稀土发光材料Y_(2)O_(3)∶Tb的制备及表征

以硝酸钇、硝酸铽、氨水为原料,采用水热合成法制备Y_(2)O_(3)∶Tb。实验探究了所需反应物之间的最佳条件,并用红外光谱法和荧光分光光度法对样品进行了表征。结果表明,当反应物硝酸钇与硝酸铽体积比为5∶1,pH值为9.2,煅烧温度为1100℃时,得到样品Y_(2)O_(3)∶Tb良好。Y_(2)O_(3)∶Tb的红外特征峰在1200 cm~(-1)和560 cm~(-1)处,荧光的激发波长为518 nm,具有很强的荧光性能,是比较理想的稀土发光材料。

Mg_(3)Y_(2)Ge_(3)O_(12)∶Pr^(3+)材料的多色发光及余辉性能

采用高温固相法制备了一种具有颜色变化的长余辉发光材料Mg_(3)Y_(2)Ge_(3)O_(12)∶Pr^(3+)。通过X射线衍射、激发发射光谱、余辉衰减及热释光曲线等,对样品的结构、发光及余辉性能进行了系统分析。在283 nm激发下,发射光谱在485 nm和609 nm处表现出两个较强的尖峰发射,分别归属于Pr^(3+)离子的^(3)P_(2)→^(3)H_(4)及^(3)P_(0)→3H6能级跃迁。通过对Pr^(3+)离子浓度的调控,有效改变了绿光和红光的相对发射强度,从而实现了发光颜色的多色化。此外,在激发光源停止后该材料同样具有多色的余辉发射,对于最佳样品(Mg_(3)Y_(2)Ge_(3)O_(12)∶0.015Pr^(3+))的余辉时间可达1200 s以上。之后,我们通过热释光曲线具体研究了陷阱的分布及余辉的充放能过程。结果表明,Mg_(3)Y_(2)Ge_(3)O_(12)∶0.015Pr^(3+)材料中浅陷阱的浓度相对较低从而导致室温下的余辉性能较弱。由于材料在高温区域具有超宽带陷阱分布,因此,我们进一步探究了其在高温下的多色长余辉性能。在本工作中,我们成功制备了一种单一离子激活的发光及余辉颜色可调的长余辉发光材料,考虑到其在室温以及高温条件下都具有发光及余辉颜色变化的特点,该材料在高温预警标识以及防伪领域有着潜在的应用价值。

Y_(2)O_(3)含量对大气等离子喷涂Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构和力学性能的影响

目的探究掺杂不同质量分数Y_(2)O_(3)对Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层微观结构及其力学性能的影响。方法采用大气等离子喷涂制备Al_(2)O_(3)涂层,以及Y_(2)O_(3)质量分数分别为10%、20%、30%、40%的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层。利用SEM、EDS对粉末以及不同涂层的形貌、组织结构、元素分布进行分析。使用XRD表征粉末和涂层的物相。使用显微硬度仪、纳米压痕测试仪和电子万能试验机对涂层的显微硬度、弹性模量以及断裂韧性等力学性能进行测试分析。结果Al_(2)O_(3)喷涂粉末的物相由α-Al_(2)O_(3)组成,而喷涂得到的Al_(2)O_(3)涂层则由α-Al_(2)O_(3)、γ-Al_(2)O_(3)组成。加入Y_(2)O_(3)后,对复合涂层中γ-Al_(2)O_(3)的生成有一定的抑制作用。随着喷涂粉末中Y_(2)O_(3)含量的增多,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层表面未充分熔融的颗粒逐渐增加,复合涂层的孔隙率也越来越大,掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的孔隙率最低,涂层最致密。Al_(2)O_(3)涂层具有最高的显微硬度值(1209HV0.3)和弹性模量(227 GPa)。随着Y_(2)O_(3)含量的增加,Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层的显微硬度与弹性模量逐渐降低。Al_(2)O_(3)-10%Y_(2)O_(3)复合涂层的弹性恢复率高达48.3%,并且其断裂韧性及抗塑性变形的能力也最好。结论掺杂了10%Y_(2)O_(3)的Al_(2)O_(3)-Y_(2)O_(3)复合涂层具有最致密的微观组织结构,其综合力学性能最好。

