枇杷模板制备SiC多孔陶瓷的性能研究

针对目前SiC多孔陶瓷的高温烧结制备状况,选择以聚碳硅烷为先驱体及枇杷为模板低温烧结制备SiC多孔陶瓷。分析炭化和不同浓度PCS有机浆料对SiC多孔陶瓷体积密度和线收缩率的影响,再通过扫描电镜(SEM)观察和分析SiC多孔陶瓷的表面微观形貌。结果表明:在1000℃低温下成功烧出具有枇杷结构的SiC多孔陶瓷,且未炭化和炭化模板的线收缩率均大于原模板,PCS含量为10%加炭化烧结的模板体积密度最大。     

先驱体转化法制备SiC/Al2O3-PCS陶瓷梯度复合材料

 以聚碳硅烷为先驱体,经过多次表面裂解-浸渍循环制备SiC/Al₂O₃-PCS陶瓷梯度复合材料.DTA-TG分析研究表明,裂解面抗高温氧化性能得到明显改善.显微红外及SEM扫描分析表明裂解表面内聚碳硅烷陶瓷先驱体全部转化为SiC,从裂解面向聚合物层的过渡为连续过渡,没有明显的界面.随着离裂解面的距离增加,Si-H键红外吸收强度逐步增强.     

凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷基零件素坯缺陷控制及高温力学性能研究

针对凝胶注模和反应熔渗SiC陶瓷零件由于炭黑团聚、含量不足引起的坯体宏观裂纹、残留硅含量过高等问题,提出了一种有效控制陶瓷组织缺陷与残硅含量、提升陶瓷零件高温力学性能的方法。以短碳纤维代替炭黑作为碳源,通过实验对比分析了碳纤维与炭黑在陶瓷浆料中的分散性,以及这两种碳源对陶瓷素坯质量的影响规律;采用扫描电子显微镜和X射线衍射等手段研究了碳纤维和SiC陶瓷微观结构及其物相组成,并探讨了碳纤维体积分数对反应熔渗SiC陶瓷基零件高温性能的影响规律。结果表明:较之炭黑,短碳纤维在陶瓷浆料中具有良好的分散性,干燥后陶瓷坯体内大尺寸气孔和裂纹等缺陷得到有效控制;在反应熔渗过程中,碳纤维溶解到液硅中并生成β-SiC取代残硅,填充了陶瓷坯体的剩余孔隙;当碳纤维体积分数增加时,陶瓷坯体中的残硅含量得到有效控制;碳化硅陶瓷高温(1 350℃)力学性能指标随着碳纤维体积分数增加,先增大后减小,当碳纤维体积分数为20%时达到最大,高温弯曲强度、断裂韧性分别为(343±19)MPa、(5.04±0.27)MPa·m~(1/2)。     

以废弃棉为模板低温烧结制备SiC遗态陶瓷

以废弃脱脂棉和精梳棉为生物模板,聚碳硅烷(PCS)为SiC陶瓷先驱体,采用浸渍法在惰性气氛下1 000℃低温热解制备出了SiC遗态陶瓷,为开发非木材原料废弃物制备环境材料提供了实验依据。研究了浸渍浆料中PCS含量对烧成产物微观形貌、物相结构、线收缩率、体积密度、元素组成和比表面积的影响。结果表明:脱脂棉和精梳棉遗态保持了纤维状,浸渍浆料后纤维遗态被PCS热解产物包裹,形成了主晶形为β-SiC的遗态陶瓷;脱脂棉模板对浆料的吸收更好;随浸渍浆料中PCS含量从10%增加至40%,陶瓷中β-SiC含量逐渐增多,线收缩率逐渐减小,体积密度逐渐增大,热解产物Si含量逐渐增多,比表面积逐渐减小。     

Al_2O_3/SiC纳米陶瓷复合材料的制备及力学性能

采用一次粒径分别为10nm和15nm的αAl2O3和SiC粉体为原料,制备了Al2O3/SiC纳米陶瓷复合材料·纳米SiC颗粒明显抑制Al2O3基体晶粒的长大,SiC体积分数超过4%时,材料的断裂方式由沿晶断裂变为穿晶断裂·随SiC含量的增加,Al2O3/SiC纳米复合材料的硬度增大·材料的弯曲强度和断裂韧性在SiC体积分数为5%时达到最大值·最大三点弯曲强度和断裂韧性分别为641MPa和47MPam1/2,明显高于热压单相Al2O3陶瓷(344MPa和31MPam1/2)·复合材料的强化主要来源于内晶颗粒残余应力强化和晶粒细化...     

