结果表明：随水化进行，ＯＨＡｐ、βＣ２Ｓ和βＣ３Ｐ的量均减少。水化３６５ｄ时，体系中出现了一些不知归属的衍射线，三强线为：０．２０９２（１００），０．８２１６（５６），０．３０９１（４１）。此外在水化产物中出现了两种不知名的水化磷酸盐：７ＣａＯ·３Ｐ２Ｏ５·ｘＨ２Ｏ和６ＣａＯ·Ｐ２Ｏ５·ｙＨ２Ｏ。前者是一种大片状的晶相，后者呈连续的大小不等的圆形小颗粒，难以断定是晶相还是凝胶相。

化学气相沉积陶瓷薄膜高温摩擦磨损性能研究

目的对比研究不同陶瓷薄膜的耐高温磨损性能。方法采用化学气相沉积工艺制备了TiN/TiCN、TiN/Al_(2)O_(3)、TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)3种陶瓷薄膜。通过划痕测试、显微硬度测试、高温摩擦磨损试验等测试方法,分别表征并评价3种陶瓷薄膜的附着力、硬度、耐600℃高温磨损性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行分析。结果化学气相沉积制备的3种陶瓷薄膜结构致密,无孔隙、裂纹等缺陷,且与基材结合界面良好,其中,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜与基体结合力最佳,为68.53 N,但其表层Al_(2)O_(3)薄膜与中间层TiCN薄膜结合强度较弱。600℃高温摩擦磨损结果表明,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜具有最高的高温摩擦因数,平均为0.51,但其耐高温磨损性能最佳,体积磨损率为0.58×10^(‒5)mm^(3)/(N·m);而TiN/TiCN薄膜具有最低的高温摩擦因数,平均为0.37,但其耐高温磨损性能最差,体积磨损率为4.23×10^(‒5) mm^(3)/(N·m)。结论3种陶瓷薄膜高温摩擦磨损的主要损伤形式各异,TiN/TiCN薄膜的主要磨损机制为黏着磨损、氧化磨损和疲劳磨损,TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损,TiN/TiCN/Al_(2)O_(3)多层薄膜的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。TiN/Al_(2)O_(3)薄膜的耐高温磨损性能最佳是由于其硬度较高,且化学性质稳定,主要磨损形式为磨粒磨损,较难被磨损去除。而TiN/TiCN薄膜耐高温磨损性能最差是由于TiCN薄膜硬度较低,在高温摩擦作用下,会发生氧化磨损、黏着磨损、疲劳磨损等多种损伤形式。

CaO-SiO_2-P_2O_5-H_2O体系中CBC材料的水化产物(二)水化产物的相分析

利用ＳＥＭ－ＥＤＳ和相分析技术对ＣａＯ－ＳｉＯ２－Ｐ２Ｏ５－Ｈ２Ｏ系统中ＣＢＣ材料的水化２８ｄ和３６５ｄ试样的抛光表面进行了观察分析，发现水化初期的物相分布以Ｃａ、Ｓｉ、Ｐ矿相为基体，占总相的６８．０５％；水化后期该相的量减少，Ｃａ、Ｐ相和Ｃａ、Ｓｉ相增多，并出现了纯Ｓｉ相，表明随水化进行，ＳｉＯ２和Ｐ２Ｏ５之间的相互固溶现象减少，最后详细分析了水化反应过程。

铝土矿选尾矿制备低温陶瓷泡沫材料工艺研究

本文研究出了用铝土矿选尾矿制备低温陶瓷泡沫材料工艺条件。探讨了尾矿活化条件、矿物组成、激发剂用量、水胶比、胶骨比的影响机理。分析了材料的矿物组成和微观结构。制备出了以尾矿为胶凝材料主原料、煤渣为骨料、铝粉为发泡剂的新型高强轻质泡沫复合材料。其抗压强度10.78MPa、密度0.94g/cm3、平均孔径2～5mm。

