Analysis on high-temperature oxidation and growth stress of iron-based alloy using phase field method

High-temperature oxidation is an important property to evaluate thermal protection materials. However, since oxidation is a complex process involving microstructure evolution, its quantitative analysis has always been a challenge. In this work, a phase field method （PFM） based on the thermodynamics theory is developed to simulate the oxidation behavior and oxidation induced growth stress. It involves microstructure evolution and solves the problem of quantitatively computational analysis for the oxidation behavior and growth stress. Employing this method, the diffusion process, oxidation performance, and stress evolution axe predicted for Fe-Cr-A1-Y alloys. The numerical results agree well with the experimental data. The linear relationship between the maximum growth stress and the environment oxygen concentration is found. PFM provides a powerful tool to investigate high-temperature oxidation in complex environments.

硅酸钛钡高温压电晶体及其传感器件研究进展

压电材料作为重要的功能材料,由其制备的结构健康检测器件已被广泛应用于国民经济的诸多领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等的发展,各类高温工况环境对压电材料的性能提出了更高的要求,因此研制综合性能优异的高温压电材料并将其应用到具有更高服役温度的传感器件中受到了研究者的广泛关注。硅酸钛钡(Ba_(2)TiSi_(2)O_(8),BTS)晶体具有较高的电阻率、较低的介电损耗和优良的压电性能,是一种具有良好应用前景的高温压电单晶材料。本文主要介绍了BTS晶体的提拉法生长制备工艺、单晶电弹性能表征、材料相变调控以及采用该晶体为核心元件研制的声表面波传感器和高温振动传感器的研究进展,最后对新型高温压电晶体及其传感器件的研发进行了总结和展望。

共掺La^(3+)和过量Sr^(2+)对荧光粉Sr_(1.96)Eu_(0.04)SiO_4发光性质的影响

采用高温固相法制备了荧光粉Sr_(1.96-x)Eu_(0.04)SiO_(4)∶xLa^(3+)(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05)和Sr_(1.94+y)Eu_(0.04)La_(0.02)SiO_(4)∶ySr^(2+)(y=0、0.05、0.10、0.20、0.30).使用X射线粉末衍射仪、荧光分光光度计表征了荧光粉的物质结构和发光性质.结果表明:荧光粉的XRD均与Sr_(2)SiO_(4)标准卡片PDF 39-1256对应,没有杂质相产生.荧光粉Sr_(1.96)Eu_(0.04)SiO_(4)中掺入La^(3+)能增强其发光强度,且发射峰的位置不变.当La^(3+)掺杂量为2%(摩尔分数)时,荧光粉Sr_(1.94)Eu_(0.04)La_(0.02)SiO_(4)的发光强度最强.在Sr_(1.94)Eu_(0.04)La_(0.02)SiO_(4)中掺入一系列过量浓度Sr^(2+),能增强其发光强度,且不改变发射峰的位置和形状.当Sr^(2+)过量10%时,荧光粉的发光强度最强.荧光粉的宽带发射光谱可以拟合为2个独立的发射峰,对应Eu^(2+)的4f~65d~1→4f~7跃迁,2个发射峰的强度随着通气量的增大有规律变化,使得荧光粉的发光颜色从绿光区过渡到黄光区.

从废旧电池中回收二水磷酸铁再生LiFePO_(4)/C

使用酸浸—加热回流法从废旧磷酸铁锂电池中回收得到二水磷酸铁,将其作为原料并添加一定量的锂源和碳源,通过高温固相法再生了LiFePO_(4)/C,并研究了温度对再生LiFePO_(4)/C电化学性能的影响。首先采用酸浸—加热回流法对废旧磷酸铁锂正极片进行处理生成FePO_(4)·2H_(2)O,洗涤烘干后研磨得到FePO_(4)·2H_(2)O粉末,XRD表征和ICP测试结果显示回收得到的FePO_(4)·2H_(2)O结构完整、纯度较高。然后在FePO_(4)·2H_(2)O粉末中添加碳源,在高温下制备LiFePO_(4)/C材料,对其进行结构与形貌表征以及电化学测试,发现以葡萄糖为碳源、温度为700℃、葡萄糖量为理论生成磷酸铁锂质量的17%时再生的LiFePO_(4)/C电化学性能最佳,0.3 C倍率下再生的LiFePO_(4)/C首周放电比容量可达141.8 mAh/g,循环100周后容量保持率可维持在94.3%。通过与商用LiFePO_(4)/C进行电化学性能对比,进一步验证了该工艺再生的LiFePO_(4)/C有着优良的电化学性能。

