烧结应力的缓冲及Al2O3/不锈钢微滤膜的制备

以多孔不锈钢片为基体、以氧化铝粉体(平均粒径0.5 μm)为膜材料, 用三种工艺制备了Al₂O₃/不锈钢微滤膜。采用扫描电子显微镜和金相显微镜分别对样品表面和断面形貌进行了表征, 用毛细流动法测定了Al₂O₃/不锈钢膜的孔径分布, 并通过超声震荡法考察了膜的附着力。研究表明, 在基体与氧化铝涂层间预洗引入一层不锈钢细粉作为过渡层再进行共烧结,有效地解决了Al₂O₃膜层易于剥落的问题, 并成功制备了Al₂O₃/不锈钢复合微滤膜, 膜厚为40~50 μm。该不锈钢粉末过渡层不仅可以修饰基体表面, 还能够缓冲Al₂O₃层在热处理过程中产生的热膨胀和烧结收缩应力, 并对Al₂O₃层和不锈钢基体产生粘结作用, 提高了膜的附着力。本工作所采用的共烧结法既简化了制备工艺, 又节约了能源。共烧结温度是影响膜附着力与孔径分布的关键因素, 经1100、1150、1200和1250℃共烧结, 所制备的Al₂O₃/不锈钢膜平均孔径为0.2、0.3、0.5和3.9 μm, 其纯水通量分别为3.8、4.1、6.9和20.5 m³/(m²·h·bar)。     

蒸汽相转化涂晶法SAPO-34分子筛膜的制备及表征

采用一种新型涂晶方法即蒸汽相转化涂晶法, 在廉价大孔α-Al₂O₃载体上水热合成制备高质量的SAPO-34分子筛膜。该方法能够有效修复α-Al₂O₃载体的大孔缺陷, 通过制备平整均匀的晶种层, 最终得到了连续并且无明显“针孔”缺陷的SAPO-34膜。实验考察了浆料中添加尺寸分别为2 μm、1 μm、500 nm及100 nm的晶种对形成晶种层及分子筛膜的影响, 并将制备的分子筛膜用于渗透汽化异丙醇脱水实验。在75℃下对90wt%的异丙醇/水混合物具有优良的分离性能, 其通量和分离系数分别为1.396 kg/(m²·h)和973。     

氮气压力对多孔氮化硅陶瓷显微组织和力学性能的影响

以α-Si₃N₄为原料, Y₂O₃为烧结助剂, 在三种不同的氮气压力(0.12、0.32和0.52 MPa)下烧结制备了多孔氮化硅陶瓷。研究了氮气压力对氮化硅的烧结行为、显微组织和力学性能的影响, 分别通过SEM观察显微组织并统计晶粒的长径比, 通过XRD对物相进行分析, 并对烧结试样进行三点弯曲强度测试。随着氮气压力的提高, 多孔陶瓷的线收缩率降低、气孔率提高, 这是由于低熔点的液相中N含量随氮气压力的提升而增加, 导致了液相粘度提高, 抑制陶瓷致密化。随着氮气压力的提高, 组织中的棒状β-Si₃N₄生长良好, 晶粒长径比增大, 其原因是高的液相粘度抑制了β-Si₃N₄形核, 有利于β-Si₃N₄生长。由于β-Si₃N₄棒状晶的作用, 陶瓷弯曲强度随氮气压力的升高得到改善, 但是气孔率的升高降低陶瓷的强度。在0.52 MPa的氮气压力下烧结的多孔陶瓷气孔率达58%, 弯曲强度为140 MPa。     

水基浆料涂覆结合原位反应制备Cf/SiC复合材料表面光学涂层

本研究提出一种C_f/SiC复合材料表面改性新方法为水基浆料涂覆结合原位反应烧结工艺。系统研究了SiC和炭黑在水基浆料中的共分散、粘结剂的量和浆料固含量对浆料流变性能的影响、涂层的微观结构和性能等。研究结果表明: 采用水基浆料涂覆工艺可在基材表面制备一层气孔率达49%的多孔C/SiC预涂层; 通过液相渗硅原位反应工艺, 多孔预涂层转变为高致密、与基材强结合的光学涂层, 并且在涂层与基材间形成了~ 15 μm的化学反应过渡层; Si/SiC涂层的维氏硬度为(14.19 ± 0.46) GPa, 断裂韧性为(3.02 ± 0.30) MPa·m^1/2; 经过精细研磨抛光, 涂层的表面粗糙度可达2.97 nm RMS。     

