低密度碳气凝胶制备及其热学、力学性能研究

ICF及X光激光实验将结构和密度可调的碳气凝胶作为一种常用靶材料,其力学、热学性能和结构直接影响其应用。本文以间苯二酚（R）和甲醛（F）作为反应前驱体,通过调节反应参数和控制制备条件合成了低密度（<50mg/cm³）碳气凝胶,最低密度为36mg/cm³。利用场发射扫描电镜（FESEM）、X射线衍射仪、孔径分布及比表面积测试仪和同步热分析仪等对低密度碳气凝胶的结构进行研究;采用动态力学分析仪、电子拉伸试验机和热传导分析仪对其性能进行表征。研究表明,该低密度碳气凝胶具有明显珍珠项链状纳米网络,颗粒大小均匀,粒径约为70nm,比表面积达1217m²/g;在-120～200℃温区内,具有稳定的力学性能,杨氏模量仅为0.375MPa,是一种理想的弹性材料。常规密度碳气凝胶材料为几十MPa。在室温空气气氛下,其热导率低至0.05W/(m•K),相对于常规碳气凝胶有较大改善。     

二步法制备超低密度SiO2气凝胶

以正硅酸乙酯为原料，利用二步法制备低密度ＳｉＯ２凝胶。研究不同溶液酸比对凝胶化过程的影响。分析Ｃ２Ｈ５ＯＨ、（ＣＨ３）２ＣＯ和ＣＨ３ＣＮ为稀释溶剂形成凝胶的特点，结合ＣＯ２超临界干燥处理，制备出密度小于１０ｋｇ／ｍ＾３的超低密度ＳｉＯ２气凝胶，并与传统一步法制备的ＳｉＯ２气凝胶进行了结构比较。     

超低密度二氧化硅气凝胶制备新方法

以多聚硅氧烷（ Ｅ４０）为硅源,用溶胶凝胶一步法制备了 Ｘ 光激光靶及惯性约束聚变冷冻靶用超低密度 Ｓｉ Ｏ２ 气凝胶。研究了催化剂、溶剂等对其溶胶凝胶过程的影响。制备出的气凝胶密度为５ ｋｇ·ｍ － ３。用 Ｓ Ｅ Ｍ 、 Ｂ Ｅ Ｔ 等方法对其微结构进行了研究。     

氧化锡纳米晶气凝胶制备及其表征

介绍一种低体密度、高表面积、具有纳米量级骨架和晶粒尺寸的块状多孔氧化锡(SnO2)气凝胶的制备方法。场发射扫描电子显微镜（FESEM）表明,气凝胶是由大量纳米粒子堆积而成的三维多孔材料。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）表明,气凝胶的骨架粒子由平均粒径为2～3nm的纳米微晶构成。N2吸附表明,气凝胶具有较高的比表面积,约为355.65m2/g,通过该方法计算出的气凝胶的骨架颗粒粒径为2.4nm,与HRTEM结果吻合较好。     

可加工SiO2气凝胶及其惯性约束聚变靶微柱制备

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，采用酸碱两步催化法制备SiO₂醇凝胶。醇凝胶分别经TEOS母液、六甲基二硅胺烷（HMDSA）处理后，采用CO₂超临界干燥法制备出密度在30～100mg/cm³的SiO₂气凝胶。用傅立叶变换红外光谱（FTIR）对疏水性SiO₂气凝胶进行了表征，并用扫描电镜图研究了气凝胶改性前后的微观网络结构。改性后的气凝胶微观骨架变大，部分细小的网络结构消失。改性后的气凝胶在潮湿环境中具有极好的尺寸稳定性和疏水性能。用精密车床加工出了满足惯性约束聚变物理试验要求的ICF靶微柱。     

微尺寸碳气凝胶的制备及其机械性能研究

以间苯二酚和甲醛为源,碳酸钠作催化剂,采用溶胶-凝胶技术和原位成型工艺制得有机气凝胶微柱、薄片.经常压下丙酮替换和后续精确温控的高温碳化工艺制备相应的微尺寸碳气凝胶.研究表明,通过控制前期反应参数,可实现碳气凝胶密度在300～1 000 mg/cm3可控、比表面积高达1 521 m2/g、具有不同内部微观结构和良好的低温力学稳定性能.所制备的微尺寸碳气凝胶是一种优秀的惯性约束聚变实验用多孔泡沫材料.     