Y_(2)O_(3)对等离子堆焊WC/Ni60堆焊层组织及性能的影响

利用等离子堆焊在Q235钢板上制备镍基复合堆焊层,研究了不同含量的Y_(2)O_(3)对镍基碳化钨堆焊层组织及性能的影响。采用SEM、XRD分析了堆焊层的微观组织;使用维氏硬度计和端面高温摩擦磨损试验机对堆焊层进行了硬度和磨损性能测试。结果表明:Y_(2)O_(3)的加入促使堆焊层中碳化物规则化,以WC为核心向周围生长。堆焊层检测出主要的物相为γ-Ni(Fe)、WC、W_(2)C、M_(23)C_(6)、M_(6)C、Cr_(7)C_(3)、FeNi_(3)相。添加1.2%Y_(2)O_(3)的堆焊层维氏硬度达到最大值970 HV0.5,比未加Y_(2)O_(3)的堆焊层硬度高283 HV0.5,在高温摩擦磨损条件下磨损量最小为2.8 mg,摩擦系数为0.32,此时磨损机制为轻微的磨粒磨损。

微量Y_(2)O_(3)对WC−6Co非均匀结构硬质合金微观结构及性能的影响

采用低压烧结法制备了不同Y_(2)O_(3)添加量(质量分数)的WC-6Co非均匀硬质合金,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、金相显微镜、电子万能力学试验机、硬度计、矫顽磁力仪等设备研究了Y_(2)O_(3)质量分数对WC-6Co非均匀硬质合金微观结构、相成分及性能的影响。结果表明:Y_(2)O_(3)不会对合金相对密度和相组成产生影响;Y_(2)O_(3)与合金中杂质元素硫、氧等形成稳定的化合物,弥散分散于WC晶界,阻碍WC晶粒的融合长大,降低WC晶粒粒度,抑制WC晶粒非均匀结构的均匀化。随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,合金的硬度逐渐增加,而抗弯强度呈现出先迅速上升后下降的趋势。Y_(2)O_(3)质量分数为0.048%对WC-6Co非均匀硬质合金性能提升最明显,硬度和抗弯强度分别达到1530 kgf·mm-2和2902 MPa。

碱式碳酸钇焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)的工艺及动力学研究

针对液相沉淀法制备纳米Y_(2)O_(3)粉体工艺的焙烧过程中粉体易团聚问题,以碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的纳米碱式碳酸钇为对象,系统研究了其焙烧条件对Y_(2)O_(3)形貌和粒度的影响以及动力学行为。研究表明:在煅烧温度860℃、升温速率5.375℃/min、焙烧时间1 h的条件下,得到D50=0.050μm,(D_(90)―D_(10))/(2D_(50))=0.98,分散性良好的纳米Y_(2)O_(3),其形貌与前驱体碱式碳酸钇相似。碱式碳酸钇前驱体(Y(OH)CO_(3)·H_(2)O)焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)粉体的热分解过程分为两个阶段:第一阶段,Y(OH)CO_(3)·H_(2)O分解生成Y(OH)CO_(3),该反应过程的表观活化能E为90.23 kJ/mol,指前因子A为7.46×10^(5),反应级数n为0.75;第二阶段,Y(OH)CO_(3)分解生成Y_(2)O_(3),反应表观活化能E为236.55 kJ/mol,指前因子A为1.31×10^(11),反应级数n=0.82。