纳米级TiO2添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响

以黄土、粉煤灰为基础骨料,纳米级TiO₂为烧结助剂,羧甲基纤维素（CMC）为粘结剂,通过挤压成型法和固态粒子烧结法制备陶瓷膜支撑体,对支撑体的纯水通量、耐酸碱腐蚀性能、抗折强度、显气孔率、晶相组成及表面形貌等进行表征,并探究纳米级TiO₂添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响。结果表明,纳米级TiO₂的添加可促进支撑体的烧结与致密,在烧结温度为1050℃,纳米级TiO₂的添加量为5%时,支撑体抗折强度为2.874 MPa、纯水通量为2 667.94 L/（m²·h·MPa）、显气孔率为53.473%、酸碱腐蚀率为5.196%与0.354%。纳米级TiO₂作为烧结助剂可生产出性能优良的陶瓷膜支撑体。     

碳热还原-反应烧结法制备多孔氮化硅陶瓷

以廉价的二氧化硅、炭黑和硅粉为起始原料, 利用碳热还原-反应烧结法制备了高气孔率、孔结构均匀的多孔氮化硅陶瓷, 考察了原料中硅粉含量对多孔氮化硅陶瓷微观组织和力学性能的影响。XRD分析表明烧结后的试样成分除了少量的α-Si₃N₄相和晶间相Y₂Si₃O₃N₄外, 其余都是β-Si₃N₄相; SEM分析显示微观组织由棒状β-Si₃N₄晶粒和均匀的孔组成。通过改变硅粉的含量, 制备了不同气孔率, 力学性能优异的多孔氮化硅陶瓷。     

Ge掺杂对TiO2-Nb2O5-CaCO3压敏陶瓷结构及性能的影响

TiO₂ 压敏电阻是一种典型的非线性电流-电压电子器件, 本文研究了Ge掺杂对TiO₂-Nb₂O₅-CaCO₃压敏陶瓷的非线性系数α和压敏电压E_B的影响。采用传统的球磨-成型-烧结方法成功制备Ge掺杂TiO₂-Nb₂O₅-CaCO₃压敏陶瓷, 用压敏直流参数仪测试样品的非线性系数α、压敏电压E_B和漏电流J_L等电学性质, 并根据相关公式计算样品平均势垒高度。XRD、XPS、SEM和STEM分析表明, Ge掺杂显著改变TiO₂-Nb₂O₅ -CaCO₃压敏陶瓷微结构, 提高非线性系数α和减小压敏电压E_B。当施主Nb₂O₅和受主CaCO₃掺杂浓度分别为0.5mol%时, 掺杂1.0mol% Ge的压敏陶瓷获得了最高的非线性系数和较低的压敏电压(α=10.6, E_B=8.7 V/mm), 明显优于不掺杂Ge的TiO₂-Nb₂O₅-CaCO₃压敏陶瓷。此外, Ge熔点较低, 作为烧结助剂可以降低陶瓷的烧结温度, TiO₂-Nb₂O₅-CaCO₃-Ge压敏陶瓷最佳烧结温度是1300℃。     

晶粒尺寸对细晶钛酸钡陶瓷介电、压电和铁电性能的影响

以采用水热法制备的BaTiO₃粉体作为原料, 利用普通烧结法和两步烧结法制备出晶粒尺寸为0.25~10.15 μm的BaTiO₃陶瓷, 研究了晶粒尺寸效应对BaTiO₃陶瓷的介电、压电以及铁电性能的影响。结果表明: BaTiO₃陶瓷的四方相含量随着陶瓷晶粒尺寸的增大而增加; 当晶粒尺寸在1 μm以上时, 室温相对介电常数(ε° )和压电系数(d₃₃)随着晶粒尺寸的减小而增大, 并在晶粒尺寸为1.12 μm时分别达到最大值5628和279 pC/N, 然后两者随着晶粒尺寸的进一步减小而迅速下降。BaTiO₃陶瓷的剩余极化强度P_r随晶粒尺寸的增大而提高, 而矫顽场E_c却呈现出相反的趋势。晶粒尺寸对介电性能和压电性能的影响是由于90°电畴尺寸和晶界数量的变化。晶粒的晶体场和晶粒表面钉扎作用的变化影响了电畴, 进而改变电滞回线。     