惯性约束聚变靶材料碳气凝胶的制备方法

用溶胶－凝胶法制备出了高RC比（间苯二酚与催化剂的摩尔比）的RF有机气凝胶,通过溶剂替换,成功地实现了常压条件下的干燥工艺。经高温碳化处理,将RF有机气凝胶转化为碳气凝胶,改变RC比和聚合单体的质量百分数,可控制气凝胶的粒径及孔径、密度及比表面积。用扫描电镜（SEM）、BET等方法对其颗粒大小、密度、比表面积及孔径分布等微结构进行了分析测试。制备出的碳气凝胶性能满足惯性约束聚变靶材要求。     

超低密度碳气凝胶的制备与研究

采用溶胶-凝胶技术制备了超低密度的间苯二酚-甲醛(RF)有机气凝胶(10 mg/cm³),将此气凝胶高温碳化,得到了密度只有20 mg/cm³的碳气凝胶,并用扫描电镜、透射电镜、N₂吸附法等表征了低密度碳气凝胶的微观结构、孔特征等性质。研究发现,低密度碳气凝胶是由粒径10～15 nm的碳纳米粒子以单链珍珠链状连接组成的三维网络结构;而这些纳米颗粒是由更小的石墨微晶构成,微孔主要存在于碳纳米颗粒中,比表面积达1 783.7 m²/g。氢吸附测试发现,此低密度碳气凝胶常压下在液氮温度时吸氢量可达4.4%（质量分数）。     

块体气凝胶的通用制备方法进展

传统溶胶凝胶法、环氧化物法和无机分散溶胶凝胶法是3种用于制备氧化物气凝胶的通用方法,在各自适用范围内均有重要意义。对于块体气凝胶的制备,传统溶胶凝胶法的工艺和理论成熟但制备范围较窄,环氧化物法制备范围广却存在着气凝胶的密度较高、易于收缩、难以成型等缺点,且难以适用于低价态元素氧化物块体气凝胶的制备。无机分散溶胶凝胶法的制备范围则非常广,它采用金属无机盐为前驱体,低分子量聚丙烯酸为分散剂与引导剂,结合传统溶胶凝胶法与环氧化物法,辅以超临界流体干燥和热处理工艺,一步反应即可获得具有密度较低、成型性好、强度较高、杂质易去除等特点的块体气凝胶。该方法可广泛应用于多族多周期块体气凝胶的制备,在气凝胶的制备与应用领域将拥有广阔的前景。     

块状氧化铁气凝胶制备初步研究

研究以氯化铁的醇溶液为前驱体、有机路易斯碱为凝胶促进剂,快速制备氧化铁的醇凝胶,再通过CO2超临界干燥工艺得到氧化铁气凝胶。用透射电镜(TEM)对氧化铁气凝胶的微观结构的表征结果表明,气凝胶主要由超细微粒堆积而成。经BET和BJH测试,气凝胶样品的密度为138 mg/cm3时,孔径为97 nm,孔体积为1.97 cm3/g,比表面积为487 m2/g。XRD研究表明,组成氧化铁气凝胶的晶形结构主要为-βFeOOH。     

SiO2气凝胶常压制备、表面结构与吸附性质

采用溶胶-凝胶技术,以多聚硅（E-40）为源,通过表面修饰工艺,在常压条件下制备了SiO2气凝胶.采用扫描电镜、13C和29Si核磁共振谱以及孔径分布仪对SiO2气凝胶的微结构进行了表征,并用微量电子真空吸附天平对SiO2气凝胶的吸附特性进行了研究.结果表明：SiO2气凝胶具有纳米多孔结构、较好的疏水和亲水可调性,是一种极好的高吸附材料.     

旋压过程对马氏体时效钢组织性能的影响研究

某柔性连接件由马氏体时效钢管材经旋压、固溶、时效等工序加工而成。在其加工过程中存在材料易开裂、成品件材料延伸率低等问题。为解决上述问题,从各工序间的马氏体时效钢管坯上取样,通过金相分析、拉伸性能测试、硬度检测等表征,对旋压过程中组织和性能的变化规律进行分析。结果表明,成品件延伸率过低主要是由于旋压引起的形变强化造成的,多道次强力旋压会使马氏体时效钢晶粒破碎、位错密度和残余应力增加,导致成品延伸率仅为1%左右。通过优化工艺路线,可成功降低材料开裂率并将成品件延伸率提升至3%以上。     

硅对CLAM钢微观结构和力学性能的影响

文章研究了合金元素硅对CLAM钢的力学性能和微观结构的影响。实验表明,在CLAM钢中添加0.2％的Si会使其屈服强度和抗拉强度明显提高,同时使CLAM钢的韧脆转变温度升高,韧性降低。在光学显微镜下观察,CLAM钢呈现回火马氏体组织,Si的添加使奥氏体晶粒细化,致使CLAM钢的强度升高、韧性降低。在透射电子显微镜下观察,回火板条马氏体是其主要结构,存在针状和颗粒状两种形态的碳化物;利用透射电子显微镜选区衍射方法可知,呈颗粒状的碳化物是M23C6型碳化物。Si的添加使马氏体板条的宽度变小。     

