稀土氧化物复合ZrO2陶瓷的制备及应用研究进展

稀土氧化物可作为稳定剂、烧结助剂、掺杂改性剂加入到ZrO₂陶瓷材料中,能极大地提高和改善陶瓷材料的强度、韧性,降低其烧结温度,减少生产成本.文中简要综述了稀土氧化物ZrO₂陶瓷材料的制备及应用研究状况,包括Y₂O₃复合ZrO₂陶瓷粉体、富铈稀土氧化物复合ZrO₂陶瓷粉末、Nd₂O₃复合ZrO₂陶瓷材料、Pr₂O₃\Pr₆O₁₁复合ZrO₂陶瓷、La₂O₃复合ZrO₂陶瓷、Yb₂O₃复合ZrO₂陶瓷、Sm₂O₃复合ZrO₂陶瓷材料及氧化锆中掺杂多种稀土氧化物陶瓷粉体的制备和应用,分析讨论了一些需要解决的问题,并展望了稀土复合ZrO₂陶瓷制备技术及未来研究发展趋势.      

等离子喷涂纳米ZrO2热障涂层的组织及性能研究

采用大气等离子喷涂技术制备纳米ZrO2热障涂层,采用金相显微镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等对涂层组织及性能进行了研究。结果表明,纳米ZrO2热障涂层组织均匀,面层内孔隙较小、呈近圆形,孔隙率为9.6%;涂层由t-ZrO2单相组成,其平均结合强度和平均剪切强度较传统微米ZrO2热障涂层分别提高63.5%和50.5%,分别达到46.63MPa和23.97MPa;同时涂层具有优异的抗腐蚀性能和耐湿热能力,腐蚀和湿热试验后涂层完整、表面清洁,无新相生成。     

Sn/ZrO2镀层的制备及ZrO2纳米粒子对电沉积过程的影响

在酸性硫酸盐体系中,采用超声辅助电沉积制备Sn/ZrO₂复合镀层,探究了超声功率、ZrO₂纳米粒子浓度和阴极电流密度对Sn/ZrO₂复合镀层的耐蚀性影响;通过线性扫描伏安法和交流阻抗法,研究了Sn/ZrO₂体系中ZrO₂纳米粒子对电化学反应过程的影响;通过SEM和XRD分别测试镀层形貌和微观结构。实验结果表明,较优电沉积工艺为:超声功率为300 W,ZrO₂纳米粒子浓度为7 g/L,阴极电流密度为2.5 A/dm2。在较优条件下,探究纯Sn镀层和Sn/ZrO₂复合镀层电沉积过程,超声辅助纳米粒子的加入使镀层表面更加致密,增加了沉积过程活性位点,促进了Sn2+的沉积,细化了晶粒,使得镀层表面更加平整致密。      

掺杂ZrO2对Laβ-Al2O3固体电解质的性能影响

研究了掺杂不同量的ZrO₂对Laβ-Al₂O₃固体电解质的电导和抗热震性能的影响。结果表明ZrO₂的加入导致电导率下降,抗热震性能提高。为此,以加入质量分数10%ZrO₂为宜。     

溶胶制备工艺对ZrO2-Y2O3涂层性能的影响

用无机金属盐水解及有机醇盐中间体合成两种不同的工艺路线制备了ZrO₂-Y₂O₃复合Sol(溶胶),对比了通过Dip-Coating的方法在GH220/MCrAlX基体上形成致密ZrO₂-Y₂O₃陶瓷涂层的能力,以及涂层在1000℃的静态抗氧化性能.结果表明,金属有机醇盐工艺制备的ZrO₂-Y₂O₃陶瓷涂层具有极其优越的高温静态抗氧化性能.无机金属盐水解所制备的ZrO₂-Y₂O₃涂层抗氧化能力明显低于金属有机醇盐工艺.可能的原因是残留在涂层内的微量酸根离子使氧化和腐蚀过程加剧.     

氧化锆增韧的氧化铝纳米粉体制备及性能研究

以自制的异丙醇铝、异丙醇锆为原料 ,采用Sol Gel方法制备了氧化锆增韧的氧化铝纳米复合粉体 (ZTA)。通过DTA、X Ray及TEM等分析手段研究了粉体的性能与结构 ,研究结果表明 :ZTA体系的凝胶热分解行为受铝锆摩尔比的制约 ,Al∶Zr大于 2∶1时 ,其热分解行为与纯氢氧化铝的热分解行为相似 ;130 0℃煅烧后的ZTA系粉体中亚稳态的t ZrO2 含量亦与Al∶Zr有关 ,Al∶Zr愈高 ,t ZrO2 所占比重越大 ;ZTA粉体在热处理过程中经历了由无规网状→针状→球形→哑铃形结构的变化 ;纳米ZTA粉体的存在温度为 12 0 0℃左右 ,高于此温度粉体发生烧结     