Y_(2)O_(3)对原位自生TiC-TiB_(2)增强镍基复合涂层组织与性能的影响

为研究Y_(2)O_(3)的添加对氩弧熔覆原位自生TiC-TiB_(2)增强镍基复合涂层组织与性能的影响,选用Q235钢为基体,利用氩弧熔覆的方法,制备原位自生TiC-TiB_(2)陶瓷颗粒的复合涂层,运用XRD、金相显微镜、SEM、热力学分析等方法分析涂层的微观组织形貌,测试熔覆层的硬度与耐磨性能。实验结果表明,加入一定量的Y_(2)O_(3)可促进形核率,其中添加0.6%Y_(2)O_(3)的涂层组织最为细小,TiC颗粒较多且呈弥散分布,涂层组织更为细小均匀,涂层的硬度及涂层的耐磨性大大提高。

(ZrCa)_(x)Y_(2-2x)W_(3)O_(12)固溶体吸水性及热膨胀性能研究

采用固相烧结法制备出(ZrCa)_(x)Y_(2-2x)W_(3)O_(12)(x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0)固溶体,并利用XRD、拉曼光谱、热分析及热膨胀仪对材料的结构、吸水性及热膨胀性进行研究。结果表明,随着(ZrCa)^(6+)含量的增加,固溶体的吸水性明显降低,结晶水释放后,该系列固溶体的热膨胀系数呈规律性变化。当x=0.6时,(ZrCa)_(0.6)Y_(0.8)W_(3)O_(12)为近零膨胀,且其线性热膨胀系数a_l为2.79×10^(-7) K^(-1)(453~1 000 K)。

不同碳链长度的表面活性剂对CeO_(2)-ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)-La_(2)O_(3)材料性能的影响

研究分析不同碳链长度的烷基酸表面活性剂(十酸、十二酸、十四酸、十六酸、十八酸)对CeO_(2)-ZrO_(2)-Y_(2)O_(3)-La_(2)O(3 CZ)材料性能的影响规律,揭示表面活性剂在构筑高性能CZ材料中的作用机制。N2-吸/脱附、OSC、H2-TPR和催化剂三效活性等测试结果表明,在纳米晶成核阶段加入不同碳链长度的表面活性剂均可在一定程度上增大纳米晶的初始晶粒尺寸,由此降低纳米晶的烧结驱动力。表面活性剂的引入促进材料产生更多氧空位从而提高了其氧化还原性能,其中,十二酸对材料热稳定性和氧化还原性能的促进效果最优,所制备CZ材料高温老化后的比表面积损失率低至46.3%,还原峰温最低为497℃,Ce的利用率最高为39%,因而其负载的单Pd三效催化剂表现出最佳的催化活性。

掺杂Y_(2)O_(3)钨基复合材料在近韧脆转变温区的静载拉伸特性

制备了掺杂质量分数分别为0.5%,2.0%Y_(2)O_(3)的钨基复合材料,研究了其显微组织,通过不同温度(25~800℃)下的拉伸试验分析了其近韧脆转变温区的变形特性。结果表明:2种复合材料均存在由轧制变形导致的大量位错,Y_(2)O_(3)颗粒对位错运动起到钉扎作用;Y_(2)O_(3)掺杂质量分数为2.0%的复合材料的晶粒更细小,发生韧脆转变的温度更低,在300~400℃拉伸时发生半脆性行为,断口区域位错密度在3.8×10^(15)~3.9×10^(15)m^(-2),在600~800℃下发生明显塑性变形,位错密度增加至6.2×10^(15)~6.8×10^(15)m^(-2)。

