纳米SiO和CaCO3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3％～5％.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

纳米SiO_2和CaCO_3对超高性能水泥基复合材料的影响

系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3%~5%.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能.     

应用纳米压痕技术表征水泥基材料微观力学性能

为了更好地研究和表征水泥基材料的微观结构及形成机理,对水泥净浆及掺粉煤灰的水泥浆体进行了微观力学性能研究.应用纳米压痕技术测试、分析并计算了不同浆体中各个区域的弹性模量和硬度,并对各参数在二维平面的分布进行了描绘.同时,利用高斯函数对弹性模量、硬度的频率分布曲线进行了多峰拟合,获得水化产物中毛细孔、高密度C-S-H凝胶...     

水泥乳化沥青复合胶浆微观结构特征

采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)和电子能谱(EDXA)等微观试验手段,对由不同粉胶比(质量比)、不同类型水泥和不同岩性填料构成的水泥乳化沥青复合胶浆进行研究,给出复合胶浆微观结构特征.结果表明:水泥乳化沥青复合胶浆由沥青包裹的矿粉与未水化水泥组成的粒状颗粒和纤维状水泥水化产物水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、晶状氢氧化钙(CH)等构成;粒状颗粒、C-S-H凝胶和自由沥青相互交织,构成一种空间网络结构;当粉胶比为1.1时,胶浆表面C-S-H凝胶较多,胶浆结构致密,孔隙分布均匀;不同粉胶比复合胶浆中,各有机基团之间或与无机化合物间没有新键生成;石灰岩矿粉、较高强度水泥以及合理的粉胶比有利于复合胶浆微观结构的改善.     

纳米CaCO3对水泥基材料性能与结构的影响及机理

采用超声波分散方式将纳米CaCO_3掺入水泥基材料,研究了不同掺量纳米CaCO_3对水泥基材料性能与结构的影响,并利用X射线衍射和扫描电镜分析其影响机理.结果表明:掺入纳米CaCO_3后,水泥基材料流动度降低,浆体表观密度增大,抗折和抗压强度提高.纳米CaCO_3掺量为1.5%(质量分数)时,对水泥基材料的力学性能提高最为显著,纳米CaCO_3掺量过多则不利于强度发展.纳米CaCO_3的掺入会加速水泥的水化,早期使水化产物Ca(OH)_2等增加;纳米CaCO_3改善了界面结构和水泥石结构,使水泥基材料的结构变得更加均匀密实.结果显示纳米CaCO_3掺入后对水泥基材料的力学性能与结构有利.     

Co_(50)Fe_(50)/Al_2O_3纳米复合材料结构的穆斯堡尔谱学研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺合成了复合材料前驱凝胶,并在900℃高温下进行H2还原,制备了Co_(50)Fe_(50)/Al_2O_3纳米复合材料.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对其纳米复合材料的微观结构与形貌进行了测试与观察,利用穆斯堡尔谱(M■ssbauer)对其纳米复合材料的微观磁学结构进行了研究.结果表明,复合材料中Al_2O_3的含量对CoFe磁性纳米合金的晶粒结构和磁学结构有重要的影响,同时也提高了CoFe磁性纳米合金的抗氧化性.     

纳米硅溶胶改性水泥基材料性能及机理分析

针对普通水泥基材料存在早期强度低、抗变形能力弱等问题，通过纳米硅溶胶对水泥基材料进行改性，采用电液伺服万能试验机、X射线衍射及扫描电镜等手段对纳米硅溶胶改性不同水灰比水泥基材料的流动性、结石率、单轴抗压强度、弹性模量、水化产物及微观形貌进行研究。结果表明：硅溶胶掺量在0.5%以内、水灰比小于1.0时可显著提高水泥浆液的流动性，最大提高20.24%;结石率随着纳米硅溶胶掺量的增加而增大，且硅溶胶对水灰比大于0.7浆液的结石率提高明显，最大提高24.49%;当硅溶胶掺量为2%时，结石体的抗压强度增幅最大且随着养护龄期的增加，硅溶胶对试样强度的增幅效果逐渐减弱；纳米硅溶胶的掺入促进水泥基早期的水化反应，与水化产物反应生成水化硅酸钙凝胶(C—S—H)并使微观形貌更加致密，使结石体的早期抗压强度及弹性模量显著提高；纳米硅溶胶通过缩短诱导期以及在颗粒空隙中为C—S—H提供成核位点促进水化反应，提高水泥基材料性能。     

ZrO_(2p)/Ti-6Al-4V梯度热障复合材料层制备及组织性能

针对传统热障涂层陶瓷面层与金属基体结合强度较低的问题,提出ZrO_2颗粒增强金属基热障功能复合材料层结构,并采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V基体表面实现制备.研究了复合材料层的物相组成及微观组织结构,测试了其热导率,结果表明:团聚ZrO_2颗粒在熔池中受到热应力作用与钛熔体的固溶分解作用,产生自外向内的离散行为;激光熔注的工艺特性导致复合材料层的不同区域出现明显的形貌特征差异,30~50μm ZrO_2颗粒体积分数沿深度方向梯度分布,1~3μm ZrO_(2-x)小颗粒在底部分布更为密集;复合材料层的有效热导率随着ZrO_2体积分数的增加而显著降低,最低降至3.4 W/(m·K).     