富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2的ZrO2包覆及电化学性能

近几年,锂离子电池富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x) LiMO₂(M=Ni、Co、Mn等) 由于其高放电比容量、高电压、低廉的价格受到人们越来越多的关注.但是,富锂材料循环性能差、倍率性能低、首圈充放电效率低和电压降等问题是阻止富锂材料商业化的几个主要原因。采用液相法合成富锂材料Li[Li_0.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13]O₂,通过表面包覆一层ZrO₂, 放电倍率1 C下循环100圈之后,2% ZrO₂包覆量的富锂材料的放电比容量比未包覆的放电比容量多53.8 mAh/g,大大提高富锂材料的循环性能.      

稀土复合固体超强酸SO42-/ZrO2- 2% Gd2O3催化合成乙酸戊酯

制备了稀土复合固体超强酸SO₄2-/ZrO_2- 2%Gd₂O₃催化剂,并对以乙酸和戊醇为原料合成乙酸戊酯的反应条件进行了研究。研究表明:当戊醇与乙酸的摩尔比为1:1.5,反应时间为6h,反应温度为130℃,催化剂用量为6%戊醇的质量时,反应酯化率最高,酯化率可达98.93%,选择性高达100%。研究发现,该催化剂可重复使用,并能活化再生。      

MnOx?FeOy/TiO2?ZrO2?CeO2低温选择性催化还原NOz和抗毒性研究

用溶胶凝胶法制备TiO₂?ZrO₂?CeO₂（摩尔比4∶1∶1.25）载体,柠檬酸溶液浸渍法进一步负载MnO_x及MnO_x?FeO_y,进而合成了一种Fe掺杂的新型Mn基复合氧化物催化剂,考察其NH₃选择性催化还原NO性能及抗硫性能。它在含硫氛围中有良好的低温选择性催化还原（SCR）能力和抗中毒能力,Fe的引入促进了Mn与TiO₂?ZrO₂?CeO₂载体之间的相互作用,增加了催化剂表面Lewis酸性位点的数量。根据X射线光谱分析,Mn4+,Ce4+和吸附的氧的含量明显增加,对提高催化剂的性能非常有利。根据热重分析,在SO₂和H₂O同时存在的环境下,Fe的存在使硫酸铵和硫酸铈的产生量减少,抑制了锰的硫酸化,进一步提高了催化剂的抗毒性。MnO_x（12.5%）?FeO_y（0.8）/TiO₂?ZrO₂?CeO₂（4∶1∶1.25）催化剂在180 ℃下,同时通入体积分数10% H₂O和125×10?6 SO₂ 240 min,NO_z转化率可保持在75.6%。根据研究成果,新型锰基复合金属氧化物催化剂为进一步探索催化剂的SCR反应和抗毒机理提供了基础,促进了SCR工艺的工业应用。      

SiO2/ZrO2复合陶瓷组元对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

在粉末冶金铜基摩擦材料中添加6%(质量分数)的SiO2/ZrO2复合陶瓷组元,研究SiO₂和ZrO₂的质量分数对摩擦材料摩擦磨损性能的影响,并分析其机理。结果表明:随w(SiO₂)/w(ZrO₂)比值减小,铜基摩擦材料的密度和硬度增大。高速制动时,摩擦材料的摩擦因数和摩擦稳定因数较小。SiO₂可有效提高摩擦因数,ZrO₂可降低摩擦副的磨损率。当w(SiO₂)/w(ZrO₂)为2/4时,摩擦材料具有较好的摩擦磨损性能,高速制动下平均摩擦因数为0.326,摩擦稳定因素处于较高水平,为0.71,对偶数材料损伤在可接受范围内。SiO₂较易脱落而形成磨粒,ZrO₂与基体界面结合状态较好,所以随SiO₂含量减少,主要磨损机制从磨粒磨损转变为黏着磨损和磨粒磨损,最后转变为剥层磨损。     

氧化锆含量对钼合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了含不同质量分数氧化锆（ZrO₂）的钼合金棒材,通过拉伸力学性能测试、硬度测试、光学显微镜观察等分析手段,研究了ZrO₂含量对钼合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:ZrO₂的添加细化了钼合金晶粒,随着ZrO₂质量分数的增加,钼锆合金的硬度和室温抗拉强度增加。当ZrO₂质量分数为2.5%时,钼锆合金的硬度达到最大值（HV₁₀ 240）,抗拉强度达到最大值（820 MPa）。     