电子束蒸镀制备Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)红色发光织物及其性能研究

针对目前长波段红色发光织物制备方法存在的不足,采用电子束蒸镀在石英纤维织物表面沉积三价铕离子掺杂氧化钇(Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+))红色发光薄膜,研究80 mA、110 mA、140 mA和170 mA不同电子束电流对发光薄膜微观结构和发光性能的影响。结果表明:电子束蒸镀能够在石英纤维表面均匀沉积纯度较高的Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)发光薄膜,且发光粉材料组分不会改变;随着沉积电流从110 mA增加到170 mA,薄膜厚度由0.69μm增加到1.68μm;当电流为140 mA时,发光薄膜相对更加致密、颗粒尺寸较大,在(222)晶面择优取向并且符合Y_(2)O_(3)立方相结构,结晶性能较好;Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)薄膜在613 nm处存在Eu3+的特征红色发射主峰,当沉积电流为140 mA时制备的Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)薄膜发光强度最高。认为:采用电子束蒸镀制备的Y_(2)O_(3)∶Eu^(3+)红色发光织物属于长波段红色发光纺织材料,但其发光强度仍较低、发光余辉时间较短,还需提高发光性能。

铝合金喷涂Y_(2)O_(3)和Ni混合粉扫描电子束表面合金化的研究

扫描电子束表面合金化技术可改善铝合金表面性能。研究采用等离子热喷涂技术将不同含量的Y_(2)O_(3)与Ni混合粉末涂覆到6061铝合金表面,利用扫描电子束进行表面合金化处理。研究了表面合金化后强化层的组织形态、相结构和硬度的变化规律,探讨了稀土Y_(2)O_(3)含量与电子束工艺参数对强化层组织和性能的影响。结果表明,电子束表面合金化处理,其表面可分为合金化区、热影响区和基体区。合金化区的显微组织主要由YAl_(3)、AlNiY和Ni_(17)Y_(2)等相组成,最高硬度为396 HV0.2,是基体的6倍;热影响区主要由α-Al固溶体和Ni-Al化合物相组成,最高硬度为260 HV0.2,是基体的4倍;基体的相结构主要为α-Al和Mg_(2)Si强化相组成。随着稀土Y_(2)O_(3)含量的增加,合金层组织晶粒得到细化,硬度得到提升。稀土Y_(2)O_(3)含量为5%,组织细化程度与硬度提升最明显。强化层显微硬度随束流的增加先增加后减少,随移动速度的增加而减少,当电子束束流为10 mA、移动速度为10 mm/s,强化层组织晶粒高度细化,硬度提升显著。

合金元素Zr对Cu-Y_(2)O_(3)复合材料组织和性能的影响

通过机械合金化和放电等离子烧结制备Cu-Y_(2)O_(3)和Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料,并采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、电导率和拉伸实验对其组织和性能进行系统研究。研究发现,复合材料的显微组织对其力学性能和电导率具有很大影响。电学性能的改善可归因于共格Y4Zr_(3)O_(12)粒子的形成和Cu_(4)Zr相的优先成核,它们分别改善了Y_(2)O_(3)和Cu基体之间的界面以及降低了位错密度。此外,Cu-Y_(2)O_(3)-Zr复合材料的屈服强度为265.6MPa,极限抗拉强度为301.0MPa,伸长率为23.6%,电导率达到92.0%(IACS)。

溶胶-凝胶法制备Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)陶瓷微弧氧化封孔层

为了提高铝合金微弧氧化后的表面耐腐蚀性能,采用溶胶-凝胶法配合深紫外光化学处理法在铝合金微弧氧化膜层表面制备Y_(2)O_(3)稳定ZrO_(2)陶瓷封孔膜。用扫描电镜、X射线衍射、浸泡试验和电化学测试等分析手段表征其成分、相结构和表面形貌,研究复合膜层的耐蚀性。结果表明:深紫外辐照能够在较低的温度下制备出结合力好且致密的ZrO_(2)溶胶凝胶封孔膜,复合膜层的主要相组成为ZrO_(2),与没有封孔的微弧氧化膜层相比,腐蚀电流I0提高4个数量级,腐蚀电位Eo明显向正向移动,移动幅度为0.283,表明封孔后的涂层耐蚀性显著提高。