磷酸镁水泥的研究与应用进展

论述了磷酸镁水泥的一些研究进展,包括磷酸镁水泥的水化机理、水化产物、性能及其影响因素等,着重综述了磷酸镁水泥的耐久性问题和改性研究,在此基础上探讨了磷酸镁水泥的应用前景。

水热电沉积法制备羟基磷灰石/氧化钛复合涂层的研究

采用水热电沉积法,在钛金属基体上成功制备了羟基磷灰石(hydroxyapatite,HA)/氧化钛(HA/TiO2)复合涂层,对涂层的表面形貌、相组成、TiO2共沉积量、热稳定性和结合强度进行了研究。实验结果表明:复合涂层具有较均匀的微观结构。TiO2的加入明显改善了涂层与基体的结合强度,涂层中TiO2含量越高,结合强度的提高也越显著。在200℃,100g/LTiO2条件下,电沉积制备的HA/TiO2复合涂层的结合强度为21.0MPa,约为纯HA涂层的2倍。TiO2共沉积量随电解液中TiO2浓度的提高逐渐增加;随电解液温度的提高先增后降,在160℃达到最大。涂层经800℃热处理后,TiO2促使HA部分分解为β磷酸钙(βtricalciumphosphate,βTCP)和CaO;经1200℃热处理后,HA和TiO2发生相互作用生成αTCP和CaTiO3。

铜渣基铁系磷酸盐化学键合材料的制备及其固化Pb^(2+)的研究

利用富含铁氧化物的铜渣和磷酸二氢钾反应制备铁系磷酸盐化学键合材料,并将其作为基体材料固化重金属离子Pb^(2+)。研究了原料配比、缓凝剂及硝酸铅掺量对胶凝材料初凝时间和抗压强度的影响。结果表明,当m(P)/m(CS)为1/4及硼砂掺量为2%时,材料性能最好,自然养护28d和常压蒸汽养护24h抗压强度分别可达44.78 MPa和30.48 MPa。随着重金属铅掺量的增加,固化体抗压强度逐渐降低,铝掺量为4.5%时,自然养护28d和蒸汽养护24h固化块抗压强度均大于10 MPa。对固化体的重金属毒性浸出试验表明:铁系磷酸盐化学键合材料对重金属离子Pb^(2+)具有很好的固化效果,固化体毒性浸出质量浓度远低于国家浸出毒性鉴别标准限值(5mg/L)。通过XRD、SEM和FTIR对重金属固化体进行表征分析,发现固化体中形成了PbHPO_4和Pb_3(PO_4)_2等重金属磷酸盐产物,并被铁系磷酸盐胶凝相物质紧密包裹,从而通过化学键合和物理包裹等双重作用实现重金属Pb的稳定固化。

无机抗菌材料的制备技术及其新途径

文中对无机抗菌材料的种类、制备方法和材料抗菌机理和特点作了回顾。较详细地介绍和论述了CBC材料作为抗菌载体材料的制备方法、结构特征及其抗菌性能。

热化学反应陶瓷涂层技术研究进展

综述了热化学反应陶瓷涂层的研究现状,对涂敷法和热喷涂法热化学反应陶瓷涂层的配方及耐蚀性、耐磨性以及结合强度等性能进行了分析,并论述了机械力化学对热化学反应陶瓷涂层的影响。

表面粗化对氧化锆精密陶瓷化学镀镍的影响

对装饰用氧化锆精密陶瓷基板进行了表面粗化处理及化学镀镍工艺试验,研究了HF含量和浸泡时间对陶瓷表面粗化效果的影响,以及表面粗糙度与镀镍层形貌、结合强度之间的关系。结果表明:氧化锆精密陶瓷的表面粗糙度随着HF含量的增加和浸泡时间的延长而增加,且呈现浸泡初期和高HF含量时粗化速率更快的特点;随着表面粗糙度的增加,化学镀镍逐渐转向以胞状生长为主的方式形成沉积层,镀镍层的结合强度也不断提高。

