K掺杂的SrSiO3-δ基电解质材料的制备与性能研究

采用固相法制备了固体氧化物燃料电池(SOFC)电解质材料Sr_1-xK_x SiO_3-δ(x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35)。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗等对试样进行表征分析。结果表明：用固相法经950℃煅烧所得粉体呈立方钙钛矿结构。Sr_1-xK_x SiO_3-δ的烧结活性较好,在1 200℃烧结的电解质陶瓷相对密度均大于98%,平均晶粒尺寸为7～15μm;中温条件下该系列电解质材料的离子电导率较高、电导活化能较低。其中800℃时Sr_0.90K_0.10SiO_2.95的离子电导率最高(8.66×10^-2S/cm),电导活化能最低(1.27 eV)。     

氧化铝涂层对Al2O3f/SiO2复合材料弯曲性能的影响

以氧化铝纤维为增强体,采用缠绕成型工艺制备氧化铝纤维/石英基体(Al₂O_3f/SiO₂)和氧化铝纤维/氧化铝涂层/石英基体(Al₂O_3f/Al₂O₃/SiO₂)氧化物纤维增强陶瓷基复合材料。测试1200℃下的弯曲强度,用电子显微镜(SEM)观察断口微观形貌。结果表明:氧化铝涂层可有效抑制石英基体与氧化铝纤维间的强结合,在1200℃下弯曲强度为143 MPa,远高于无氧化铝涂层的Al₂O_3f/SiO₂复合材料的弯曲强度(75 MPa)。     

双掺杂策略助力单晶LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2材料

锂离子电池中，由超高镍LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂组成的层状正极材料是实现高能量密度的关键。高镍含量正极材料具有高能量密度、长寿命、低成本优势，商业化需求量很大。高压运行是提高锂离子电池能量密度的有效途径。然而，高压循环下不可逆的容量衰减使正极材料难获得高效的容量保持率。以Al₂O₃和TiO₂为掺杂物质，经高温固相烧结合成Al/Ti共掺杂的单晶正极材料LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂。用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电镜对Al/Ti共掺杂的调节机制进行表征和分析。结果表明：Al/Ti共掺杂可有效抑制不可逆相变，促进Li⁺的传输，稳定材料的层状结构。这项工作揭示共掺杂的关键作用，说明Al/Ti掺杂如何调控正极材料的晶体结构，为开发高性能层状正极提供新思路。     

Al/Fe2O3纳米铝热剂界面结构和稳定性的周期性密度泛函理论研究

纳米铝热剂是一类应用广泛的含能复合材料,系统研究其界面结构与性能的关系,对制备性能更优的新型铝热剂有重要指导意义。采用周期性密度泛函理论方法研究了Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)表面的结构、表面能以及由它们与Al(111)表面构成的Al/Fe₂O₃界面(AFS1、AFS2、AFS3、AFS4和AFS5)的结构、黏附功和键合特征。结果表明,Fe₂O₃(104)和Fe₂O₃(110)的O原子暴露表面更稳定,它们与Al(111)构成的界面AFS1和AFS5在所研究的5种界面中也最稳定,分别具有最大的黏附功(3.92 J·m^-2和3.02 J·m^-2),且AFS1比AFS5更稳定。在这两种最稳定的界面中,Al原子都是堆积在Fe₂O₃表面O原子的顶位,界面键合主要是通过Al?O离子键作用。     

掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

为了研究La₂O₃对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La₂O₃。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La₂O₃的Al/CuO铝热剂;掺杂2%La₂O₃的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g     

溶胶形成温度对BNT陶瓷压电介电性能的影响!