空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球的超声喷雾热解法可控合成及其光致发光性能

以蔗糖或柠檬酸为辅助剂,通过改变超声喷雾热解期间雾滴中溶剂的蒸发方式和溶质聚集状态,进行空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球的可控合成。探究了辅助剂的种类和比例对微球形貌的影响,提出了空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球形成机制,并分析了空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球的晶体结构及光致发光性能。结果表明:Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球组分均匀,仍保留立方Y2O3结构;添加蔗糖后可获得中空结构,添加柠檬酸则为多孔结构,这归因于添加的蔗糖在雾滴干燥时络合成膜,水分透过膜蒸发,溶质沉积在膜内壁形成空心球壳,而添加的柠檬酸则与溶质形成均匀的螯合物,在高热解温时产生大量原位介孔;空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球均在611 nm处表现出典型的红光发射,且空心微球的发光强度可达不添加辅助剂合成的实心微球的96.6%。该研究可为大规模产业化合成形貌可控的空心和多孔Y_(2)O_(3):Eu^(3+)微球提供参考。

Y_(2)O_(3)对TC4激光熔覆镍基复合涂层组织及性能的影响

探究不同含量稀土氧化物Y_(2)O_(3)对钛合金TC4表面激光涂层的组织及摩擦磨损和抗高温氧化性能的影响。采用2 kW的光纤激光器,在TC4表面激光熔覆制备含0.2%、0.5%、0.8%、1.0%、2.0%、3.0%Y_(2)O_(3)粉末的Ni60A-50%Cr_(3)C_(2)涂层;利用SEM、XRD、EDS等对该涂层的组织和物相进行分析;通过显微硬度计测量该涂层的硬度;采用MMG-500三体磨损试验机进行摩擦磨损试验;利用WS-G150智能马弗炉进行抗高温氧化性试验。结果表明:Y_(2)O_(3)添加量为1.0%时,该涂层的组织及性能均优于其它Y_(2)O_(3)添加量,涂层没有缺陷、成形良好,涂层生成高硬度碳化物和金属间化合物,组织细密均匀。基体热影响区组织为针状马氏体,涂层结合区组织为平面晶和柱状晶,涂层中部和上表面组织为短小的胞晶和树枝晶,涂层显微硬度最大值为1604HV0.2,约是基体的4.6倍;涂层摩擦系数基本稳定在0.33左右,小于TC4基体的摩擦系数0.5~0.7,涂层的耐磨性较基体显著提高;恒温850℃氧化100h后涂层氧化增重为5.11 mg·cm^(-2),约为TC4基体氧化增重25.8 mg·cm^(-2)的20%,高温抗氧化性能显著提高。适量添加稀土Y_(2)O_(3)可改善TC4激光熔覆层的组织及性能。

ZK60合金表面含纳米Y_(2)O_(3)微弧氧化涂层的体外降解、磨损性能和生物相容性

为了进一步降低镁合金微弧氧化(MAO)涂层的降解速率并提高其耐磨性能,通过在电解液中加入纳米Y_(2)O_(3)的方法,制备含纳米Y_(2)O_(3)的镁合金MAO涂层,并借助显微结构观察、磨损实验、电化学实验、浸泡实验和细胞毒性实验对其进行研究。结果表明,微弧氧化涂层中主要含有Ca_(8)YMg(PO_(4))_(7)和Y_(2)O_(3)颗粒,Ca_(8)YMg(PO_(4))_(7)能稳定涂层,纳米Y_(2)O_(3)能封闭微孔,从而降低涂层的降解速率,并提高其耐磨性。在Hank’s溶液中,涂层的降解速率从0.14 mm/a降至0.06 mm/a。在相同摩擦距离下,涂层体积损失从0.46 mm^(3)降至0.27 mm^(3)。MAO涂层具有良好的生物相容性,细胞相对增殖率(RGR)超过90%。含纳米Y_(2)O_(3)的MAO涂层具有良好的生物医学应用前景。