黄磷炉渣制备化学键合陶瓷复合材料工艺研究

本研究采用物理、化学活化的方法激发黄磷渣的潜在活性,研究了某些主、辅激发剂的作用效果以及工艺参数对材料性能的影响。研究结果显示:以活化磷渣和原状磷渣进行复合,并通过强化手段可制备出抗压强度值达80MPa以上的化学键合陶瓷复合材料,它能代替传统混凝土和石材使用,具有良好的经济效益和环境效益。

低温陶瓷胶凝材料固化脱硫砷渣研究

本文研究了以粉煤灰、矿渣等工业废渣为主要原料配制的低温陶瓷胶凝材料固化脱硫砷渣的影响因素,研究结果表明:脱硫砷渣中的特征砷化合物是以亚砷酸钙的形式存在,经过固化后,转化成了砷、硅、铝共同组成的复杂化合物,固化体中砷渣掺量可达50%以上,抗压强度达到20MPa以上,毒性浸出砷浓度小于0.5mg/L;随着养护时间的延长,强度逐渐提高,砷浸出浓度进一步降低。研究结果说明了低温陶瓷胶凝材料在固化危险废弃物方面具有卓越效能。

热化学反应法制备Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层及其性能研究

目的研究Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层对金属基体的热防护性能。方法以钠、钾混合硅酸盐溶液为粘结剂,添加Al_2O_3、TiO_2、MgO、SiO_2等陶瓷骨料,采用热化学反应法在304不锈钢基体表面制备了Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层(记为AT13)。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的微观形貌、物相变化进行表征。在AT13涂层的基础上,预先喷涂金属Ni/Al过渡层,制备了AT13梯度涂层(记为AT13grade),综合比较分析了两种涂层在不同温度下固化后的结合强度,描述了涂层的高温氧化动力学曲线,对涂层的热震性能及失效机理进行了分析。结果涂层在800℃烧结固化后,致密性较好,涂层与金属基体之间呈现冶金结合,TiO_2发生了从锐钛相到金红石相的转变,α-Al_2O_3和金红石型TiO_2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。经1200℃高温氧化后,梯度涂层和非梯度涂层的增重与空白试样相比分别减少了0.223 mg/cm2和0.155 mg/cm2。800℃热震试验时,梯度涂层和非梯度涂层的热震循环次数分别为17次和6次。结论在涂层与基体之间制备金属Ni/Al过渡层能增强涂层的结合强度,提高其抗氧化性能,缓解陶瓷材料与金属基体之间的热膨胀系数差异,提高涂层的抗热震性能。梯度结构的陶瓷涂层具有更好的热防护性能。

拜耳法赤泥固化技术研究

本文以拜耳法赤泥固化干堆为背景,研究了低温陶瓷胶凝材料对赤泥固化效果的影响。结果表明,在浓度为60%的浆体中加入胶凝材料可显著提高材料土工力学性能。同时XRD、SEM分析表明,低温陶瓷胶凝材料中活性硅酸盐矿物在赤泥游离碱激发作用下,反应生成水化铝硅酸盐和水化硅酸盐,这些水化产物填充于赤泥颗粒间,使颗粒胶结连接成具有一定承载力的复合材料,实现了尾矿的安全堆存。

非晶态SiCN陶瓷的高温电导率

采用直流电流电压测试方法,测定了热裂解前驱体方法制得的SiCN非晶态陶瓷在室温至1373K范围内的直流电导率。结果表明:电导率从室温时的9.6×10-9(Ω·cm)-1增加到1373K时的1.62×10-3(Ω·cm)-1。用Mott模型和Arrhenius法则对实验数据进行分析表明:扩展态、带尾局域态、缺陷局域态、Mott模型中的变程跃迁都对样品的电导率有影响。X射线衍射结果表明:1473K热处理的样品为非晶结构。红外吸收谱表明:样品中主要键合方式为Si—C,Si—N和C—N键,仅有少量的C—H、Si—H和C—O键出现。