低活化马氏体钢限制性模压织构演化行为及力学性能研究

利用低活化马氏体钢在500、600 ℃下进行了多道次限制性模压(CGP)实验,研究了不同温度下变形道次对其显微组织和力学性能的影响。结果表明：经3道次CGP变形后,低活化马氏体钢的平均晶粒尺寸从初始回火态的1.37 μm细化到0.88 μm;马氏体中形成了明显的（121）［012］、（011）［111］、（101）［111］织构,同时有（213）［111］织构出现,{112}{111}面织构的出现有效提升了材料的拉伸性能;铁素体中出现（012）［021］织构和明显的{013}〈113〉织构;抗拉强度与硬度显著上升,延伸率小幅降低。500 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后从初始态的586.31 MPa提升至693.01 MPa,3道次后又略下降至689.74 MPa;延伸率从初始态的18.59%降至12.13%。600 ℃下,抗拉强度经过1道次CGP变形后提升至685.97 MPa,3道次CGP变形后又略下降至679.30 MPa;延伸率降至15.62%。上述结果证明,CGP变形是提升低活化钢板力学性能的有效方法之一。     

2024铝合金冷轧板材的中子衍射织构表征与力学性能分析

2024铝合金是Al-Cu-Mg系铝合金的代表材料,在航空航天领域有重要应用,其力学性能受到晶粒择优取向（织构）的影响。本研究利用中子衍射与电子背散射（EBSD）技术表征了不同冷轧变形量下2024铝合金板材的晶粒形貌与取向分布,基于拉伸实验进行了特征力学性能测试,研究了织构与力学性能的关联性。拉伸试验结果表明板材沿轧向方向屈服强度最优,沿与轧向呈45°方向延伸率最优;通过中子衍射测得{111}极图定性分析了板材沿宏观方向力学性能变化趋势,结果与拉伸测试结果一致。研究表明,相对于EBSD,中子衍射能更好表征粗晶粒材料中晶粒取向的分布,反映材料体织构,从而可用于定性判断其力学性能,为优化材料工艺、提高服役性能提供有效支撑。     

碳化硅气凝胶的模板限制反应法制备与特性

提出了一种酸催化制备间苯二酚 甲醛/二氧化硅复合气凝胶的方法,产物经碳化后得到碳/二氧化硅复合气凝胶。利用模板限制的镁热反应法,在低温（700 ℃）下将C/SiO₂气凝胶转化为纳米SiC气凝胶,并讨论了SiC的镁热反应机制。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和比表面积分析（BET）等测试技术对样品进行了表征。结果表明,产物由立方相SiC纳米晶组成,保留了与原始气凝胶模板相似的微观形貌,表观密度约为130 mg/cm³,比表面积约为230 m²/g。这种模板限制反应法适用于多种碳/过渡金属氧化物复合气凝胶向碳化物纳米泡沫材料的低温转化,将有利于激光惯性约束核聚变实验用靶的应用研究。     

硅胶吸附处理含高浓度硝酸根的含铀工艺废液

利用硅胶对铀的吸附作用,实现了对同时含高浓度硝酸根及微量铀的放射性废液中铀的回收。利用模拟废液进行静态实验,研究了溶液pH值、铀初始浓度、硝酸盐浓度及硅胶比表面积对吸附效果的影响。结果表明：溶液pH值增大有利于硅胶对铀的吸附;而溶液中铀初始浓度的升高会使铀在硅胶上的吸附效率降低;pH值为8.1时的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型;硝酸根在硅胶上不吸附,且对铀的吸附几乎无影响;具有较大比表面积的硅胶有利于铀的吸附。利用实际工艺废液进行的动态柱实验结果表明,当pH值为8.1时,硅胶对铀的吸附容量可达22.3 mg/g。吸附在硅胶上的铀可被1 mol/L的硝酸溶液淋洗下来,解吸效率达近100%。     

T91/15-15Ti异材焊接接头微观组织和力学性能研究

T91和15-15Ti是第4代核能钠冷快堆和铅铋快堆候选结构材料,国内外对铁素体/马氏体钢和奥氏体钢焊接性能、焊后热处理、焊接应力等进行了广泛的研究。本文对T91/15-15Ti试板焊态和热处理态焊接接头的焊缝、热影响区和母材微观组织和力学性能变化进行了研究,为T91和15-15Ti异材焊接参数选用和材料应用提供实验数据。