大气等离子喷涂Y_(3)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的CMAS腐蚀抗力

探索能够有效抵抗1300℃及以上温度钙镁铝硅酸盐(Calcium-Magnesium-Aluminum-Silicate,CMAS)腐蚀的新材料是近年来先进航空发动机用环境障涂层研究的重点任务。本工作围绕具有超强CMAS腐蚀抗力的YAG(Y_(3)Al_(5)O_(12))/Al_(2)O_(3)体系,采用大气等离子喷涂(Atmospheric Plasma Spraying,APS)技术制备了具有共晶成分的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。通过在1100、1300和1500℃对制备态涂层进行热处理,获得了具有不同微观结构的YAG/Al_(2)O_(3)涂层。利用不同表征手段研究了YAG/Al_(2)O_(3)涂层抵抗1300℃CMAS腐蚀的性能及微观结构对涂层腐蚀抗性的影响。研究结果发现,经不同温度热处理的YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS的反应产物均为石榴石结构固溶体、CaAl_(2)Si_(2)O_(8)和Ca_(2)MgSi_(2)O_(7)。腐蚀机制研究发现,1100℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层与CMAS反应界面的近连续分布石榴石固溶体层可有效阻隔CMAS腐蚀元素的扩散;1500℃热处理YAG/Al_(2)O_(3)涂层晶粒尺寸的增加及晶界数量的减少可降低涂层材料在CMAS中的溶解速率,二者均可通过影响腐蚀过程中的离子传输速率而影响各生成物的竞争析出,进而提升涂层的CMAS腐蚀抗力。本工作为YAG/Al_(2)O_(3)涂层热处理工艺优化提供了借鉴,并为通过微观结构优化调控YAG/Al_(2)O_(3)涂层的CMAS腐蚀抗力提供了新思路。

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。

复合持续时间对P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)异相复合玻璃结构和力学性能的影响

近年来,分相玻璃以其独特的结构以及优异的物理化学性质引起了广泛关注。本研究结合气动雾化加料和机械搅拌,采用熔融冷却法制备了纳米SiO_(2)-Na_(2)O高硅玻璃颗粒增强的P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃。通过改变复合持续时间,研究了玻璃的结构与力学性能之间的关系。结果表明,异相复合玻璃的杨氏模量高于P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃,并且随着复合持续时间由10 s增大到8 min,玻璃的杨氏模量呈现先升高后降低的趋势,在复合持续时间为6 min时,杨氏模量达到最大值80.7 GPa。相比于P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃,杨氏模量提高了18%。引入SiO_(2)-Na_(2)O高硅玻璃颗粒不仅能够在基体玻璃中形成第二相,而且会改变P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃的结构。随着复合持续时间由10 s增大到6 min,异相复合玻璃网络中磷的配位数逐渐增大,并且玻璃网络中的非桥氧数量逐渐减少,网络交联度逐渐增加。而复合持续时间超过8 min,则不利于网络交联度的增加。异相复合玻璃的开发为耐损伤玻璃材料的制备提供了新的思路。

Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)体系相平衡研究

为揭示Nb_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)-MgO-Na_(2)O-CaO-SiO_(2)多元含铌炉渣体系中的铌矿物的定向结晶规律,采用高温相平衡—冷淬—SEM-EDS/XRD/EMPA试验方法,考察了温度、钙硅比(CaO/SiO_(2))、Nb_(2)O_(5)含量等因素对炉渣相平衡关系的影响,并构建了含铌矿物结晶析出的优势相图。结果表明:铌的结晶矿物主要有三种,分别为Ca_(2)Nb_(2)O_(7)、Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))和3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5);铌先富集于液相,相较于脉石组分,含铌固相为后析出相;CaO/SiO_(2)增加会使含铌固相优势区间发生从Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相到Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相、再到3CaO·MgO·Nb_(2)O_(5)相的转变。Ca_(2)Nb_(2)O_(7)相的优势析晶区间为:温度1050~1200℃,C/S=0.8~1.2。Nb_(2)O_(5)在Ca_((14-x))Nb_((2+x))Si_(8)O_((35+1.5x))相中的嵌布质量浓度在18.5%~19.5%。