丁苯乳液-橡胶粉改性水泥基材料性能及其机理研究

以丁苯乳液(SBR)和废弃橡胶粉作为改性组分,研究它们对水泥基材料流变性、力学性能和微观结构的影响。结果表明:SBR能明显增大水泥净浆的流动度并使其表观黏度减小,改善硬化浆体的微观结构,提高硬化浆体的抗折强度和韧性;橡胶粉对硬化水泥浆体的抗压强度有不利影响,但能填充水泥石中的孔隙,提高其韧性;SBR-橡胶粉复合改性时,SBR在水泥颗粒表面成膜,限制熟料矿物的水化,使水化加速期的持续时间延长,水化产物生成量减少,但聚合物膜与水化产物及橡胶粉颗粒形成相互交织的空间网络结构,使浆体更加密实,显著提高水泥浆体的力学性能。     

纳微米双相颗粒增强陶瓷基复合材料力学性能的数值模拟

以包晶型(纳米颗粒包围微米颗粒)和内晶型(纳米颗粒嵌于微米颗粒中)2种分布状态的特征体积单元为研究对象,利用整体-局部均质化方法从数值分析的角度计算了复相陶瓷材料中纳米颗粒与微米颗粒的排列方式、体积比、粒径比、界面特征等纳微观结构特性对纳微米颗粒增强陶瓷基复合材料有效弹性模量的影响。结果表明纳微米颗粒呈包晶型分布状态时,随体积百分比的增加,有效模量增大较为显著;与矩形特征体积单元相比,六边形情况估算有效弹性模量偏高;纳微米颗粒粒径比越小,颗粒分布越均匀,有效弹性模量越大;微观颗粒与基体间的界面损伤比纳观颗粒与基体的界面损伤更易于导致材料的有效刚度降低。从晶粒细化特征及显微结构等因素解释合理的纳微观复相颗粒分布对陶瓷基复合材料的有效弹性模量的改善效应。     

纳米ZrO_2颗粒强韧MoSi_2基复合材料

研究了热压纳米ＺｒＯ２粒子强韧ＭｏＳｉ２基复合材料的显微结构与力学性能，初步探讨了纳米ＺｒＯ２粒子的增韧补强机制．结果表明，复合材料的室温断裂韧性有了较大的提高，ＫＩｃ达到５．７９ＭＰａ·ｍ１／２．ＳＥＭ观察表明纳米ＺｒＯ２粒子既分布于基体材料的晶界同时也存在于晶粒内部，断口形貌呈现出沿晶与穿晶的混合型断裂特征．复合材料的韧化效应是由ＺｒＯ２粒子引起的相变韧化、晶粒桥接以及裂纹偏转等机制的综合作用．     

TZP增韧HA复合材料的电镜研究

用透射电子显微镜对四方氧化锆多晶（TZP）增韧羟基磷灰石（HA）复合材料的微观相结构进行了观察与分析。结果表明，氧化锆的加入没有改变羟基磷灰石的晶体结构，羟基磷灰石材料的生物活性没有降低。氧化锆以三种晶形存在，即单斜氧化锆、四方氧化锆和立方氧化锆。单斜氧化锆的出现说明材料内发生了四方氧化锆（t-ZrO2）向单斜氧化锆（m-ZrO2）马氏体相变，这种马氏体相变有利于提高HA材料的韧性。力学性能结果表明，加入ZrO2后，材料的断裂韧性明显提高。同时对TZP增韧HA材料的增韧机制进行了探讨，并认为ZrO2对HA材料的增韧机制主要是应力诱导相变增韧和相变诱发微裂纹增韧。     

氧化铝陶瓷的增韧

本文研究采用氧化锆相变增韧及晶须补强两条途径增韧氧化铝基复合陶瓷。 通过控制Y_2O_3在YPSZ(Y_20_3部分稳定氧化锆)的含量以及YPSZ在ZTA(氧化锆增韧氧化铝)的含量可以最大限度地使基质中氧化锆以亚稳四方相形式存在。 通过控制YPSZ的晶粒尺寸小于基质晶粒尺寸可使ZTA陶瓷的K_(1c)和σ_(bb)同时得到提高。 SiC晶须补强ZTA陶瓷,利用ZrO_2(t)相变作用缓解晶须引入基体的张应力,使材料得到双重韧化,提高了力学性能。     

