Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂粉尘着火敏感性

为明确铝热剂反应的着火特性,利用最低着火温度(minimum ignition temperature,MIT)和最小点火能(minimum ignition energy,MIE)测试装置,结合TG-DSC方法对4种Al粉与Fe_(2)O_(3)质量比为1∶4,1∶3,1∶2,1∶1的层状和云状Al/Fe_(2)O_(3)铝热剂进行了着火敏感性研究.结果表明,4种配比试样的粉尘层、粉尘云MIT均超出相关标准常规测试范围,在空气中质量比为1∶3铝热剂的反应触发温度为888℃,活化能为248.49 kJ/mol,说明铝热反应不容易触发;相同质量比的Al/Fe_(2)O_(3)粉尘云的MIE远高于粉尘层,层状MIE最低值为0.7 J,着火敏感性较强,这是因为Fe_(2)O_(3)在粉尘云状态的反应中充当惰化剂,而在粉尘层状态反应中为反应提供了活性氧自由基.

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料热变形模型对比分析

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为25~400℃、应变速率为0.01~10s^(-1)和真应变为0.85的条件下,对1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料进行了热压缩试验,研究其热变形行为,建立了应变补偿的Arrhenius (SCA)、修正的Johnson-Cook (MJC)和修正的Zerilli-Armstrong (MZA) 3种本构模型,并对流变应力的预测值与实验值进行对比。结果表明,层状复合材料流变应力呈加工硬化型,并随温度升高或应变速率降低而降低;在100℃/0.5s^(-1)、200℃/0.1s^(-1)和300℃/0.1s^(-1)条件下,层状复合材料组元层间变形较为协调;3种本构模型中,MZA模型的相关系数最高,R为0.99085、平均绝对相对误差最低,e_(AARE)为0.046966,更适合描述1060Al/Al-Al_(2)O_(3)/1060Al层状铝基复合材料的热变形行为。

定向凝固条件下Ti_(3)Al合金中梯度纳米结构的形成机制与力学行为——原子尺度研究

通过分子动力学(MD)模拟方法对Ti_(3)Al合金在定向凝固条件下的生长机理进行系统研究,并通过对比纳米晶(NG)、粗晶(CG)和梯度纳米晶(GNG)合金,研究Ti_(3)Al合金的结构力学性能。结果表明,在凝固过程中Ti_(3)Al相优先生长为等轴晶组织,随后逐渐演变为柱状粒,并最终形成梯度纳米晶结构。此时,晶粒在与凝固方向平行的方向优先生长。此外,研究还发现,相较于NG和CG结构,GNG结构定向凝固合金具有更高的抗拉强度和更好的延展性。GNG结构不仅有效抑制了小晶粒区域的应变局域化和晶粒生长,而且促进了较大晶粒区域的位错形成,从而获得更好的力学性能。

激光直接沉积成形Ni_(3)Al合金的微观组织及热处理研究

研究了激光直接沉积成形高硼Ni_(3)Al合金的微观组织及热处理对合金的影响。结果表明,激光沉积Ni_(3)Al合金组织主要由γ+γ'共晶相、γ'相和硼化物组成。固溶处理时,形状不规则的γ'相和硼化物发生固溶,但随着固溶温度的升高,合金组织中会有β-NiAl相析出;时效过程中,γ'相和硼化物会从基体相中重新析出,新生γ'相和硼化物更加细小、弥散。经过1080℃×4 h,AC+900℃×10 h,AC固溶时效处理后,合金不仅获得了细小弥散的γ'相和硼化物强化组织,且有效抑制了β-NiAl相析出,使得合金力学性能得到了很好的改善。

三维雕刻法制备定向结构Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片研究

本文以三维雕刻法和铝合金穿孔熔渗工艺制备了定向结构Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片,研究了不同定向孔直径对基片轴向导热系数和径向热膨胀系数的影响.微观形貌分析表明Si_(3)N_(4)陶瓷的烧结是主要包括聚团颗粒之间形成粘结和聚团颗粒内部生成β-Si_(3)N_(4)的过程,聚团颗粒尺寸是影响Si_(3)N_(4)陶瓷性能的主要因素.轴向热导率随着气孔尺寸增加呈增加趋势;气孔尺寸为0.8 mm时,Si_(3)N_(4)/Al电子封装基片导热系数随着温度增加呈减小趋势,最高达到107.1 W·m^(-1)·k^(-1),径向热膨胀系数变化不大.