石榴石固态电解质材料Li_(6.4)Al_(0.2)La_(3)Zr_(2)O_(12)的制备及性能

采用固相反应法制得Al掺杂的固态电解质材料Li_(6.4)Al_(0.2)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LALZO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和交流阻抗谱等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同烧结方式对材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响,探究了固相反应过程机理.研究结果表明:混合料加热到425℃时开始生成立方相LALZO,更高温度下立方相LALZO经由Li_(0.5)Al_(0.5)La_(2)O_(4)和Li_(2)ZrO_(3)等中间相转化生成;425℃预反应后再经1000℃烧结可得到纯的立方相LALZO;与聚环氧乙烷(PEO)组成复合固态电解质时,该材料在30℃下离子电导率可达3.61×10^(-5)S/cm,具有良好的电化学性能.

V_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)助烧剂对低温烧结Li-Zn微波铁氧体性能的影响

随着现代无线通信技术的进步,微波通信器件向小型化、一体化方向发展,其中低温共烧陶瓷/铁氧体技术是关键所在.针对适用于雷达移相器中的Li-Zn微波铁氧体,本文通过加入V_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)(VA)助烧剂实现低温烧结(低于950℃),并研究助烧剂添加量及烧结温度对于材料晶体结构、微观形貌以及磁性能(饱和磁感应强度、矫顽力、铁磁共振线宽等)的影响.VA助烧剂的参与可以在降低烧结温度的同时维持Li-Zn微波铁氧体的尖晶石晶体结构,并能促进晶粒的生长,Li-Zn铁氧体的平均晶粒尺寸由最初的0.92μm增至9.74μm.在Li-Zn铁氧体烧结过程中,VA助烧剂中的V_(2)O_(5)由于具有较低的熔点会先融化形成液相,促进晶粒的生长;同时具有较高熔点的Al_(2)O_(3)可以抑制晶粒的过大增长,使晶粒均匀化.未添加助烧剂与添加VA助烧剂(质量分数为0.18%)制备的铁氧体相比,样品的饱和磁感应强度(B_(s))由144 mT增至281 mT;矩形比(M_(r)/M_(s))由0.57升至0.78;矫顽力(H_(c))由705 A/m降低至208 A/m;铁磁共振线宽(ΔH)由648 Oe减至247 Oe(1 Oe=10^(3)/(4π)A/m).总体来说,VA助烧剂可以有效提升Li-Zn微波铁氧体的多项性能,对低温共烧陶瓷/铁氧体技术的发展具有积极意义.

利用NaAlCl_(4)/ZSM-5@γ-Al_(2)O_(3)空心微球核壳复盐催化剂提高歧化效率

采用水热合成法制备ZSM-5@γ-Al_(2)O_(3)空心微球载体,再使用浸渍法将复盐NaAlCl_(4)负载在空心微球表面,将不同浸渍时间下的载体进行对比,结合温度变化,综合研究不同NaAlCl_(4)负载比例(4%、8%、12%、16%)下催化剂的催化效率,通过一系列表征辅助,结果表明在浸渍时间为2 h,反应温度200℃时,复盐负载比例为8%,催化剂用量0.7 g的情况下催化性能最好,为73.80%。

蓝光激发的Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)绿色长余辉材料发光性能研究

采用高温固相法合成了新型Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)绿色长余辉材料,并对其光致发光性能、余辉性能和光色热稳定性能进行了研究。结果表明:Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)绿色长余辉材料在320—490 nm范围的宽带吸收与蓝光LED芯片相匹配,其发射光谱为位于450—650 nm范围的宽发射带,对应于Ce^(3+)的5d-4f跃迁;Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)的内量子效率可以达到83.28%,τ80值约为12 s,远大于交流LED对于内量子效率>60%和τ80>0.4 ms的要求;在423 K前,Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)具有良好的光色稳定性。以上结果表明,Y_(3)Al_(2)Ga_(3)O_(12):Ce^(3+),Ge^(4+)是一种潜在的能被蓝光激发的交流LED用绿色长余辉材料。

Ce_(3+)∶GdLu_(2)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)共晶微结构及其发光性能