SiC陶瓷浆料流变性能的研究

主要研究了pH值、分散剂、固相体积分数等因素对SiC陶瓷浆料流变性能的影响,并对其作用机理进行了分析.其结果表明:对固相体积分数为32%的SiC陶瓷浆料来说,用氨水调节pH值,当pH值由8增至11.5时,粘度由110mPa·s降为72mPa·s.各分散剂对SiC浆料粘度影响效果的大小顺序依次为:四甲基氢氧化铵>聚甲基丙烯酸铵>阿拉伯树胶>三聚磷酸钠>聚乙二醇>水玻璃.当四甲基氢氧化铵加入量为2%(相对于碳化硅粉末的质量百分数,本文出现的分散剂加入量皆同此)时,浆料的流动性最好,粘度由110mPa·s降为38mPa·s.改变分散剂的加入顺序能有效降低浆料的粘度.     

基于Al粉成孔作用制备多孔氧化铝陶瓷型芯

采用热压注法制备多孔氧化铝基陶瓷型芯,研究了Al_2O_3粉粉末粒度分布、Al粉加入量和保温时间对陶瓷型芯性能的影响.研究结果表明:Al_2O_3粉粉末粒度分布显著影响陶瓷型芯的性能,当加入的Al_2O_3粉粉末粒径分别为80,58和45μm,且三种Al_2O_3粉粉末的质量比为1∶1∶1时,制备的陶瓷型芯性能较好;当Al粉加入量(质量分数)为10%时,型芯的综合性能最好,其线性收缩率为-0.85%,抗弯强度为30.43 MPa,气孔率为46.99%,且保温时间对样品的性能影响很小,在1 500℃下保温5h,样品性能稳定,该型芯有望满足陶瓷型芯的铸造要求.     

真空浸渍对增材制造SiC陶瓷组织和性能的影响

为了获得高性能SiC陶瓷复杂构件,建立了碳纤维增强SiC陶瓷材料的激光增材制造及真空浸渍后处理方法,研究了短切碳纤维-酚醛树脂复合粉末材料的设计制备规律及激光增材成形方法,探讨了真空浸渍工艺对激光增材成形SiC陶瓷坯体的微观组织及力学性能的影响。研究表明,随着浸渍次数的增加,SiC陶瓷的体积密度和力学性能先上升后降低。当真空浸渍2次时,树脂残碳密度达0.39 g/cm³,反应熔渗后碳化硅体积分数达到最大值(71.4%),材料性能达到最优,相较于未真空浸渍处理的增材制造SiC陶瓷,体积密度提高了13%(2.87 g/cm³),弯曲强度提高了141%(251.8 MPa),断裂韧性提高了41%(3.22 MPa/m^1/2)。     

艺术陶瓷材料的制备与性能研究

研究了成型压力、SiC微粉添加量和造孔剂含量对多孔陶瓷体积密度、显气孔率、常温和高温折弯强度的影响。结果表明,多孔陶瓷适宜的成型压力为100MPa,此时,陶瓷材料具有较高的折弯强度和体积密度以及低的显气孔率;随着SiC微粉加入量的增加,陶瓷试样的常温和高温抗折强度都呈现出先增加后减小,然后又逐渐增加的特征,当SiC微粉加入量为40%时,陶瓷试样具有较高的常温和高温折弯强度,且此时的体积密度较高、显气孔率较低。随着造孔剂加入量的增加,陶瓷试样的体积密度逐渐减小,而显气孔率逐渐增加,陶瓷试样的常温和高温抗折强度都呈现逐渐减小的特征;加入相同量的造孔剂的情况下,陶瓷试样的高温抗折强度高于常温抗折强度。     

气体静压轴承用多孔SiC陶瓷的制备及静态性能

以α-SiC和β-SiC粉末为原料,羧甲基纤维素为造孔剂,制备了多孔SiC陶瓷.探讨了烧结温度、成型压力和造孔剂含量对SiC陶瓷的气孔率、显气孔率以及弯曲强度的影响,研究了用不同渗透率的多孔SiC陶瓷制备气体静压轴承的承载能力和静态刚度.结果表明:在高温下,β-SiC转变为α-SiC,同时,通过α-SiC的蒸发-凝聚过程实现了SiC陶瓷的烧结,并形成无收缩自结合结构;试样的气孔率和显气孔率随烧结温度和成型压力的增加而略有降低,但弯曲强度却增大;造孔剂含量越高,试样的气孔率和显气孔率越大,弯曲强度越低.添加质量分数为10%的造孔剂,经250MPa冷等静压成型,在2 400℃下制备的试样气孔率和显气孔率分别为28.91%和24.03%,渗透率为7.74×10-13 m2,弯曲强度为63.8MPa.因此,多孔SiC陶瓷的渗透率越低,利用它制备的气体静压轴承的承载能力越低,静态刚度就越高.     