Y_(2)O_(3)添加量对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织及力学性能的影响

为探索第三组元Y_(2)O_(3)添加对Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)共晶陶瓷显微组织与机械性能的影响,本文利用低温度梯度的高温熔凝法制备了直径为20 mm的Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)(Y_(2)O_(3))共晶陶瓷块体,采用SEM、EDS及XRD技术对共晶陶瓷进行微结构分析,并利用维氏压痕法对其硬度和断裂韧性进行测试。SEM结果表明,凝固组织由群集的共晶团结构组成,随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,共晶团形态由胞状转变为枝晶状,内部相间距在1~2μm范围内变化。力学测试表明,Y_(2)O_(3)摩尔分数小于1.1%时,由于组织内部存在低硬度m-ZrO_(2)及微裂纹缺陷,故陶瓷硬度较低,约为(9.53±0.22)GPa;当Y_(2)O_(3)摩尔分数为1.1%时,陶瓷硬度最大,约为(18.05±0.27)GPa;当Y_(2)O_(3)的摩尔分数大于1.1%时,由于共晶团边界区内气孔缺陷及粗大组织增多,引起陶瓷硬度值略有下降。低Y_(2)O_(3)摩尔分数添加时,陶瓷断裂韧性相对较高,约为(6.30±0.16)MPa·m^(1/2),这与其内部存在大量微裂纹缺陷有关;随着Y_(2)O_(3)添加量的增加,陶瓷的微裂纹数量减少、边界区内缺陷增多,断裂韧性降低。

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷的制备与结构:水浴合成中H_(2)SO_(4)/Gd_(2)O_(3)摩尔比的影响

Gd_(2)O_(2)S:Tb闪烁陶瓷以其明亮的绿色发光、高能量转换效率和高中子俘获截面而广泛应用于中子成像和工业无损检测等领域,但Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中存在的Gd_(2)O_(3)第二相影响其闪烁性能。本工作以H_(2)SO_(4)和Gd_(2)O_(3)为原料,采用水浴法合成Gd_(2)O_(2)S:Tb前驱体,研究了H_(2)SO_(4)与Gd_(2)O_(3)的摩尔比(n)对前驱体和Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体性能的影响。前驱体的化学组成随n增大而变化:2Gd_(2)O_(3)·Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(n<2.00)、Gd_(2)O_(3)·2Gd_(2)(SO_(4))_(3)·xH_(2)O(2.25≤n≤2.75)和Gd_(2)(SO_(4))_(3)·8H_(2)O(n=3.00),经过空气煅烧和氢气还原后,所有的粉体均形成Gd_(2)O_(2)S相。Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的形貌与前驱体的相组成密切相关,随着n增大,Gd_(2)O_(2)S:Tb粉体的XEL强度增加呈现出两个阶段,对应前驱体的相转变阶段。采用真空预烧结合热等静压烧结制备了Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷,相较于n为2.00、2.25、2.50,其他n制备的Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷都达到了较高的相对密度和XEL强度,不同n制备的陶瓷中都存在Gd_(2)O_(3)第二相,n增大有利于减少陶瓷内部的第二相,为进一步消除Gd_(2)O_(2)S:Tb陶瓷中的第二相提供了思路。

CaO-Y_(2)O_(3)复合材料的制备及性能研究

分别以Y(NO_(3))_(3)·6H_(2)O、CaCO_(3)为钇源和钙源,以CO(NH_(2))2为燃料,采用低温自蔓延燃烧合成(LCS)法制备复合Y_(2)O_(3)包覆CaO粉体,合成粉体经煅烧、压制、干燥、烧结后制备出复合CaO-Y_(2)O_(3)材料,考察了钙钇摩尔比对复合材料结构及性能的影响。结果表明:所制备的复合粉体具有良好的包覆性。钙钇摩尔比为2∶1时材料物理性能最佳,其相对密度达到96.56%,显气孔率为1.32%,常温耐压强度为270.0 MPa,热震循环5次后试样残余强度保持率为88.39%,大气环境下21 d后的水化增重率为0.75%。