Ni-Al辅助微波自蔓延烧结制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料工艺研究

为降低金刚石磨削工具的制造成本和能耗,探寻一种在低能耗下实现高性能陶瓷结合剂金刚石磨具的制备工艺,同时研究助燃剂Si和金刚石粒度等因素对样品物相组成、显微形貌和磨削性能的影响。采用Ti、Si、石墨粉和金刚石磨料作为原料,经冷压成型至生胚,通过Ni-Al辅助在微波场加热诱发Ti-Si-C体系发生自蔓延高温合成(SHS)反应以制备Ti_(3)SiC_(2)基金刚石复合材料。结果表明,高热值Ni-Al合金辅助可以缩短样品的烧结时间,还可以将诱发SHS反应的温度点控制在金刚石石墨化温度以下。在Ar保护气氛下,Ti-Si-C体系发生SHS反应,可生成Ti_(3)SiC_(2)、TiC和Ti5Si3等3种物相。随Si含量升高,Ti_(3)SiC_(2)相先增多后减少,当n(Ti):n(Si):n(C)=3∶1.1∶2时,复合材料的磨削性能最佳,磨耗比最高可达286.53。分析不同原料配比下的试样磨耗比差异的产生机制,认为基体组织中存在微小且分布均匀的气孔结构,在磨削时可产生大区域的平整磨削面,易于发挥金刚石磨料的磨削效果,有利于提升复合材料样品的磨削性能。

La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

多孔结构Ti_(3)SiC_(2)材料的制备工艺研究

以Ti_(3)SiC_(2)粉末为原料,聚乙烯亚胺为分散剂,去离子水为分散介质,聚氨酯海绵为多孔模板,系统地研究了分散剂对浆料pH的影响以及pH对Ti_(3)SiC_(2)水基浆料稳定性的影响。采用有机浸渍法制备多孔Ti_(3)SiC_(2)预制体,对多孔Ti_(3)SiC_(2)材料孔隙率和物相进行分析,可知水基浆料中含质量分数为30%的Ti_(3)SiC_(2)样品的性能最佳,其总孔隙率为66%,比表面积为90%,材料以闭口型小孔为主。

金属氧化物对Ag-Ti_(3)SiC_(2)复合材料润湿性的影响研究

采用热压烧结法制备Ag-Ti_(3)SiC_(2)-MeO复合材料。体积分数为Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-10%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))的致密度分别为92.3%、99.44%、89.56%和91.4%。体积分数为Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-5%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))致密度分别为96.82%、98.87%、92.79%和95.55%。增加MeO有助于提高Ag-Ti_(3)SiC_(2)-MeO复合材料的润湿性,Ag-20%Ti_(3)SiC_(2)-5%MeO(La_(2)O_(3)、Bi_(2)O_(3)、CeO_(2)和In_(2)O_(3))的接触角分别为60.4°、60.5°、66°和51°。

煤油流量对HVOF喷涂FeCrMoSi-Ti_(3)SiC_(2)涂层高温摩擦磨损性能的影响

目的提高燃煤锅炉四管的耐磨性能。方法使用喷雾造粒技术制备FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)复合粉末,并利用超音速火焰喷涂技术(HVOF)在12CrMoV基体上制备煤油流量分别为26、28、30、32 L/h的复合涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)、Raman、维氏显微硬度计和摩擦磨损试验机研究FeCrMoSi/Ti_(3)SiC_(2)粉末及其涂层相组成、组织结构,检测涂层的力学性能,并对涂层在800℃下的摩擦学性能和磨损机理进行系统分析。结果粉末物相主要由Ti_(3)SiC_(2)、Fe-Cr和TiC组成,涂层的物相与粉末类似,但是新产生了SiC相,且随着煤油流量的升高,Ti_(3)SiC_(2)物相逐渐分解。当煤油流量为30、32 L/h时,涂层内Ti_(3)SiC_(2)物相大量分解。涂层的硬度和断裂韧性随着煤油流量的升高表现出先升高、后降低的趋势,孔隙率和磨损率呈现先减小、后增大的趋势。当煤油流量为28 L/h时,涂层磨损率最低,约为5.44×10^(-15)m^(3)/(N·m)。结论煤油流量为28 L/h时,涂层表面生成的SiO_(2)、TiO_(2)和Fe_(2)O_(3)等氧化物均匀分布在磨痕和对偶球表面,有效阻挡了对偶球和涂层的直接接触,使得涂层显示出最优异的摩擦学性能。涂层的主要磨损机制为氧化磨损和黏着磨损。

Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)纳米复合材料的吸波和电磁屏蔽性能与机制

在电磁屏蔽领域,铁氧体是常用的涂覆型吸波剂,但以Fe_(3)O_(4)为首的铁氧体存在一些不足。本研究采用冷冻干燥的方法成功制备了花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料,Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料的花苞状结构对电磁波的多重反射、界面极化和电磁耦合作用等使复合材料具有更好的微波吸收性能。当频率为6.74 GHz时,最小反射损耗达到-51.41 dB,对应的匹配厚度为2.8 mm,这意味着它可以吸收99.99928%的电磁波。本研究中特殊的花苞状Ti_(3)C_(2)T_(x)/Fe_(3)O_(4)复合材料表现出优异的吸波性能,在电磁屏蔽领域具有良好的应用前景。

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料驱动器的制备及研究进展

驱动器具备质轻、柔软、微小、智能化等特点,能够通过感受外界刺激如光、电、温度、湿度等产生相应的力、位移或形变,在软机器人、智能穿戴设备、仿生工程等领域具备巨大的应用潜力。然而,驱动器也存在着响应灵敏性和稳定性方面的缺陷。MXene具有高导电性、表面官能团可调性和优越的力学性能,有望成为解决上述问题的关键。目前,MXene材料主要面临易氧化和相对较高的生产成本等挑战,相关研究处于早期阶段,需要进一步验证其实际应用潜力。因此,本文介绍了MXene及MXene基驱动器的制备方法,并梳理光热响应型驱动器、离子响应型驱动器、湿度响应型驱动器及其他响应型驱动器的研究进展,同时对MXene基驱动器未来的研究方向进行了展望。

Ti_(3)SiC_(2)材料的制备与表征

Ti_(3)SiC_(2)作为一种三元层状可加工金属陶瓷材料,由于其本身的优良性能,已被作为金属基复合材料的强化相而广泛应用。以Ti/Si/C/Al为原料构成,通过预扩散处理与真空无压烧结工艺制备Ti_(3)SiC_(2)材料,利用XRD、SEM等分析合成产物的物相组成和微观结构,研究了预扩散处理对Ti_(3)SiC_(2)原料粉体的影响和烧结温度对制备Ti_(3)SiC_(2)相的影响。结果表明,预扩散处理使原料粉体中各元素充分扩散,活性得以提高,促进了烧结时Ti_(3)SiC_(2)相的形成,降低Ti_(3)SiC_(2)相的形成温度。Ti_(3)SiC_(2)粉体的微观形貌分析,证实了具其层状结构的特征,其单层厚度可达50 nm。

表面基团对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO性能影响的第一性原理研究

本工作基于密度泛函理论的第一性原理方法,构建了Ti_(3)C_(2)O_(2)、Ti_(3)C_(2)O1.5(OH)0.5、Ti_(3)C_(2)O(OH)、Ti_(3)C_(2)O1.5F0.5和Ti_(3)C_(2)OF五种模型,从几何结构、电荷转移以及电子性质等方面研究了基团种类和比例对Ti_(3)C_(2)T_(x)吸附NO的影响。结果表明:相较于Ti_(3)C_(2)O_(2),含低比例-OH和-F基团的Ti_(3)C_(2)T_(x)对NO的吸附能更大,电荷转移更弱,不利于其探测NO,与实验结果一致;但随着-OH和-F比例的提高,吸附能分别减小和增大,电荷转移分别增强和减弱,表明高比例的-OH有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO,而高比例的-F是不利的;同时,在吸附NO后,Ti_(3)C_(2)O_(2)在费米能级附近的能带极值曲率变小,电子有效质量增大,表明-O基团有利于Ti_(3)C_(2)T_(x)探测NO。在几何弛豫过程中NO分子总是以N原子靠近衬底,吸附距离均较小,而且最近邻原子的电子轨道出现杂化,电子的聚集和消散位于两端,表明最近邻原子间成键较弱且偏离子性。此计算结果可以为Ti_(3)C_(2)T_(x)探测和屏蔽NO提供理论指导,同时为Ti_(3)C_(2)T_(x)的表面改性提供思路。

