气动悬浮无容器激光加热技术的应用:MgTi_(2)O_(5)晶体及其熔体微结构的原位超高温拉曼光谱研究

搭建气体动力学悬浮无容器激光加热装置耦合皮秒级时间门控拉曼光谱仪,突破常规加热法的温度与坩埚材料的限制的同时,依靠皮秒级脉冲激光极短的测量周期大幅度屏蔽高温极端条件下黑体辐射对拉曼信号的干扰。并利用该平台首次原位测定了高熔点MgTi_(2)O_(5)超高温下(1903、1953和2003 K)的高信噪比熔体拉曼光谱。并通过耦合三代增强型电荷耦合探测器(ICCD)与纳秒级脉冲激光实现测定MgTi_(2)O_(5)晶体样品室温(RT)到1673 K的完整温度范围的原位拉曼光谱。在RT升至1953 K的升温过程中晶体的拉曼光谱出现展宽和红移现象,相对强度降低,当温度升高到熔体(2003 K)成为单一宽泛的包络线,表明此时晶体的长程有序的结构已经被破坏,体系内微结构发生本质改变。运用密度泛函理论(DFT)计算其常温拉曼光谱,比照实验光谱,对主要振动模式进行了归属分析,拉曼光谱位移低于350 cm^(-1)的低波数区的振动主要归属于晶体的晶格振动,中波数区域485 cm^(-1)的振动峰为Ti—O—Ti弯曲振动,主要特征峰648 cm^(-1)处为TiO_(6)八面体内O—Ti伸缩振动;787 cm^(-1)处为TiO_(6)八面体内O—Ti—O的弯曲振动。对熔体结构运用量子化学从头计算法,模拟了系列团簇模型的拉曼光谱,获得了特征振动模式的波数和散射截面,实验拉曼光谱采用散射截面校正后,解谱并定量分析了熔体中团簇结构的分布。定量分析显示,MgTi_(2)O_(5)晶体熔化后,存在TiO_(4)四面体构型(不同构型的Q_(i)相对摩尔分数分别为54.6%Q_(0)、20.1%Q_(1)、5.0%Q_(2)、4.8%Q_(3),Q_(i)为不同桥氧数i的钛氧四面体)和TiO_(6)八面体构型(H_(0)的相对摩尔分数为14.8%,H_(0)为孤立的六配位钛氧八面体)。Ti^(4+)主要以孤立四面体结构Q_(0)、二聚体结构Q_(1)四配位形式存在,少部分以孤立的钛氧八面体H_(0)六配位的形式存在。结果表明:MgTi_(2)O_(5)熔体成分中占较大比例的孤立结构,破坏了体系网络连接性,抑制了玻璃形成能力,因此该高温熔体不具备形成玻璃的条件。在升温过程中MgTi_(2)O_(5)晶体的拉曼光谱显示无相变发生;熔融过程中,晶体微结构中的Ti—O多面体结构由单一TiO_(6)型转变为TiO_(4)与TiO_(6)型共存。

CaO-Al_(2)O_(3)二元系晶体和玻璃的拉曼光谱研究

实验测定了CaO-Al_(2)O_(3)二元系中晶体和玻璃的拉曼光谱,并利用密度泛函理论(DFT)计算了CaAl_(4)O_(7)晶体的拉曼光谱活性振动波数和散射活性。结果表明CaAl_(4)O_(7)的中波数区(400~700 cm^(-1))对应Al-O_(b)-Al的弯曲振动,高波数区(700~1000 cm^(-1))则对应Al-O_(nb)的伸缩振动。采用激光悬浮加热装置制备了一系列玻璃样品,对其进行拉曼光谱研究发现,550和780 cm^(-1)附近观察到两个明显的特征峰,分别对应Al-O_(b)-Al的弯曲振动和Al-O_(nb)的伸缩振动。随着CaO/Al_(2)O_(3)比例的增加,550 cm^(-1)特征峰发生蓝移,而780 cm^(-1)特征峰发生红移,表明复杂网络结构逐渐解聚。此外,随Al_(2)O_(3)含量增加,410 cm^(-1)附近出现微弱峰,说明高配位铝含量增加。

添加剂强化攀枝花钛精矿固相还原研究

将攀枝花钛精矿在900℃氧化60 min后,配上过量的石墨粉,并加入不同种类的添加剂在高温下氩气气氛中进行固相还原。结果表明,添加剂能够提高还原产物的金属化率,硼砂的作用效果最好;2%(质量分数,下同)硼砂与氧化矿、石墨粉在1 100℃处理120 min后,金属化率达到了94.58%;加入2%硼砂的氧化矿的固相还原动力学曲线表明,在1 000~1 150℃还原反应初期的反应速率主要由固体界面化学反应速率控制。

缔合液体声学及粘弹性质的布里渊散射测试

缔合液体是日常生活和工业生产过程中的常见媒介之一,而声学和粘弹性质是其十分重要的基础性质之一。为此,本文作者将布里渊散射测试方法用于纯水和甘油两种代表性缔合液体不同温度下的声学和粘弹性质的测试,在180°背散射几何设置下测得了完整布里渊散射谱图。在构建系统理论描述的基础上,计算获得了它们的声速、声吸收系数和剪切粘度等参数值,从而进一步分析得到温度变化对液体材料声学性质及剪切粘度的影响。

钼含量对TiZrMo合金组织和力学性能的影响

采用冷坩埚悬浮感应熔炼制备了(Ti50Zr50)(100-X)MoX(X=1,3,5,7,%,原子分数)合金。分别对这些合金进行了固溶处理(800℃保温1 h水冷)和冷轧后固溶处理(850℃保温1 h水冷)。随后研究了合金的显微组织和力学性能。结果表明,当钼含量增加至3%和以上时,固溶处理后(Ti50Zr50)(100-X)MoX(X=1,3,5,7)合金的显微组织由α'相转变为β相;冷轧后再固溶处理的(Ti50Zr50)(100-X)MoX(X=3,5,7)合金其组织均为β相。由于固溶强化,经上述两种工艺处理后合金的显微硬度均随着钼含量的增加而提高。由于冷轧产生的细晶强化效应,冷轧后再固溶处理的(Ti50Zr50)(100-X)MoX(X=3,5,7)合金的显微硬度比固溶处理后的约高30~50 HV。