稀土共晶闪烁体是通过定向凝固晶体生长技术,将具有不同折射率的两相制备成具有射线探测功能的共晶材料,其中含有激活离子的闪烁体相的折射率高于基质相。在高能射线辐照下,闪烁体相将入射高能射线转换成荧光,然后,荧光在闪烁体相和基底相的界面以全反射的形式实现定向输出,从而有效提高辐射探测成像的空间分辨率。本工作采用微下降法成功生长得到∅3 mm×117.0 mm的1.0%(原子数分数)Ce∶GdLu_(2)Al_(5)O_(12)/Al_(2)O_(3)闪烁共晶样品。通过切割抛光加工得到∅3 mm×2.0 mm的共晶薄片,并将该共晶薄片进行微观结构、能谱分析和荧光性能等表征和测试,结果表明所得到的共晶样品由Ce∶GdLuAG和Al_(2)O_(3)两晶相构成,微观结构呈现出“中国结”结构,并在生长方向呈现出一定的有序排列。荧光光谱测试表明该共晶材料存在Gd^(3+)-Ce^(3+)间的能量传递,具有典型的Ce 3+辐射跃迁,其中双宽峰发射峰最强位于560 nm。此外,根据生长速率对共晶样品发射峰强、峰位以及荧光寿命影响,优化出最佳下拉生长速率为4.0 mm/min。

选择性激光烧结Al_(2)O_(3)/PA12复合材料的力学性能和热性能研究

采用选择性激光烧结法制备出不同Al_(2)O_(3)含量的PA12基复合材料,然后对其力学性能和热稳性能进行了研究,结果表明复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度随着Al_(2)O_(3)含量的增加逐渐降低;储能模量的情况则相反呈现出不断增加的趋势,热稳定性测试显示Al_(2)O_(3)的加入使复合材料的最大热分解温度显著向低温方向上移动,但进一步增加Al_(2)O_(3)含量几乎不影响复合材料的热稳定性。

Ag掺杂Mo-12Si-8.5B合金在25~600℃的摩擦学行为

本文中采用放电等离子烧结法制备了Mo-12Si-8.5B和Mo-12Si-8.5B-10%Ag这2种合金,通过高温真空摩擦磨损试验仪测试了2种合金与Al_(2)O_(3)摩擦副在25~600℃间的干摩擦学性能.结果表明:与Mo-12Si-8.5B合金相比,在25~600℃区间Mo-12Si-8.5B-10%Ag合金表现出更低的摩擦系数和磨损率.在600℃时,Mo-12Si-8.5B-10%Ag合金的摩擦系数和磨损率均可达到最小值,其值分别为0.41和1.14×10^(-5)mm^(3)/(N·m),此时Mo-12Si-8.5B-10%Ag合金的干摩擦性能表现最佳,这与Mo-12Si-8.5B-10%Ag合金磨损表面的MoO_(3)、SiO_(2)和Ag_(2)MoO_(4)等润滑相的存在及Ag在25~600℃范围内起到的润滑效果有关.此外,在25~200℃区间,Mo-12Si-8.5B-10%Ag合金的磨损机制主要为黏着磨损和剥层磨损,在400~600℃范围内,则以黏着磨损和氧化磨损为主.

无容器凝固制备Ce^(3+)∶Y_(3)Al_(5)O_(12)-Al_(2)O_(3)纳米荧光陶瓷及其在激光照明中的应用

蓝光激光二极管激发荧光材料获得高亮度光源技术逐渐成为大功率照明和显示领域的重要发展方向。激光照明与显示的研究涉及发光材料、光学工程、机械结构和电路设计等多学科领域,其中光学设计和荧光转换材料与器件属于核心技术,由于较高的研发和生产成本,限制了其广泛应用。本文采用无容器凝固技术快速、低成本制备Ce^(3+)∶Y_(3)Al_(5)O_(12)-Al_(2)O_(3)(Ce^(3+)∶AY26)基荧光纳米陶瓷,通过调控Ce^(3+)掺杂浓度优化其发光性能,0.5%Ce3+∶AY26获得了高内量子效率(87.4%);过量的Al_(2)O_(3)做为第二相能够起到散射中心作用,提高激光激发的转换效率和光束均匀性,并且Al2O3具有高热导率,制备的Ce^(3+)∶AY26基荧光纳米陶瓷的内量子效率在温度升到200℃时,仍保持室温下的95%。通过透射式激光照明测试系统,对比研究了厚度为1.5 mm荧光纳米陶瓷片和半径为1.5 mm半球形荧光纳米陶瓷在高功率密度蓝光激光辐照下的光色性能,实现了174 lm·W_(-1)的流明效率。利用无容器凝固技术制备半球形荧光纳米陶瓷,有望从材料制备方法的角度简化透射式激光照明模组的光学结构设计,未来具有巨大的应用潜力。