W增强Al/Gd_(2)O_(3)双屏蔽复合材料的制备与性能研究

为了屏蔽中子与γ射线的危害,在Al/Gd_(2)O_(3)材料中加入W并采用放电等离子体烧结(SPS)制成Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料。利用扫描电镜和XRD分析了复合材料的形貌和物相结构;利用蒙特卡罗统计试验方法和粒子传输软件MCNP5对Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料屏蔽中子和γ射线的性能进行模拟计算。结果表明,与原铝基复合材料相比,Al/W/Gd_(2)O_(3)复合材料的力学性能优异、抗拉强度提高;拉伸断口形貌表明,复合材料断裂模式为穿晶断裂。

固态电解质Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)中Li+的迁移特性

Li_(1+x)Al_(x)Ti_(2-x)(PO_(4))_(3)(LATP)是一种颇具前景的NASICON型锂离子固态电解质.本文通过第一性原理计算研究了不同Al掺杂浓度(x=0.00,0.16,0.33,0.50)对LATP的结构特性、电学特性以及Li^(+)迁移特性的影响.结果表明,Al能够稳定掺杂进入LiTi2(PO4)3(LTP)的晶体结构当中.当Al掺杂浓度x=0.16时,Li—O键的平均键长最长,成键强度最弱,而Ti—O键强度随Al掺杂浓度变化不大.Al掺杂浓度对LATP带隙的影响不大,但Al附近的O原子聚集了更多的负电荷,形成AlO6极化中心.Li^(+)不同的迁移方式(空位迁移、间隙位迁移和协同迁移)在Al掺杂浓度不同时展现出复杂的能垒变化,Li^(+)在空位迁移中迁移势垒随Al掺杂浓度的增大而升高,而在间隙位迁移中Li^(+)的迁移势垒变化相反,由于协同迁移中涉及空位和间隙位两种位点,Li^(+)的迁移势垒表现为随Al掺杂浓度的升高先降低后升高的复杂变化.当x=0.50时,LATP具有最低的Li^(+)迁移势垒0.342 eV,这个势垒值是间隙位迁移的结果.因此,通过改变Al掺杂浓度,可改变间隙Li^(+)浓度及迁移通道结构,进而调节Li^(+)的迁移性能,提高LATP中的Li^(+)导电性能.

Al掺杂对β-Ga_(2)O_(3)薄膜光学性质的影响研究

近年来,半导体器件向着高散热性、高击穿场强和低能耗的方向发展,因此超宽禁带半导体材料β-Ga_(2)O_(3)具有广阔的应用前景,而有效掺杂是实现β-Ga_(2)O_(3)器件的基础。实验采用磁控溅射法制备Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)/Al/Ga_(2)O_(3)复合结构,经高温退火使Al原子热扩散进入薄膜中,形成Al掺杂的β-Ga_(2)O_(3)薄膜。采用激光区熔法使薄膜区域熔化再结晶,进一步提升掺杂质量。对Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体性质、杂质含量及光学性质进行了测试表征。结果表明:Al掺杂不改变β-Ga_(2)O_(3)薄膜的晶体结构;随着Al层溅射时间延长,掺杂含量逐渐增加;当Al溅射时间为5和10 s时,薄膜紫外吸收率分别为40%和50%;随着Al溅射时间的增加,Al掺杂β-Ga_(2)O_(3)薄膜紫外区域光吸收率逐渐增强,Al溅射时间为300 s时,β-Ga_(2)O_(3)薄膜的光吸收率接近90%;低浓度的Al掺杂会导致β-Ga_(2)O_(3)薄膜的禁带宽度变窄。

Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合纳米气凝胶材料耐高温性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)和六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)作为混合前驱体,环氧丙烷作为网络诱捕剂,在不添加螯合剂情况下,采用溶胶-凝胶工艺与CO_(2)超临界干燥法制备出了不同摩尔比的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶。对样品分别进行600℃、800℃、1000℃和1200℃热处理,并利用傅里叶红外光谱分析仪、扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积分析仪、热重差热分析仪等仪器对Al_(2)O_(3)-SiO_(2)复合气凝胶的微观形貌、结构及热稳定性能进行表征。结果表明:当AlCl_(3)·6H_(2)O∶TEOS=8∶1时,Al_(2)O_(3)-SiO_(2)气凝胶样品在1000℃和1200℃热处理后的导热系数分别为0.0621 W/m·K和0.0803 W/m·K,在1000℃以上热处理后,孔径更加均匀,保留了较好的介孔结构;并且不同的热处理温度延缓了晶型转变,在常温和1200℃条件下,样品比表面积分别为617.14 m^(2)/g和102.9 m^(2)/g,为均匀的介孔结构(孔直径为8~32 nm),孔径低于常温下空气的平均自由程,在1200℃热处理后,样品总失重率为16.3%,具有较好的高温热稳定性。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响