2024铝合金表面扫描式微弧氧化工艺研究

本研究利用小功率微弧氧化电源, 通过内充液式管状阴极的逐行扫描, 在2024铝合金样件表面生成微弧氧化陶瓷膜层, 对样件的局部受损部位进行了成功的修复, 从而突破了传统微弧氧化技术不能用于铝合金构件现场局部防护与修复的限制; 利用XRD、SEM、EDS等分析方法对陶瓷膜层的相组成与微观组织形貌进行了研究。利用纳米压痕仪测试了陶瓷膜层的纳米压痕硬度和弹性模量, 用动电位极化曲线测试陶瓷膜层的耐腐蚀性能。结果表明: 在恒电流模式下, 扫描式微弧氧化电压快速升高, 直接进入微弧放电阶段。其一次扫描成膜层厚度17 μm, 相对于传统微弧氧化具有很高的成膜效率。铝合金扫描式微弧氧化陶瓷膜层主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃组成, 膜层分为致密层和疏松层, 表面多微孔, 且有微裂纹; 纳米压痕测试结果表明, 陶瓷膜层纳米压痕硬度和弹性模量沿界面向外呈现先增加后减小的变化趋势。动电位极化曲线表明, 扫描式和传统微弧氧化陶瓷膜层都能够对基体起到有效的腐蚀防护作用, 传统微弧氧化陶瓷膜层的腐蚀防护作用高于扫描式。     

超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

Nb掺杂TiO2压敏陶瓷的施主掺杂固溶度

研究了不同烧结温度TiO2压敏陶瓷的显微结构、施主掺杂固溶度和电学性能。采用SEM和EDS测试了其显微结构和晶粒化学组成。随烧结温度增加,TiO2晶粒迅速长大,显微结构均匀致密,但过高的烧结温度将导致较多气孔。1350℃为比较合适的烧结温度,其晶粒大小为15μm左右。在施主掺杂浓度一定的条件下,施主掺杂离子Nb5+在TiO2晶粒中的固溶度、晶粒电子浓度和电导率随烧结温度上升而增加,晶粒电阻率随烧结温度上升而下降。以能谱中O为参考确定TiO2晶格数量计算得到的固溶度及其电学性能更符合实验测试结果。     

Densification and grain growth during pressureless sintering of TiO2 nanoceramics

Anatase titania nanopowders with mean particle sizes of 7, 15, 26 and 38 nm synthesized by sol–gel method were used to sinter bulk TiO₂ nanoceramics. The relative densities and average grain sizes of the TiO₂ nanoceramics were studied as a function of the compaction pressure on green sheet, sintering temperature, and mean particle size of the starting TiO₂ nanopowders. The relative density of the TiO₂ nanoceramics increases rapidly and average grain size increases slowly with increasing sintering temperature below 800 °C. Sintering at higher temperatures above 800 °C enhances the densification of the TiO₂ nanoceramics and leads to a increase of the grain size. Bulk TiO₂ nanoceramics with an average grain size of less than 60 nm and relative density over 95% was obtained by a phase-transformation-assisted pressureless sintering at a relatively low temperature (800 °C).     

多孔陶瓷固载TiO_2薄膜的制备及甲醛光催化动力学

以四氯化钛为初始反应物,采用水解沉淀法合成纳米TiO_2薄膜。结合XRD、TEM以及FTIR等手段对TiO_2/硅藻土基多孔陶瓷复合材料的晶体结构和形貌进行了表征;以复合材料为空气净化器芯体,甲醛为降解对象,对光催化降解动力学进行了探讨。结果表明:纳米TiO_2经600℃煅烧后为锐钛矿型,平均粒径约10.6nm,纳米TiO_2薄膜牢固包覆于载体表面(膜厚300~450nm)。包覆层与TiO_2薄膜之间的界面上形成了Si—O—Ti键。甲醛初始浓度为1.302mg/m~3,紫外光照240min,甲醛去除率达到94.6%。动力学研究表明:可用Langmuir-Hinshelwood动力学方程来描述甲醛光催化降解反应,该气相光催化一级反应时的反应速度常数为0.576mg/(m~3·min),吸附系数为0.048m~3/mg。并建立了甲醛的气相光催化动力学方程。     