Ti_(3)SiC_(2)替代石墨对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

Ti_(3)SiC_(2)作为一种新型的金属陶瓷材料,具有良好的导热性、耐腐蚀性与高温抗氧化性。探究在动车组粉末冶金闸片中应用Ti_(3)SiC_(2)替代石墨作为润滑相对摩擦材料性能的影响。在粉末冶金闸片摩擦材料中加入不同含量的Ti_(3)SiC_(2)替代石墨,观察摩擦表面氧化膜的变化,分析Ti_(3)SiC_(2)加入量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着Ti_(3)SiC_(2)替代石墨加入量的增加,摩擦材料的剪切强度逐渐提高,使用Ti_(3)SiC_(2)替代全部石墨(质量分数18%)时,剪切强度提高了6倍;在350 km/h高速制动时,摩擦表面形成了氧化膜,随着Ti_(3)SiC_(2)加入量的增加,氧化膜的覆盖面积不断增大并呈现连续分布状态;当Ti_(3)SiC_(2)质量分数大于9%后,在高速制动时摩擦材料的摩擦磨损量和摩擦因数明显降低,Ti_(3)SiC_(2)替代全部石墨后摩擦因数降低了36.8%,摩擦磨损量降低了67.5%。

超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展

碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))作为一种MXene材料,具有独特的结构和优良的导电性、稳定性以及优越的电化学性能,常被用作超级电容器电极材料。本文结合碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))材料层状结构的特性,梳理了超级电容器电极用Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的研究进展,重点阐述了Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构、性能、制备以及通过不同技术手段与多类材料复合后的电化学性能;归纳了Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料性能提升的原因,包括增大层间距、提供更多活性位点、提高坚韧性等;最后指出Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料的未来研究重点,如探究新的基体母相、丰富刻蚀方法、改进现有复合材料、探究更多更高效的复合材料等。

Ti_(3)C_(2)MXene纳米片制备、改性及其光催化应用研究

近年来,利用光催化缓解环境污染和能源短缺问题受到广泛关注。Ti_(3)C_(2)MXene作为一种新型二维材料,具有丰富的表面基团、多活性位点以及优异的光热和导电性能,在光催化应用研究上逐渐深入。本文概述了Ti_(3)C_(2)MXene纳米片的结构、光电特性及合成方法,讨论了二维Ti_(3)C_(2)纳米片及其改性材料的复合结构,重点分析了Ti_(3)C_(2)纳米片在新型有机污染物降解、水分解产氢和CO_(2)还原的光催化应用研究进展,对Ti_(3)C_(2)纳米片的深入研究提供一定的参考价值。

Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料的制备及吸附/光催化去除污染物性能

首先利用煅烧TiN制备了N-TiO_(2),并采用HF溶液腐蚀Ti3AlC2合成了Ti_(3)C_(2),然后将两者以不同质量比值进行混合,通过超声法构建了一系列Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等多种表征手段对样品的物相、形貌和组成进行了分析。以罗丹明B水溶液为模拟污染物,研究了样品对污染物的吸附性能和光催化降解性能。结果表明,6%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料显示出最好的污染物吸附性能和可见光光催化降解性能,其光催化降解污染物效率分别是10%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)、2%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)和N-TiO_(2)的1.2、1.4和1.9倍。催化降解污染物过程中的主要活性物质是·OH和·O-2,且三次循环实验表明Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)具有较好的光催化稳定性能。Ti_(3)C_(2)的引入拓展了复合材料的吸收带边,增强了可见光的吸收强度,促进了光生电子和空穴的分离,从而提高了Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合体系的光催化性能。

Inconel 718合金激光熔覆Stellite3/Ti_(3)SiC_(2)复合涂层摩擦学性能研究

为了探究高温下Inconel 718合金的摩擦学性能,使用激光熔覆制备了三种不同粉末质量配比的复合涂层:Stellite3-5%Ti_(3)SiC_(2)(C1)、Stellite3-10%Ti_(3)SiC_(2)(C2)和Stellite3-15%Ti_(3)SiC_(2)(C3)(均为质量分数),并通过物相分析、组织形貌和显微硬度分析,探究其在室温和600℃条件下的摩擦学行为.结果表明,涂层中主要含有γ-Co、(Fe,Ni)固溶体,金属间化合物Cr_(2)Ni_(3)以及碳化物WCx、TiC和Cr_(7)C_(3),由于硬质相碳化物的存在,涂层的显微硬度提高到基体(262.7 HV_(0.5))的1.6~2.5倍,分别为662.74 HV_(0.5)、521.47 HV_(0.5)和419.44 HV_(0.5),并且摩擦学性能也有所改善,其中室温下效果最好的为C1涂层,摩擦系数降低了20.52%,耐磨性提高了85.45%;600℃下性能最好的为C2涂层,耐磨性提高了79.53%.室温时基体、C1及C2涂层出现塑性变形和磨粒磨损,C3涂层由于硬度较低出现黏着磨损.600℃下各样品均发生氧化磨损,其中氧化、黏着磨损和严重塑性变形为基体的磨损机理,三种涂层由于加入了Ti_(3)SiC_(2)导致磨损减轻,除氧化外主要为磨粒磨损.