为了研究溶胶-凝胶方法对BNT基无铅压电陶瓷压电、介电性能的影响,采用溶胶-凝胶法合成了具有单一钙钛矿结构的(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3超细粉料。研究结果表明,前驱体液的pH值控制在7～9范围内,溶胶形成温度为70℃时,可以制得均匀透明的溶胶;根据XRD研究结果,凝胶在700℃下热处理2 h后可形成单一钙钛矿结构的超细粉料。分析了材料的压电、介电性能随溶胶形成温度与烧结温度的变化。根据试验结果,认为溶胶比较适宜的形成温度为70℃,虽然溶胶-凝胶方法制备的BNT无铅压电陶瓷的介电性能受到一定的影响,但其压电性能得到了提高。     

Mo-CCN-ZrO2复合材料显微组织及性能研究

以难熔金属钼为基体,添加相应比例的3Y-ZrO₂(Y₂O₃稳定ZrO₂)粉体和球形CrCoNi(CCN)中熵合金粉体、C粉,通过固固混合、粉末冶金法制备典型的耐烧蚀钼基复合材料Mo-0.65%CCN-2.0%ZrO₂。系统研究Mo-0.65%CCN-2.0%ZrO₂钼基复合材料显微组织、不同加工变形条件下力学性能及抗氧化能力。结果表明:随变形量增大,晶粒得到细化,第二相粒子分布均匀,材料抗拉强度、伸长率、抗弯强度、断裂韧性等力学性能显著提高;在变形量达65%时,抗拉强度达812 MPa,屈服强度为696 MPa,伸长率为26.2%,抗弯强度为1707 MPa,断裂韧性为32.3 MPa·m1/2;材料断裂类型表现为典型韧性断裂特征,材料的抗氧化能力显著改善。     

溶胶-凝胶自生粉末冶金法制备Al2O3/W-Cr复合材料

以Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、W、Cr等为原料,采用溶胶-凝胶自生粉末冶金法制备氧化铝颗粒增强钨铬双金属基复合材料,对烧结过程中增强颗粒Al2O3生成机制及对Al2O3/W-Cr复合材料的结合界面进行研究。结果表明:Al2O3体积分数为10%时洛氏硬度达到最高值,为58.7,致密度随Al2O3体积分数的增加呈下降趋势;复合材料的增强颗粒氧化铝是由溶胶-凝胶过程中生成的Al(OH)3烧结分解而得,该Al(OH)3经过1 200℃保温1 h烧结可得到增强效果最佳的α-Al2O3;该复合材料的结合方式并非简单的机械包裹,而是冶金结合。     

过渡金属氧化物对高氯酸钾基彩色发烟剂的催化作用研究

为研究过渡金属氧化物对高氯酸钾基彩色发烟剂的催化作用，分别以Fe₂O₃、Co₂O₃、CuO作为催化剂，与高氯酸钾和乳糖混合组成烟火药，并加入40%的次甲基蓝染料制备成蓝色发烟剂，采用TG-DTA、TG-FTIR、高速摄影仪和高速红外热像仪研究了烟火药的热分解、燃烧性能以及发烟剂的发烟效果。结果表明：燃烧反应主要是固态的高氯酸钾和液态的乳糖发生反应生成CO₂，催化剂的添加加速了这一反应过程，3种金属氧化物的催化效果由好至差依次为Fe₂O₃、Co₂O₃、Cu O;Fe₂O₃的添加使药剂的放热峰提前14℃，燃烧速率提升2倍以上；加入Fe₂O₃的发烟剂的发烟时间为11.55 s，其形成的烟雾较浓、发烟持续性较好、药剂反应较充分。     

Bi1-xPrxFe1-xTixO3多铁陶瓷的结构与电磁性能研究

采用快速液相烧结法制备Bi_1-xPr_xFe_1-xTi_xO₃(x=0.00、0.03、0.06、0.12)系列多铁陶瓷样品,研究Pr-Ti共掺杂对BiFe O₃结构、缺陷、电学和磁学特性的影响。XRD分析结果表明:所有样品均为菱方钙钛矿结构,Pr-Ti共掺杂可有效抑制杂相生成,当掺杂量高于0.06时杂相基本消失,共掺杂引起结构畸变。正电子湮没寿命谱测试结果表明:所有样品中均存在阳离子空位型缺陷,空位尺寸和浓度均随Pr-Ti掺杂量增加而增大。电学和磁学性能测试结果表明:适量Pr-Ti共掺杂可有效提高Bi Fe O₃的介电、铁电和磁学性能。综合上述结果,认为BiFeO₃多铁性能的改善可能是由于Pr-Ti共掺杂引起晶格畸变、减少氧空位浓度、改变阳离子空位浓度等多种原因引起。     