面向短时/断续工作制的电机系统固–液相变热管理技术及应用发展

固–液相变现象表现出的潜热特性可有效平抑瞬时温升,将其应用于航天航空、奔越式机器人、新能源汽车、数控机床等电机热管理系统,可有效提高短时工作制或断续周期性工作制(S2—S8)下运行的伺服电驱动系统的瞬态性能。为了总结归纳固–液相变材料的电机系统热管理技术及其应用现状,该文针对固–液相变材料特性、系统数值计算与仿真模拟、样机实验测试方法、相变热管理系统结构等4个方面开展调研,并提出亟待解决的关键技术问题。研究发现:目前阶段石蜡和低温熔盐是适合电机系统的最佳相变介质,但仍存在导热系数较低的问题,需通过改性强化解决;通过机壳灌注相变材料,可有效实现温升平抑,但尚缺乏有针对性的热路拓扑设计;采用焓–多孔方法是模拟相变过程的理想手段,但糊状区参数的取值缺乏理论指导;最后,固–液相变过程的测试中侵入式传感器易对电磁、热、流场的自然演变过程产生干扰。

高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料研究进展

磷酸铁锂电池作为广泛应用的锂离子电池之一,其关键电极材料的高效回收循环利用在资源、环境、经济等方面具有重要的战略意义。高温固相修复技术能够实现磷酸铁锂正极材料短流程、低成本、高效率、绿色环保的循环利用,获得了广泛的关注和研究。针对高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料,介绍了此类材料的电化学性能失效机理,从锂补充、缺陷修复和强化锂的迁移等方面对磷酸铁锂正极材料的修复机理进行了分析;阐述了焙烧温度、保温时间、补锂量等修复再生工艺参数对高温固相法修复磷酸铁锂正极材料的影响;分析了表面包覆和离子掺杂对提升磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响和机理;并对高温固相修复法修复磷酸铁锂正极材料的可控制备、杂质控制和材料改性等方面的未来前景进行了展望。

SrB_(4)O_(7)光催化剂的高温固相法合成及其催化机理

以硼酸和碳酸锶作为起始原料,利用高温固相法合成了SrB_(4)O_(7)光催化剂;通过XRD和紫外可见漫反射光谱对不同制备温度条件下合成光催化剂的结构及光吸收性能进行表征;利用光化学反应仪测试光催化剂的光催化性能;通过捕获实验探究了SrB_(4)O_(7)光催化剂的光催化机理。研究结果表明:在800℃、850℃和900℃下合成的SrB_(4)O_(7)光催化剂对罗丹明B的降解率分别为90.2%、84.8%和60.4%;800℃下合成的SrB_(4)O_(7)光催化剂光催化降解有机物过程中主要活性物质是羟基自由基(·OH)和超氧阴离子(O_(2)·-)。

高速低温喷涂气固作用行为及喷涂系统研究进展

高速低温喷涂是利用固相或含固相的低温粉末在高速度、高动能作用下碰撞基体表面沉积的喷涂方法,具有氧化轻微、结合牢固、组织致密、综合力学性能优异等潜在优势,在高性能金属或金属基复合材料涂层制备、增材制造和零件损伤修复等领域获得广泛关注。以粉末低温高速碰撞沉积过程为主线,凝练现有冷喷涂和低温超音速火焰喷涂两种具体工艺的共性特征,阐明喷涂气流与粉末颗粒的气固两相交互作用规律,分析出合理调控颗粒温度和速度是改善沉积体性能的关键。其次分析高速低温喷涂设备系统的构成,详细讨论各核心部件的结构设计策略及对气固流动行为的影响,总结出通过调整工艺参数与喷枪结构,可以实现颗粒温度和速度的按需控制。最后,对高速低温喷涂工艺及设备系统发展目前尚存的关键问题进行展望。总结如何通过喷涂参数与装置设计,最终达成调控沉积体性能的目的,有助于深入理解高速低温喷涂的沉积机理,对研制高性能的喷涂设备系统具有参考意义。