回收轮胎聚合物纤维混凝土干缩性能研究

为研究回收轮胎聚合物纤维(RTPF)对混凝土干缩性能的影响，对素混凝土、RTPF混凝土(体积分数分别为0.1%，0.2%，0.4%和0.8%)和聚丙烯纤维(PPF)混凝土(体积分数为0.1%)进行干缩试验和纤维作用机理分析.结果表明:不同掺量RTPF混凝土比素混凝土坍落度降低8.1%~62.2%，含气量增大11.2%~47.9%；RTPF混凝土的干缩率在0~7d时增长速率较快，之后逐渐平缓，RTPF的加入降低了混凝土干缩的早期增长速率；混凝土干缩率随RTPF掺量的增加出现先降低后升高的趋势，当RTPF体积分数为0.2%时混凝土干缩率出现最小值，不同掺量RTPF混凝土在7d和28d时的干缩率分别比素混凝土降低了14.2%~36.0%和2.9%~27.2%；相同体积分数(0.1%)下PPF混凝土的干缩率比RTPF混凝土低，在抑制混凝土干缩方面体积掺量0.2%的RTPF可替代体积掺量0.1%的PPF；扫描电子显微镜测试表明，RTPF可与混凝土基体有效黏结，并承担来自混凝土基体的收缩应力；通过干缩率的拟合值与实测值对比得到适合RTPF混凝土的干缩计算模型.     

结晶氯化铝的热解性能

利用化学成分分析及XRD技术对一种新的酸法生产氧化铝方法(双循环法)中关键技术——氯化铝热解制备氧化铝的性能进行了研究.主要考察温度及时间对静态与有水蒸气气氛两种热解条件结晶氯化铝热解性能影响规律并进行对比.结果表明:水蒸气气氛中结晶氯化铝的热解速率明显高于晶体直接热解.水蒸气气氛中适宜的热解条件为热解温度800℃，热解时间30min，产物中氯的质量分数可降至014%.而静态热解最优条件为热解温度900℃，热解时间60min，此时氯的质量分数为025%.     

增减材复合制造WC颗粒增强316L不锈钢材料组织性能

基于自主研发的增减材复合工艺技术与装备，探索了激光功率和WC颗粒质量分数对316L不锈钢复合材料致密度、组织演变和表面耐磨性能的影响规律.结果表明:随着WC质量分数的增加，试样致密度呈现先升高后降低的趋势，而硬度和耐磨性能均逐渐提高，过多的WC颗粒会使工件内部产生热裂纹，同时降低了工件的表面质量；当激光功率由270W提高到330W时粉末充分熔化，凝固后未熔合缺陷明显减少.当WC颗粒质量分数为5%、激光功率为330W时，增材件的致密度最高达到99.6%；相比未添加WC颗粒的工件，力学性能、耐磨性能和表面质量等指标均有明显提高.     

陶瓷细骨料替代方式对混凝土抗压强度的影响

为了提高废弃陶瓷在混凝土中的利用率，将废弃陶瓷破碎、筛分加工成人工细骨料，按不同比例(10%，20%，30%，40%及50%)，且分别采用“C”替代法(即传统替代方式，要求陶瓷细骨料细度模数与天然河砂细度模数相近即可，等质量取代)、“P”替代法(陶瓷细骨料一对一平均替代对应的不同粒径的天然河砂)、“D”替代法(陶瓷细骨料一对一且仅替代粒径为1.18，2.36和4.75mm粒径相对较大的天然河砂)及“X”替代法(陶瓷细骨料一对一且仅替代粒径为0.15，0.3和0.6mm粒径相对较小的天然河砂)取代天然河砂，制备陶瓷细骨料混凝土.共设计21组混凝土，包括基准混凝土1组，“C”，“P”，“D”及“X”替代法各5组.水胶比均为0.49，进行混凝土28d的抗压强度试验.结果表明:在水胶比为0.49的条件下，陶瓷细骨料掺量不大于50%时，陶瓷细骨料混凝土抗压强度和基准混凝土为同一强度等级，均到达C30强度等级要求；不同的替代方式，对应的陶瓷细骨料最佳掺量不同；不同的陶瓷细骨料掺量，对应的最优替代方式不同.     