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

基于Ti_(3)C_(2)T_(x)材料在钠离子电池中的应用进展

MXene由于具有独特的层状结构、高电子导电性和丰富的表面化学特性,在储能、电磁干扰屏蔽、催化、医药等方面有广泛的应用前景。Ti_(3)C_(2)T_(x)作为最早发现的MXene材料,其固有的金属导电特征、宽层间距和丰富的表面官能团,引起了钠离子电池领域研究人员的关注。本文综述了近年来Ti_(3)C_(2)T_(x)基材料在钠离子电池中的研究进展。首先从Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的制备展开,概述多层和少层两类Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的结构与电化学特性。随后结合研究的应用趋势,总结两类Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的层间距改性、掺杂改性、形貌调控等手段对其储钠行为的影响。同时也分析了两类Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料应用于钠离子电池负极的结构设计思路,指出合理的结构设计对电池性能至关重要。最后对Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在钠离子电池领域中面临的问题和挑战提出了一些建议。

微观结构视角下的Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene基电磁波复合屏蔽/吸收材料研究及进展

电子设备的迅速发展和广泛使用产生了大量电磁波,不仅影响其他电子设备的正常运行,还对人类健康造成危害。高性能电磁干扰屏蔽(EMI)和电磁波吸收(EMA)材料对控制电磁污染、保护人体和其他系统在民用或军事应用中至关重要。作为一种新型的二维材料,MXenes因具有特殊的层状结构、高比表面积、丰富的天然缺陷和特殊的金属特征,近年来在电磁屏蔽和微波吸收领域引起了广泛关注。主要介绍了Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene的合成方法和特点,并总结了近年来它在电磁屏蔽和微波吸收性能方面的最新研究和应用。主要创新点在于重点介绍Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene的合成工艺、结构设计以及引入不同材料形成不同复合材料对其电磁性能的影响。

二维Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基复合材料在柔性传感器领域的研究进展

Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene是一种新型层状二维材料,具备良好的亲水性、导电性、稳定性和机械性能,在柔性传感器领域备受关注。然而,由于Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene的自堆积问题,导致表面活性位点减少,粒子的快速传输受到限制,需要对其进行改性和优化。综述了近年来二维Ti_(3)C_(2)T_(x)基复合材料在柔性传感器领域的研究进展,通过与碳材料、过渡金属氧化物、导电聚合物等复合,Ti_(3)C_(2)T_(x)的机械性能与电化学性能能够显著提升,可以更好地应用于柔性传感器领域。

用于NO_(2)室温检测的ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米复合材料气体传感器

通过种子层诱导自组装的方式合成了ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米复合材料,并对其结构和微观形貌进行分析。结果显示,与ZnO气体传感器相比,ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)气体传感器在对10^(-5)NO_(2)响应度变化不大的情况下,工作温度大幅度降低,实现了室温检测;并对其可能的气敏机理进行了深入分析。实验工作表明了ZnO/Ti_(3)C_(2)T_(x)气体传感器在NO_(2)的室温检测中具有潜在的应用价值。

Ti_(3)SiC_(2)涂层的电泳沉积动力学和耐腐蚀性

利用电泳沉积工艺在304不锈钢表面成功制备了三元层状材料Ti_(3)SiC_(2)陶瓷涂层,本实验研究了Ti_(3)SiC_(2)悬浮液的水解行为和分散剂聚乙烯亚胺(PEI)对悬浮液Zeta电位的影响,优化了Ti_(3)SiC_(2)悬浮液的稳定制备和Ti_(3)SiC_(2)涂层的电泳沉积动力学。分析表明,电压越高,水解反应对沉积的影响越大,沉积物的单位面积增重量偏离了Hamaker线性关系,呈抛物线状态。通过扫描电子显微镜(SEM)、3D光学轮廓、开路电位(OCP)、动电位极化和接触角测量,分析了涂层的形貌、耐腐蚀性和疏水性。结果表明:加入15 mg/g的PEI可以获得稳定的悬浮液,且分散剂的加入不影响Ti_(3)SiC_(2)悬浮液的水解行为;带有Ti_(3)SiC_(2)涂层的SS_(3)0_(4)双极板的腐蚀电位提高了435 mV,腐蚀电流密度下降了4个数量级,与水的接触角增加到111.48°,表明Ti_(3)SiC_(2)涂层可以有效地增强SS_(3)0_(4)的耐腐蚀性。