溶胶—凝胶法制备ZrO2—SiO2功能材料的研究

采用正硅酸乙酯和氧氯化锆，通过溶胶－凝胶法，以有机改性硅酸盐技术和水置换法相结合在80℃条件下制备ZrO2-SiO2无开裂干凝胶。使用TG－DTA研究了干凝胶在加热过程中的热量和质量变化，根据TG－DTA曲线选择合适的温度对10ZrO2-90SiO2（质量分数）干凝胶进行了热处理，并进行了XRD和IR分析，确定了干凝胶的析晶情况以及材料结构中各种基团的振动情况。采用有机改性硅酸盐技术和水置换法相结合可以减少凝胶在热处理过程中的开裂程度，ZrO2的含量对胶凝时间和凝胶的颜色有很大的影响，当热处理温度升高时，析晶倾向越来越明显，达到1150℃时出现晶体转变。     

氧化锆球体表面机械球磨涂覆钛涂层工艺研究

采用机械球磨涂覆技术在1 mm氧化锆球体上制备钛涂层, 研究了球料比、球磨时间及球磨气氛对钛涂层形成的影响, 利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)及超声波对钛涂层的显微结构及物理性能进行了表征。结果表明, 钛涂层厚度随球磨时间、球料比的增加先增加后减小, 球磨30 h的涂层平均厚度最大, 约为76 μm, 球料比2.5:1.0的涂层平均厚度最大, 约为73 μm; 钛涂层结合强度随球磨时间的增加先增加后减小; 球磨过程中适当增加球料比, 可缩短涂层的形成时间; 在球磨过程中间歇性引入空气, 球磨罐中的钛粉易被氧化成TiO, 导致涂层形成困难, 故而球磨过程处于密封状态更有利于钛涂层的形成。     

Al2O3/ZrO2层状复合陶瓷的研究

用辊轧工艺,在最佳成分配比及烧结制度下,制备了Al₂O₃/20%Al₂O₃(nm)+20%ZrO₂+60%Al₂O₃(μm)/Al₂O₃层状复合陶瓷.通过断裂韧性的测定,发现层状复合的断裂韧性值比无层状复合的Al₂O₃或ZrO₂增韧Al₂O₃有很大的提高,利用扫描电镜(SEM)对层状复合的微观结构进行了观察,讨论了层状复合的增韧机制和ZrO₂诱发微裂纹的机理,同时观察到层状复合断裂的典型特征为台阶状断裂。     

Promotional effect of CeO2 and Y2O3 on CuO/ZrO2 catalysts for methane combustion

Catalytic combustion of methane was conducted by using a Cu-based catalyst prepared by the plasma-assisted impregnation method. The properties of the catalysts were surveyed by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature-programmed reduction (H2-TPR). The results showed that the activity of CuO/ZrO2 with the CeO2 and Y2O3 was obviously increased compared with the CuO/ZrO2 catalyst, which was examined in relation to the structure and surface characteristics and might be correlated with their surface oxygen species and redox properties. Among the investigated catalysts, the Ce-CuO/ZrO2 sample exhibited the highest activity for methane combustion.     

碳还原锆英石分离SiO2和ZrO2

进行了配碳量、温度、时间和颗粒大小及试样形式对碳还原锆英石中SiO₂的实验研究,得到相应脱硅率的影响规律。理论上,脱硅率的极大值可达到97.22%。碳还原锆英石的表现反应活化能,在1600~2000℃温度范围内为282.04kJ/mol。锆英石被碳还原的限制环节是锆英石的热分解,而不是它裂解成SiO₂之后再与碳的反应。     

辊轧成型工艺制备ZrO2/Al2O3复相陶瓷的性能及结构

采用辊轧工艺,制成了素坯密度较高的氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷,并对其性能和结构分别进行了研究。利用多种粒径的粉体混合、多种增韧方式来设计复相陶瓷的显微结构,得到了最佳配比和最佳烧结工艺条件下的ZrO₂/nmAl₂O₃/μmAl₂O₃复相陶瓷。此陶瓷在1550℃下烧结,得到优良的抗弯强度和断裂韧性。     

Ni-SiO2复合镀层电沉积制备及组织性能研究

利用直流电沉积方法在Zr-4合金表面制备了Ni-SiO₂复合镀层,采用场发射扫描电镜、显微硬度计、电化学工作站、摩擦磨损试验机等研究复合镀层的表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性及摩擦磨损性能。研究结果表明:与单一的Ni镀层相比较,Ni-SiO₂复合镀层的显微硬度值有所提升,表面更为均匀,Ni-SiO₂复合镀层的耐腐蚀性能和耐磨性能也得到明显提升。且当SiO₂颗粒添加量为10 g/L时,复合镀层的综合性能较优。