Al_(2)O_(3)基底上Zn/HZSM-5分子筛膜的制备与甲醇芳构化性能

通过在Al_(2)O_(3)微球上原位生长HZSM-5分子筛膜并负载Zn后获得了宏观颗粒尺寸2~3mm的Zn/HZSM-5/Al_(2)O_(3)分子筛,研究了其甲醇芳构化性能。结果表明:HZSM-5均匀包覆在Al_(2)O_(3)表层,并呈现出B酸为主的表面酸性质,该催化剂实现了98%以上的甲醇转化率以及35.25%的芳烃选择性。引入Zn后,在保持98%以上甲醇转化率的同时,芳烃选择性达到42.60%。Zn/HZSM-5/Al_(2)O_(3)中ZnOH~+物种提供的L酸性中心,与分子筛的B酸中心协同作用,使催化剂的芳构化性能得到了显著提高。

NaAlCl_(4)/γ-Al_(2)O_(3)@ZSM-5核壳复盐催化剂的制备及其歧化反应性能研究

用水热合成法,以ZSM-5分子筛(Si/Al=150)为壳,对γ-Al_(2)O_(3)表面进行修饰,构筑γ-Al_(2)O_(3)@ZSM-5核壳载体;通过高温浸渍负载法,将NaAlCl_(4)负载在γ-Al_(2)O_(3)@ZSM-5核壳载体表面。研究NaAlCl_(4)负载比例、AlCl_(3)溶液的浸渍时间及催化剂的用量对一甲基二氯硅烷、三甲基二氯硅烷歧化制备二甲基二氯硅烷反应影响。结果表明,在反应温度200℃时,复盐负载比例为8%,AlCl_(3)浸渍时间3 h,催化剂用量0.6 g时,催化性能最好,二甲基二氯硅烷的产率为68.38%。

Effect of Na_(2)O on formation of calcium aluminates in CaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)system

The formation characteristics of calcium aluminates in the CaO-Al2O3-SiO2 system with sodium oxide was investigated by XRD, SEM-EDS and DSC-TG technologies. The main phases in the clinker after sintering at 1350 °C are 12CaO?7Al2O3, 2CaO?Al2O3?SiO2 and 2CaO?SiO2 when the mass ratio of Al2O3 to SiO2 is 3.0 and the molar ratio of CaO to Al2O3 is 1.0. The proportion of 12CaO?7Al2O3 increases with the increase of Na2O addition when the molar ratio of Na2O to Al2O3 is from 0 to 0.4, while the proportion of 2CaO?Al2O3?SiO2 decreases with the increase of Na2O addition. Na2O forms solid solution in 12CaO?7Al2O3, which increases the volume of elementary cell of 12CaO?7Al2O3. The formation temperature of 12CaO?7Al2O3 is decreased by 30 °C when the molar ratio of Na2O to Al2O3 increases from 0 to 0.4 determined by DSC. The alumina leaching property of clinker increases obviously with the increase of Na2O addition.