共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜

中空纤维陶瓷膜具有装填密度高, 传质阻力低, 使用寿命长等优点, 被广泛用于膜分离领域。高度非对称结构的中空纤维膜有利于同时实现高通量与高截留率, 本研究采用共挤出法制备双层中空纤维陶瓷复合膜, 内外层纺丝液分别掺杂平均粒径为1 μm和300 nm的α-Al₂O₃粉体。系统考察了内层纺丝液TiO₂掺杂量、外层纺丝液Al₂O₃/聚醚砜(PESf)质量比和煅烧温度对膜的结构与性能的影响。结果表明, 在内层纺丝液TiO₂掺杂量为2wt%, 外层纺丝液Al₂O₃/PESf质量比为5.60, 烧结温度为1350 ℃的最优条件下, 中空纤维膜断裂负荷为24 N、平均孔径为0.15 μm、去油率为97.5%。     

稀土氧化物对常压烧结氮化硅陶瓷性能的影响

高导热氮化硅陶瓷是大功率电力电子器件散热的关键候选材料。研究采用稀土氧化物(Re₂O₃)和氧化钛(TiO₂)烧结助剂体系, 通过低温常压烧结方法来制备氮化硅陶瓷, 以有效降低成本, 满足实际应用的需求。系统研究了烧结助剂种类及含量对Si₃N₄陶瓷的致密化行为、热导率、显微结构以及力学性能的影响。研究发现随着稀土离子半径的增大, 材料的致密度和热导率均呈现下降趋势, 添加Sm₂O₃后样品最高密度仅为3.14 g/cm³。但是当Sm₂O₃-TiO₂烧结助剂含量为8wt%时, 样品断裂韧性可达5.76 MPa•m^1/2。当添加Lu₂O₃且烧结助剂含量为12wt%时, 材料的密度可达3.28 g/cm³, 但是大量存在的第二相导致热导率仅为42.3 W/(m∙K)。研究发现该材料具有良好的断裂韧性。经1600℃退火8 h后, Er₂O₃-TiO₂烧结助剂样品的热导率达到51.8 W/(m∙K), 基本满足一些功率电路基板材料的实际应用需求。     

多孔钼钛氧化物的自支撑制备及其结构转变

通过MoO₃与TiO₂相互支撑的方法制备了一系列多孔钼钛氧化物, 并在此基础上研究了该材料结构在随焙烧温度变化过程中的转变机制, 通过XRD、BET、FESEM、TG/DTG等表征分析, 当焙烧温度低于600℃时, MoO₃呈固体状态, 通过MoO₃与TiO₂相互支撑可以制备出比表面积高达182 m²/g的介孔钼钛氧化物, 可负载更多分散良好的MoO₃, 其加氢脱硫性能显著优于常规浸渍法制备的催化材料; 当焙烧温度高于600℃时, MoO₃呈熔融状态, “自支撑效应”消失, 钼钛氧化物孔结构发生坍塌。     

陶瓷添加物对Ti_3SiC_2基复合材料抗氧化性的影响

为研究陶瓷添加物对Ti3SiC2基复合材料性能的影响,首先,采用反应热压烧结法制备了Ti3SiC2材料及陶瓷添加物含量均为30wt%的SiC/Ti3SiC2、Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料。然后,测试了材料的力学性能和导电性,在1 373~1 773K温度范围内对Ti3SiC2基复合材料的抗氧化性进行了研究,并对其烧结试样的物相组成和显微结构等进行了表征。结果表明:Ti3SiC2在高温氧化后的主要产物为TiO2和SiO2;氧化层分为内外2层,内层由TiO2与SiO2这2相混合组成,外层为TiO2;氧化层中存在大量显气孔,结构较为疏松,导致抗氧化性较差。与Al2O3/Ti3SiC2和MgAl2O4/Ti3SiC2复合材料相比,SiC/Ti3SiC2复合材料具有更好的抗氧化性。