废旧磷酸铁锂电池集流体分离与正极材料再生

通过优化NaOH碱溶条件高效去除集流体黏结剂,保留完整铝箔;利用固相法再生LiFePO 4。当NaOH为0.8 mol/L、固液比20 mL/g、40℃反应10 min,正极材料的分离率达到99.78%,超声1 min后铝箔回收率为76%,解决了碱溶条件下铝箔回收的繁琐问题。球磨转速500 r、球磨5 h,补充10%高纯LiFePO 4的方式固相再生,再生LiFePO 4的最高放电比容量为新材料的94.75%,60次循环测试后为初始放电比容量的88.62%。

NaYSiO_(4)∶Ce^(3+)蓝色荧光粉的发光性质及其在白光发光二极管上的应用

采用高温固相法合成了NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)(0.01≤x≤0.05)系列蓝色荧光粉。NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)荧光粉在250~360 nm之间的宽带吸收能与紫外LED芯片很好地匹配。NaYSiO_(4)∶xCe^(3+)荧光粉中存在多个Ce^(3+)离子荧光中心,且在紫外光激发下表现出峰值波长位于414 nm附近的宽带蓝光发射。NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)荧光粉在300~350 nm紫外光激发下量子效率在25%以上。NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)荧光粉表现出优良的化学稳定性,在水中浸泡14 d后荧光强度和量子效率几乎不变。将NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)蓝色荧光粉、商用(Sr,Ba)_2SiO_(4)∶Eu^(2+)绿色荧光粉和商用(Ca,Sr)AlSiN_(3)∶Eu^(2+)红色荧光粉涂覆于310 nm紫外LED芯片上制备得到了显色指数高达95的LED器件。当驱动电流从50 mA逐渐增大到300 mA时,制备的LED器件表现出稳定的暖白光发射,其色坐标几乎不变。上述结果说明,本研究报道的NaYSiO_(4)∶0.02Ce^(3+)蓝色荧光粉在紫外LED芯片驱动的白光发光二极管照明上有着潜在应用价值。

高热稳定CaGdAlO_(4)∶Er^(3+)/Yb^(3+)荧光粉的上转换发光及其温度传感性能

获得具有良好热稳定性和发光性能的非接触式光学温度传感材料是目前的研究热点之一,本工作通过高温固相法制备了Er^(3+)/Yb^(3+)共掺CaGdAlO_(4)∶Er_(x),Yb_(0.10)(x=0.006、0.008、0.010、0.012、0.014)荧光粉,尺寸大小分布在0.6~4.2μm。在980 nm激光激发下,该荧光粉在500~700 nm发射谱由两个发射带组成,528和550 nm处两个较强的绿光发射带,归属于Er^(3+)的^(2)H_(11/2)→^(4)I_(15/2)、^(4)S_(3/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁,663 nm处较弱的红光发射带,归属于Er^(3+)的^(4)F_(9/2)→^(4)I_(15/2)能级跃迁。上转换发光强度最大组分为CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)。300~573 K变温发射谱表明,基于荧光强度比FIR_(528/550)参数,温度传感绝对灵敏度S_(A)从44.4×10^(-4) K^(-1)(@300 K)先增大到52.0×10^(-4) K^(-1)(@445 K)随后减小到49.0×10^(-4) K^(-1)(@573 K)。相对灵敏度S_(R)则从0.95×10^(-2) K^(-1)(@300 K)单调减小到0.27×10^(-2) K^(-1)(@573 K)。冷热循环实验表明该材料的热重复性优于98%。结果表明,CaGdAlO_(4)∶Er_(0.010),Yb_(0.10)荧光粉在光学温度传感领域具有潜在的应用前景。

无水草酸辅助硝酸铁热分解制备高饱和磁化强度γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子

采用硝酸铁和无水草酸为原料,通过简便的一步固相法焙烧制备γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子。采用XRD、SEM-EDS、N_(2)-吸附/脱附和VSM等表征手段分析了样品的结构、形态和磁性能。研究表明,在Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O中添加C_(2)H_(2)O_(4),可以制备出饱和磁化强度为76.3 emu/g的棒状γ-Fe_(2)O_(3)。