α-CL-20和CL-20/H2O2中溶剂分子的扩散特性及其对共晶分解影响的分子动力学模拟

为了研究H₂O和H₂O₂溶剂分子对含能共晶热稳定性的影响机制,采用分子动力学(MD)模拟方法对α-CL-20和CL-20/H₂O(2正交、单斜)中溶剂分子的扩散行为及其热解机理进行了研究。结果表明,H₂O和H₂O₂都会随着温度的升高从晶胞中扩散出来,其中H₂O分子扩散得更快;温度低于500 K时单斜晶型CL-20/H₂O₂晶格框架具有阻碍溶剂分子H₂O₂扩散的作用,而温度高于500 K时,这种阻碍作用将不复存在。热分解过程中,α-CL-20释能最慢,且其中CL-20的分解也是最慢的;温度低于1500 K时,溶剂分子对含能组分热解呈现出一定的稳定化作用,但此作用随着温度的升高而消失。此外,溶剂的存在能明显增加晶格能。     

不同铁粉对宽温高导MnZn铁氧体直流叠加性能的影响

以进口和国内4种不同铁粉为原料，通过传统陶瓷工艺制备宽温高导高直流叠加MnZn铁氧体。通过XRF分析4种铁粉成分差异，研究不同铁粉配方的铁氧体宽温直流叠加特性，通过SEM对铁氧体内部进行微区分析。结果表明：日本铁粉杂质含量低、纯度高，制备的铁氧体性能最佳；韩国和中国台湾铁粉有害杂质元素含量偏高，不利于制备宽温高导高直流叠加性能的铁氧体；湖南涟钢铁粉有害杂质元素略高于日本铁粉，调整主配方Fe₂O₃及添加剂CaCO₃、SiO₂用量后，涟钢铁粉制备的铁氧体性能在-40℃时起始磁导率μ_i≥3 200、增量磁导率μ_△≥2 900;25℃时μ_i≥4 100、μ_△≥3 600;85℃时μ_i≥4 500、μ_△≥2 400。     

Fe2O3/BAl纳米复合含能材料的制备及性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/BAl纳米复合含能材料,用SEM、XRD、DSC等方法对Fe2O3/BAl复合含能材料的微观形貌、结构以及热力学性能进行了研究。结果表明:Fe2O3紧密包覆在B粉和纳米Al颗粒表面;与普通Fe2O3/Al铝热剂相比,溶胶-凝胶法制备的Fe2O3/BAl纳米复合含能材料具有更好的点火特性。     

纳米Al/Bi2O3制备和性能及长储研究

采用溶液法制备纳米Bi₂O₃颗粒,并用P4VP与Al粉自组装,获得分散均匀的纳米铝热剂Al/Bi₂O₃. 利用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜（SEM）对其组成和形貌进行表征,运用差示扫描量热仪（DSC)、压力-时间曲线（p-t曲线）分析性能。自组装Al/Bi₂O₃的反应时间为0.036 s, 最大压力为4 729 kPa,达到最大气体压力的时间为0.162 s,表现出比Al/Fe₂O₃和Al/CuO反应更为迅速,产气量更大的性能特点。经过加速老化实验,Al和Bi₂O₃接触更紧密但无明显团聚;经老化处理,相当于常温下储存15 a时间,Al表面氧化层厚度由3.2 nm增加到4.6 nm,Al/Bi₂O₃放热量由1 112 J/g逐步降低到606 J/g,Al/Bi₂O₃用于半导体桥发火时间由37.20 ms增加到50.88 ms,发火能量由0.64 mJ增加到1.17 mJ.     