Microstructure and mechanical properties of the SiC/Zr4 joints brazed with TiZrNiCu filler for nuclear application

Si C ceramic has been successfully joined to Zr4 alloy using Ti Zr Ni Cu filler within the temperature range1173 K–1263 K and 15 min holding time. The morphology of the Si C/Zr4 joints was investigated by SEM, and the phases in the joints were characterized by XRD and TEM. The results indicated that part of the Zr4 substrate dissolved into the molten filler during the brazing process, contributed to the increasing Zr content and the formation of Zr[Ti] solid solution in the joints. In addition, β-Ti phase was discovered in the brazing seam. This might be attributed to the existence of β-Ti stable elements, Cu and Ni. The interface characterization showed that Si C reacted with filler alloy during the brazing process, formed a(Zr, Ti)C reaction layer on Si C surface and Zr2 Si compound near Si C substrate. Finally, the mechanical properties of the joints, evaluated by a shear strength test, reached a maximum of 95 MPa at the brazing temperature of 1203 K.     

水蒸气对合成气层流火焰传播特性的影响

选用Davis-机理模拟研究初始温度400 K时,含有水蒸气的合成气/空气预混层流火焰传播特性.结合敏感性分析,从热力学效应、直接化学反应效应及化学三体反应效应方面详细分析水蒸气稀释作用.研究结果表明:当燃料中氢气的体积分数大于25%时,层流火焰传播速度、绝热火焰温度及重要自由基摩尔分数均随稀释剂比例的增加显著降低;在水蒸气整体稀释作用中,热力学效应起支配作用;随氢气体积分数的增加,当混合物当量比较小时,直接化学反应效应影响从促进作用发展为抑制作用;当稀释剂较少时,化学三体反应效应影响存在显著的抑制—促进—抑制作用的变化过程.     

氧化铝陶瓷光固化浆料的制备及脱脂工艺优化研究

本文重点研究了光固化浆料固含量和粘度的关系,通过分散剂调控流变学性能,实现了高固含量浆料(45 vol%)的制备并完成打印.在此基础上我们发现,脱脂烧结工艺是决定氧化铝陶瓷成型的另一关键因素.脱脂不彻底会导致气孔、裂纹等缺陷,直接影响到陶瓷质量.鉴于此,本研究针对所制备的氧化铝陶瓷浆料有机物类型,调整了脱脂曲线,并证实通过先在真空中热解后在空气中除碳的两步脱脂方式可使有机物充分去除,不易产生气孔,最终获得了结构致密的氧化铝陶瓷材料.本文系统总结了分散剂种类、浓度及氧化铝固含量对浆料粘度的影响,优化了脱脂工艺,为复杂结构陶瓷材料的光固化成型及性能的优化提供了实验依据.     

网眼多孔陶瓷中缺陷形成的有限元分析

根据有机泡沫模板孔筋实际结构，设计了合理的模型，采用有限单元法对脱胶过程中的热应力进行了计算．计算结果表明：凹三角形的棱角处最易破坏，随着涂覆厚度的增加，热应力逐渐减小，这样就可以减小热应力对涂覆层的破坏，提高材料的力学性能．在有限元分析的基础上，采用改进的两次离心挂浆工艺制备了网眼多孔陶瓷，增加了模板的涂覆厚度，材料的力学性能得到了显著提高．实验结果与理论计算相吻合，有力证明了有限元计算结果的正确性及其对工艺改进的重要指导意义．     

粉煤灰提纯莫来石制备的陶瓷材料组织及性能

 利用粉煤灰提纯莫来石制备陶瓷材料,不仅可以降低生产成本,也可以减少粉煤灰堆积带来的环境危害。以不同化学成分的粉煤灰提纯莫来石粉为原料,通过球磨、压制、烧结制得陶瓷材料。探讨了烧结温度、成分对莫来石微晶陶瓷材料的体收缩率、烧失率、表观密度、冲击韧性、显微硬度的影响,分析了所制备陶瓷材料的显微结构特点。研究表明,在1450℃下进行烧结,制得的莫来石陶瓷材料最致密,体收缩率、显微硬度最大;S 型样品制得的试样致密度更高,综合性能较好;S 型中氧化钙含量多,降低了莫来石陶瓷材料的冲击韧性。     

一种高残碳率树脂为碳质前驱体制备致密SiC陶瓷

以一种残碳率达到67％的树脂取代反应形成技术常用的糠醇树脂为碳质前驱体制备了致密SiC陶瓷。结果表明,制得的SiC陶瓷具有典型的形貌特征,由SiC、Si以及极少量的未反应的C组成。SiC陶瓷的密度及弯曲强度分别为3．04g·cm^-3和360．7MPa。碳质前驱体的取代依然保持了反应形成技术的主要特点,所以同样具有复杂形状、净成型能力。