反常热猝灭Sr_(2)Ga_(2)SiO_(7)∶Sm^(3)+红色荧光粉的合成及发光性能

采用高温固相法合成了系列Sr_(2-x)Ga_(2)SiO_(7)∶xSm^(3)+红色荧光粉,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光(PL)光谱、高温荧光光谱、荧光量子效率和荧光衰减寿命等一系列表征手段对合成荧光粉的物相及晶体结构、发光性能和热稳定性进行研究。一系列结果表明,在404 nm紫外光激发下,Sr_(2-x)Ga_(2)SiO_(7)∶xSm^(3)+荧光粉在598 nm处发出明亮的红色光。Sr_(2-x)Ga_(2)SiO_(7)∶xSm^(3)+荧光粉发光强度随Sm^(3)+离子浓度变化,在x=0.03时发生浓度猝灭,是由电偶极-电偶极相互作用导致的。随着温度逐渐上升,系列荧光粉表现出反常的热猝灭现象,在393 K时发光强度达到最大,强度为室温下的102.5%;在473 K时,发光强度仍可以保持室温下的101.3%。此外,最佳样品的荧光量子效率可达72.5%。研究表明,Sr_(2-x)Ga_(2)SiO_(7)∶xSm^(3)+红色荧光粉是一种具有高热稳定性、高量子效率可用于WLED的发光材料。

Gd_(2)MgTiO_(6):Dy^(3+)荧光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法制备出一系列Dy^(3+)掺杂双钙钛矿Gd_(2)MgTiO_(6)白色荧光粉样品,通过X射线衍射仪和荧光光谱仪对荧光粉样品的晶体结构及荧光性能进行分析和表征。结果表明:在355 nm近紫外光激发下,样品发出极强的蓝光(484 nm)和黄光(575 nm)。通过调节Dy^(3+)的浓度可以使样品发光颜色向白光区移动,因此Gd_(2)MgTiO_(6):Dy^(3+)是一种可调荧光粉。当Dy^(3+)掺杂浓度为3%时可以发出色坐标为(0.3598,0.3946)的白光。Gd_(2)MgTiO_(6)合成方法简便、组份易调控,是一种具有潜在应用价值荧光材料。

Fe_(3)O_(4)@AC的制备及其对甲苯磺酸瑞马唑仑分离分析研究

采用超声辅助法制备磁性活性炭复合材料(Fe_(3)O_(4)@AC)并用作磁分散固相萃取剂,同时与高效液相色谱法联用对甲苯磺酸瑞马唑仑进行了分离分析。实验结果表明,在最佳实验条件下,甲苯磺酸瑞马唑仑浓度与峰面积间呈良好线性关系,线性范围为0.005~1.000μg/mL,线性相关系数为0.999 5,检出限为3.5μg/L。以模拟人体尿液作为实际样品进行加标回收验证,加标回收率为86.1%~106.9%,相对标准偏差(RSD)在2.9%~7.2%之间。

纳米SiO_(2)包覆Na_(2)Ca_(2.93)Si_(6)O_(16):7% Eu^(3+)荧光粉的制备及性能研究

采用传统高温固相法在1050℃烧结下制备了Na_(2)Ca_(3-x)Si_(6)O_(16)∶xEu^(3+)红色荧光粉,其中Na_(2)Ca_(2.93)Si_(6)O_(16)∶7%Eu^(3+)荧光粉的发光性能最好。采用溶胶-凝胶法制备出纳米SiO_(2)并包覆在Na_(2)Ca_(2.93)Si_(6)O_(16)∶7%Eu^(3+)荧光粉表面,包覆量为2%~10%(wt,质量分数,下同)。通过X射线衍射仪、激发-发射光谱分别对荧光粉物相结构和发光性能进行表征,采用CIE色度坐标分析软件对样品的色度图进行绘制。结果表明纳米SiO_(2)包覆量不同的荧光粉其基质结构未发生改变,纳米SiO_(2)包覆膜是无定型的,样品的发射峰位置没有变化,但发射强度不同;当纳米SiO_(2)包覆量为8%时,荧光粉发射强度最高,比Na_(2)Ca_(2.93)Si_(6)O_(16)∶7%Eu^(3+)荧光粉的发光强度明显提高,且此时色纯度更高,更接近正红色,CIE色度坐标为(0.5282,0.3210)。