阴极材料Sm0.5Sr0.4Ca0.1CoO3的凝胶浇注法制备及性能

采用凝胶浇注法合成中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)阴极材料Sm0.5Sr0.4Ca0.1CoO(3SSCC)。利用差热-热重(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热膨胀、电导率以及交流阻抗谱等技术研究SSCC的结构和性能。结果表明:SSCC与电解质Sm0.2Ce0.8O1.(9SDC)具有良好的化学相容性,电极在1 150℃煅烧4 h后,与SDC电解质可形成良好的接触界面;SSCC的电导率在400~800℃达到400 S/cm以上,50~800℃SSCC阴极的平均热膨胀系数为16.31×10-6 K-1,SSCC的极化电阻较小,700℃时仅为0.13Ω.cm2,预示其可作为IT-SOFC较为理想的阴极备选材料。     

La1-xRexCrO3-δ系连接材料烧结及电性能研究

采用柠檬酸-硝酸盐法合成了La1-xRexCrO3-δ（Re=Nd、Ce；x=0．1、0.3、0．5）连接材料，用XRD、SEM等对产物烧结进行表征。结果表明，连接材料的烧结性能受掺杂离子的种类和掺杂量的影响，通过比较得知，La0.9Nd0.1CrO3烧结体的致密度最大。采用直流四端子法测量烧结体在中温（450-800℃）区的电导率，测量结果表明电导率随钕含量的增大而减小，La0.9Nd0.1CrO3样品的电导率较高。因此，La0.9Nd0.1CrO3作为连接材料具有很好的发展前景。     

NC/F2602/RDX复合微球悬浮组装成型及其性能研究

为了提升RDX基PBX造型粉的包覆效果和质量一致性，采用膜乳化技术制备出乳滴直径均一的水包油型粘结剂(NC/F₂₆₀₂)乳液，将超细RDX颗粒悬浮于乳液体系中，通过驱除乳滴中的溶剂，实现NC/F₂₆₀₂/RDX含能微球的悬浮组装成型。对样品形貌、粒度分布、晶型和热分解性能进行表征，并对不同样品的撞击感度进行测试。结果表明：NC/F₂₆₀₂/RDX复合物呈球状，包覆致密且粒度分布较窄，晶型未发生改变。相比超细RDX,NC/F₂₆₀₂/RDX复合微球的表观活化能由162.25k J·mol^-1升至165.98k J·mol^-1，热爆炸临界温度仅降低了0.01℃；复合微球的撞击安全性显著改善，特性落高H₅₀由47.3cm升至62.5cm。     

凯夫拉与陶瓷复合结构抗侵彻性能数值仿真

为研究凯夫拉-129(Kevlar-129)材料与氧化铝(Al₂O₃)陶瓷面板复合装甲结构对抗侵彻性能的影响,建立平头弹丸侵彻该复合装甲单元的有限元模型。在数值模拟侵彻过程中,通过改变侵彻体的速度与复合装甲的结构,得到不同速度下的侵彻体速度变化曲线,分析了不同速度侵彻体击穿复合装甲的靶后速度与复合结构对其动能的吸收能力。分析结果表明：Kevlar与Al₂O₃陶瓷的复合装甲结构可以更好地抵抗侵彻;Kevlar夹层的位置对抗侵彻能力有较大影响,可为今后轻质复合装甲板设计提供相关技术参考。     

基于磁性复合磨粒的磁流变抛光试验研究

针对铝合金磁流变抛光过程中出现的磨粒分布不均,提出基于二氧化硅包覆四氧化三铁(Fe₃O₄@SiO₂)壳核结构磁性复合磨粒的化学辅助磁流变抛光工艺。用溶胶-凝胶法制备Fe₃O₄@SiO₂磁性复合磨粒,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线电子能谱仪(EDS)及振动样品磁强计(VSM)对其进行表征。进行6061铝合金平面材料的单因素抛光试验,研究主轴转速、抛光间隙、进给速度及抛光时间等对表面质量的影响。结果表明：主轴转速为600 r/min、抛光间隙为3 mm、进给速度为80 mm/min、抛光时间为40 min是最优参数组,在此参数下抛光6061铝合金,获得了Ra=0.02μm的超光整表面。对比同参数下传统磁流变抛光后的铝合金表面,因磨粒分布不均导致的表面细小划痕得到改善。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。