研究了Sc对Al-8.5Zn-2.3Mg-2.4Cu合金组织与性能的影响。结果表明:Al-Zn-Mg-Cu铸态合金中添加Sc后,合金晶粒尺寸明显减小;Sc含量(质量分数)由0增加至0.4%时,合金晶粒尺寸由107.7μm减小至49.96μm,硬度由116.8HV增加至130.2HV。经大变形量热轧处理后进行470℃×1 h固溶处理发现,相较未添加Sc的合金,含Sc合金位错密度增大;添加0.4%Sc的合金再结晶率由92.4%降低至45.7%,合金的再结晶行为受到抑制。经120℃×24 h时效处理后,添加0.4%Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金中观察到大量弥散分布的圆球状Al_(3)Sc粒子和短棒状η′(MgZn_(2))粒子,通过绘制与α(Al)共格或半共格的Al_(3)Sc-MgZn_(2)晶体结构模型,可推测出Al_(3)Sc粒子为η′(MgZn_(2))相提供异质形核位点,促进其形核,对合金时效析出强化有促进作用。

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。

调控五配位Al^(3+)含量制备高性能低温Sabatier反应催化剂

为了制备出高性能低温Sabatier反应Ru基催化剂,通过调控Al_(2)O_(3)载体中五配位Al^(3+)的含量(五配位Al^(3+)占Al物种的比例),实现对Ru基活性位点电子性质的调控。在此过程中,利用~(27)Al固体核磁共振(~(27)Al-NMR)检测Al_(2)O_(3)载体中五配位Al^(3+)的含量,借助X射线光电子能谱仪(XPS)和H_2程序升温还原(H_(2)-TPR)考察Ru基活性位点电子性质的调控效果,利用固定床反应器测试催化剂性能。结果表明,Al_(2)O_(3)载体中的五配位Al^(3+)可有效调控Ru基活性位点的电子性质,进而提升低温Sabatier反应Ru基催化剂性能。其中,以五配位Al^(3+)含量约为28.1%的Al_(2)O_(3)载体制备的Ru基催化剂,在低温区(<300℃)的CO_(2)转化率和CH_4选择性均可达90%以上。而且,在100 h的稳定性测试中,催化性能没有明显降低。

气流速度对Ti_(3)Al基合金摩擦起燃行为的影响

采用高温、高速摩擦点燃法研究Ti_(3)Al基合金在220~380 m/s气流环境中的起燃行为,结合理论计算分析气流速度对表面氧浓度、氧化控制步骤的影响,探讨气流速度对起燃行为的影响机理。结果表明:当气流速度达到240 m/s时,Ti_(3)Al基合金开始发生起燃;当气流速度达到360 m/s时,Ti_(3)Al基合金不再发生起燃。低气流速度下,高温下的表面氧浓度低于临界值,氧化反应控制步骤由低温下的化学动力学过程转变为高温下的氧向合金表面的扩散过程。随着气流速度的加快,虽然对流散热速率增大,但表面氧浓度增大引起的氧化产热速率的增大速率比对流散热速率的大,使得升温速率增大,促进Ti_(3)Al基合金发生起燃。高气流速度下,高温下的表面氧浓度仍然高于临界值,氧化反应控制步骤始终是化学动力学过程。随着气流速度的增大,高温下的氧化产热速率增大速率比对流散热速率的小,使得升温速率减小,不利于Ti_(3)Al基合金发生起燃。

Al纳米孔阵列/(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜中的紫外波段超常透射

采用有限差分时域算法计算(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)薄膜衬底上的周期性三角晶格Al纳米孔阵列的透过率,研究不同(Al_(x)Ga_(1-x))_(2)O_(3)衬底的Al组分x以及Al纳米孔阵列的厚度、孔径和周期对其光学传输特性的影响.数值计算结果表明,当x=0时,在263 nm和358 nm波长范围处出现两个强透射峰,随着x的增大,其中位于263 nm处的透射峰发生轻微蓝移,强度则先增强后下降;358 nm处的透射峰发生明显蓝移且不断加强.若纳米孔阵列的周期不变,随着空气柱孔径增大时,紫外波段两强透射峰峰值位置分别位于244 nm和347 nm处,两峰均先发生红移再蓝移,透过率不断增大,反射率减小.随着周期扩大,紫外波段两强透射峰分别位于249 nm和336 nm处,两透射峰均发生明显红移,其中249 nm处的透射峰红移至304 nm,336 nm处的透射峰红移至417 nm,并且透过率不断降低.随着Al厚度的增大,位于380 nm处的透射峰峰值位置发生蓝移,且透过率不断下降.本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00036中访问获取.