Na_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-P_(2)O_(5)玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))含量减少,玻璃中Na_(2)O含量增加,玻璃化转变温度从685℃降低到622℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q_(P)^(4)对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na_(2)O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700℃热处理时以NaAlSiO_(4)霞石晶体为主,900℃时转变为以Na_(6.8)Al_(6.3)Si_(9.7)O_(32)霞石晶体为主。当(Al_(2)O_(3)+P_(2)O_(5))的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na_(3)PO_(4)和Na_(6.8)Al_(6.3)Si_(9.7)O_(32)晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na_(3)PO_(4)晶体,导致化学稳定性变差。

ZSM-5/γ-Al_(2)O_(3)质量比对FCC轻汽油异构化/芳构化性能影响

通过调变ZSM-5分子筛与γ-Al_(2)O_(3)质量比,采用等体积浸渍法制备系列FCC轻汽油异构化/芳构化催化剂。本文采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、红外光谱(IR)和吡啶红外光谱(Py-IR)等手段对其进行表征,并以乌鲁木齐石化醚后C_(5)掺杂液化石油气(LPG)为原料对催化剂异构化/芳构化性能进行评价。实验结果表明,ZSM-5分子筛与γ-Al_(2)O_(3)质量比的调变可以改变催化剂的酸性质及孔结构性质。在反应温度380℃、反应压力1.0MPa、反应空速1.0h^(-1)、氢/油体积比100、LPG进量4.4g/h的条件下,ZnLa/ZSM-5/γ-Al_(2)O_(3)-1异构化/芳构化产物与反应原料相比,烯烃体积分数降低27.49%、异构烷烃体积分数增加15.87%、芳烃体积分数增加3.97%,辛烷值损失3.38个单位,产品收率高达89.90%,实现了异构化/芳构化大幅降烯烃保辛烷值的目标。

12CaO·7Al_2O_3基精炼渣脱硫试验

在试验室用MoSi_2井式电阻炉试验研究了12CaO·7Al_2O_O3的预熔工艺和含10%～20%BaO、2%～6%MgO、1%～3%Li_2O,(12CaO·7Al_2O_3)/SiO_2=8～10的12CaO·7Al_2O_3基精炼渣对成分为(%)0.23C、1.29Mn、0.44Si、0.026P、0.023S、0.04Mo、0.02Cr、0.06Cu的低碳钢的脱硫能力。结果表明,12CaO·7Al_2O_3基预熔精炼渣具有较好的脱硫能力,在1 590℃加入量为3%的条件下,能将钢液中的硫含量从0.030%降低到0.006%,脱硫率80.00%。通过运用正交方法对渣成分进行优化,得出12CaO·7A国_2O_3基精炼渣的优化渣系为:15%BaO,4%MgO,3%Li_2O,(12CaO·7Al_2O_3)/SiO_2=9。

ZSM-5分子筛硅铝比对TiO_(2)/ZSM-5光催化性能的影响

为了研究ZSM-5分子筛中硅铝物质的量比变化对TiO_(2)/ZSM-5光催化性能的影响,通过水热合成法制备了5种不同硅铝比的ZSM-5分子筛,并以此为载体通过浸渍-煅烧法制备了TiO_(2)/ZSM-5复合材料。对制备材料的物化性能以及光电学性能进行了分析,并对光催化实验中的活性组分进行了研究。结果表明:当ZSM-5分子筛中硅铝物质的量比为120时,制备的TiO_(2)/ZSM-5复合材料吸附性较好,负载TiO_(2)后光响应程度最高,光生电子(e^(-))和空穴(h^(+))复合率低且电阻最小,紫外光照100 min时罗丹明B(Rh-B)的降解率为99.6%,TOC去除率为60.4%。同时,实验发现羟基自由基(·O_(2)^(-))是光催化反应过程中的主要活性组分。

P_(2)O_(5)/Al_(2)O_(3)包覆的装饰纸用钛白粉的制备

制备了P_(2)O_(5)/Al_(2)O_(3)包覆的装饰纸专用钛白粉,对钛白粉应用于装饰纸的留着率和耐光性进行分析,采用四因素三水平设计正交试验,分别考察了P_(2)O_(5)包覆量、铝包覆总量、第一层铝包覆量、第二层包覆陈化pH对其包膜后应用于装饰纸性能的影响,利用正交试验分析确定了P_(2)O_(5)/Al_(2)O_(3)复合包膜的最佳表面处理条件,并对其表面形态和表层元素进行分析,结果表明,钛白粉表层包覆效果较好,研制出的钛白粉具有优异的装饰纸应用性能。