Sm^(3+)掺杂Na_(5)Y(MoO_(4))_(4-y)(WO_(4))_(y)高热稳定性荧光粉的制备及发光性能研究

本文采用高温固相法合成了一系列Na_(5)Y_(1-x)(MoO_(4))_(4-y)(WO_(4))y∶xSm^(3+)(x=0~0.10,y=0~4)橙红色荧光粉。通过粉末衍射、透射电镜、常温/变温荧光发射谱、荧光激发谱、荧光动态衰减曲线和CIE色度坐标等光谱手段对荧光粉样品的光谱性能进行了研究。粉末衍射结果表明,合成的样品相位与Na_(5)Y(MoO_(4))_(4)的标准相一致,Sm^(3+)掺杂与引入(WO_(4))2-均未改变材料的相结构。在波长为406 nm光源的激发下,Na_(5)Y0.92(MoO_(4))3WO_(4)∶0.08Sm^(3+)荧光粉在643 nm附近橙红色荧光发射强度最高,继续增加Sm^(3+)的掺杂浓度,存在荧光猝灭现象,浓度猝灭的主要原因归为电偶极-电偶极相互作用。研究发现,Na_(5)Y(MoO_(4))_(4)基质中掺杂Sm^(3+)会引起电负性改变和晶格畸变,在Na_(5)Y_(1-x)(MoO_(4))_(4)∶xSm^(3+)中引入(WO_(4))2-阴离子基团,可以弥补因掺杂Sm^(3+)出现的缺陷,改善Na_(5)Y(MoO_(4))_(4)∶xSm^(3+)荧光粉的发光性能。在300~440 K,样品具有优异的热稳定性,荧光发射强度均超过室温时的96%;其CIE色度坐标均位于橙红光区域。以上结果表明新型Na_(5)Y_(1-x)(MoO_(4))_(4-y)(WO_(4))y∶xSm^(3+)橙红色荧光粉在WLED应用上有潜在价值。

超级奥氏体不锈钢热轧工艺研究

利用热力学模拟软件计算了904L、254SMO、654SMO超级奥氏体不锈钢和316L常规奥氏体不锈钢相图以及析出相的析出行为,并通过数学回归方法研究了其高温强度。研究表明:超级奥氏体不锈钢凝固模式为全奥氏体凝固,固相线温度普遍偏低,较316L低80~110℃,σ相析出温度较316L高,高温强度较316L高,热加工难度大。

二价阳离子掺杂对钛酸盐基红色荧光粉性能的影响

白光LED以其所具备的环保、省电、效率高、寿命长等优点被广泛使用,而红色荧光粉是其发光所必需的。本文使用高温固相法,在1200℃下烧结4小时,制备了二价阳离子掺杂的CaTiO_(3):Eu^(3+)(CTE)红色荧光粉,研究二价阳离子(Mg^(2+),Zn^(2+))掺杂浓度对钛酸盐基红色荧光粉发光性能的影响。结构分析表明XRD图谱与CaTiO_(3)的标准PDF卡片符合得很好,表明烧结荧光粉为纯度较高的单相物质,具有较好的结晶性。经过一系列分析,结果表明,Mg^(2+)对CaTiO_(3):Eu^(3+)进行掺杂可以改善其发光性能,特别当掺杂浓度为4%时,其发光强度增强了约1.5倍。表明合适的二价阳离子掺杂有利于钛酸盐基红色荧光粉发光性能的提升,对CTE荧光粉的应用具有一定的参考意义。

Ba/Fe双掺LaCoO_(3)热敏陶瓷材料低温离子传输机制研究

为了开发电学性能优异的深低温材料,采用传统高温固态法制备了Ba/Fe双掺杂的LaCoO_(3)负温度系数热敏陶瓷材料,结合XRD、SEM、XPS等测试手段,研究了材料的物相结构、微观形貌、离子价态分布等,并在22—80 K和80—290 K范围内进行了低温电学性能测试。结果表明:双掺杂改性降低了LaCoO_(3)材料的应用温区,ρ(22 K)在1.85×10^(5)—6.94×10^(6)Ω·cm范围内变化,材料常数B(22—100 K)在146.09—162.75 K范围内变化;在深低温环境下,材料的导电机理由80 K以上时的小极化子跳跃导电转变为80 K以下时的双交换导电,导致了材料常数B发生突变。由此证明,该双掺杂热敏陶瓷材料在极低温测试中具有可开发的应用潜力。