接力识别Al^(3+)及F^(-)的偶氮类荧光探针合成与应用

以6-氨基间甲酚和1-萘酚为原料,合成了2-(2-羟基-4-甲基苯偶氮)-1-萘酚(探针NA-M),通过^(1)HNMR、^(13)CNMR、FTIR、HRMS表征了其结构。测试了探针NA-M对Al^(3+)的选择性识别性能及其与Al^(3+)形成的络合物(NA-M+Al^(3+))对F^(-)的选择性识别性能,推测了探针NA-M与Al^(3+)和F^(-)间的作用机制。考察了探针NA-M在实际样品中的应用。结果表明,在pH=7.4、V(甲醇)∶V(N-2-羟乙基哌嗪-N'-2-乙磺酸)=9∶1的溶剂中,探针NA-M与Al^(3+)在590 nm处发生显著的荧光增强作用,并对Al^(3+)的识别表现出高选择性、抗金属离子干扰性和良好的灵敏度(检测限为8.4×10^(-7)mol/L),Al^(3+)与探针NA-M形成了配位比为1∶2的NA-M+Al^(3+);NA-M+Al^(3+)在F^(-)加入后发生显著的荧光猝灭现象,F^(-)可以捕获NA-M+Al^(3+)中的Al^(3+),从而引起荧光变化。NA-M+Al^(3+)对F^(-)的识别也显示出高选择性和良好的抗其他阴离子干扰能力和灵敏度(检测限为9.5×10^(-7)mol/L);在体系pH为5~10时,探针NA-M识别Al^(3+)及F^(-)表现出良好的效果,交替加入Al^(3+)和F^(-)可引起其荧光强度的可逆变化,探针NA-M可以通过荧光信号的“关-开-关”转变,用于接力识别Al^(3+)和F^(-)。在实际样品的检测中,Al^(3+)的回收率在98.8%~107.0%之间,相对标准偏差(RSD)为2.6%~4.3%;F^(-)的回收率为97.8%~101.4%,RSD为1.4%~2.3%。

Al掺杂Fe_(2)(MoO_(4))_(3)的热致变色性能研究

通过溶胶凝胶法制备了单斜Fe_(2)(MoO_(4))_(3)到单斜Al_(2)(MoO_(4))_(3)固溶体系列的Fe_(2-x)Al_(x)(MoO_(4))_(3)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0)粉末样品。通过X射线衍射发现所有样品都具有相同的单斜相结构,没有发生相分离,成功做到不同比例下的Fe_(2-x)Al_(x)(MoO_(4))_(3)共存。单斜Fe_(2)(MoO_(4))_(3)的晶胞体积随铝含量增加而减小,这与Al^(3+)取代Fe^(3+)的进入有关。在600℃下烧制的x=1.6的组合物表现出最好的可逆热致变色性能。基于电荷转移机理的无机可逆热致变色材料具有随温度连续变色的特性,本研究将对钼酸盐基质中的发色团离子之间相互作用的理论机理进行解释,进一步提升新型热致变色材料的可控调节制备及应用。

Zr_(3)Al三轴拉伸变形的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究Zr_(3)Al三轴拉伸的力学行为和位错反应机制,比较分析不同变形温度和变形速率对Zr_(3)Al三轴方向上的应力应变关系及塑性变形行为的影响,为研究Zr_(3)Al力学性能提供理论参考。结果表明:在不同变形温度和不同应变速率下三轴方向上的拉伸变形机理相似;随着温度升高,会降低Zr_(3)Al的应力峰值和降低达到应力峰值时对应的应变量,使其抗拉强度降低,同时会加快变形所诱发的面心立方转变为密排六方结构的相变。在整个变形过程中,产生6种位错类型,主要位错类型是Other和1/6<112>类型位错。在300~1000 K的拉伸变形温度条件下,位错长度均随着变形量的增加先变长后减短,直至相对稳定。相比于1×10^(8)、2×10^(8)、5×10^(8)s^(-1)拉伸应变速率条件下,在拉伸应变速率为1×10^(9)s^(-1)时,Zr_(3)Al具有更高的抗拉强度。

直接熔化制备Al-Si-Al_(2)O_(3)复合材料的组织和性能

采用光学显微、XRD、SEM和EDS分析了Si含量分别为10.00wt%、7.64wt%的Al-Si-Al_(2)O_(3)复合材料的显微组织形貌以及物相组成。结果表明:Al-10.00wt%Si试样的组织细小,孔隙率较高。基体晶粒Al呈细小圆形,Si颗粒主要在基体晶界周围聚集长大,部分向基体晶粒内部生长;而Al-7.64wt%Si试样组织略微粗大,孔隙率较低。基体晶粒Al呈不规则形状,Si颗粒聚集长大现象更为明显。原位反应成功进行,Al-10.00wt%Si复合材料以Al为基体生成的Al_(2)O_(3)是增强相;另一生成物Si没有细小弥散的分布于Al基体中,而是聚集附着在基体Al晶界周围,且有部分SiO_(2)残留存在于基体晶界周围。在加热升温过程中,混合原料只出现了部分熔化现象,金属液滴从混合原料中析出,凝结为含Al量极高的合金液滴。合金液滴致密度较高,固溶体呈枝晶状,Si呈条状或针状;且有小颗粒第二相的存在,含有Al、Si、C元素。