SO_4~(2-)/ZrO_2和SO_4~(2-)/TiO_2固体超强酸催化剂的X射线衍射研究

用XRD技术研究了浸渍H2SO4后的无定性ZrO2和TiO2在不同焙烧温度下的晶化、相变及平均晶粒度的变化情况，并对四方相ZrO2的含量进行了初步的考察．实验结果表明，SO4(2-)的引入提高了氧化物的晶化温度，并对晶型的形成有走向诱导作用，使ZrO2易于形成四方相型，TiO2易于形成金红石型四方相的ZrO2含量主要受焙烧温度和处理液浓度的影响，焙烧温度越高，酸浸渍液浓度越大，四方相ZrO2含量越低     

聚合物B位前驱体法制备锆钛酸铅纳米复相陶瓷微观结构

采用前驱体法合成了钙钛矿型B位离子氧化物固溶体,以此作为B位先驱体与碳酸铅通过固相反应在740℃合成A位缺铅的亚稳态钙钛矿型锆钛酸铅(PZT)固溶体.烧结过程中纳米级四方和单斜ZrO2纳米粒子从固溶体中析出.借助X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜对物相、组成和微观结构进行了分析.随ZrO2的加入量增加,断口从沿晶穿晶混合断裂变为穿晶断裂.研究表明,采用聚合物B位前驱体法成功制备出内晶型锆钛酸铅纳米复相陶瓷.     

动态压力下固井防窜增韧剂研究与性能评价

调整井固井过程中地层压力时刻处于波动状态，这导致了严重的水窜；此外，储层改造时水泥环破裂将造成环空窜流。针对调整井固井存在的上述问题，首先，通过优选防窜增韧材料进行复配研究，制备出了一种动态压力下固井防窜增韧剂。然后，针对动态压力下水窜的特点，采用自主研制的新型水窜评价装置对防窜增韧改性水泥浆的防水窜性能进行评价。此外，还评价了防窜增韧改性水泥石的膨胀性能、力学性能和防窜增韧改性水泥浆的工程性能。最后，在渤海油田进行了现场试验。结果表明，防窜增韧剂增强了水泥浆的抗动态水分散性能和水泥石胶结界面的防水窜性能，减少了失水量和体积收缩；同时，该材料显著提升了水泥石的韧性，并且对水泥浆的各项工程性能没有负面影响；现场试验结果显示固井质量优于邻井。说明该防窜增韧剂可满足动态压力下固井防窜和增韧的要求。     

ZrO_2 颗粒弥散 MoSi_2 陶瓷力学性能及氧化性能

研究了ＺｒＯ２颗粒弥散ＭｏＳｉ２陶瓷的力学性能及氧化性能．结果表明，ＺｒＯ２颗粒同时实现了室温相变韧化和高温弥散强化双重作用，显著提高了复合材料的室温强韧性及高温强度，同时复合材料仍具有较优良的抗氧化性能．     

CO2吸附剂掺钾锆酸锂的制备及其性能表征

采用柠檬酸-乙二醇络合法，以硝酸锂、硝酸氧锆、硝酸钾为原料制备了掺钾Li2ZrO3超细晶体粉末，采用TG-DSC、XRD、SEM等手段对掺钾Li2ZrO3的前驱体及掺钾Li2ZrO3晶体粉末进行了表征，分析了凝胶的热分解变化过程和四方晶形结构的形成过程。结果表明：在800℃下焙烧150 min，制备出的掺钾Li2ZrO3超细晶体粉末为四方晶型，晶型完整、均匀。采用TG-DSC对掺钾Li2ZrO3晶体粉末在程序升温和高温恒温状态下吸附CO2的性能进行了研究。最佳吸附温度为500 ℃，90 min样品吸附CO2量可达吸附剂质量的29.5%。     

热压ZrO2/MoSi2复合材料的强韧化效果与机制

用纳米尺寸的ZrO2粒子对MoSi2的增韧补强效果及其作用机制进行了初步研究和探讨.结果证明不含Y2O3稳定剂的ZrO2颗粒对MoSi2的增韧效果显著,而含Y2O3稳定剂的ZrO2颗粒的增韧效果有限.前者的增韧机制主要以微裂纹增韧为主,致使室温断裂强度有所降低;后者主要是应力诱发的相变增韧为主,故断裂韧性与强度同时得到了提高.断口分析表明复合材料中ZrO2粒子使MoSi2的断裂模式从穿晶型向准解理穿晶或沿晶型"碎化"断裂模式转变,这种断裂模式的转变与断裂韧性的提高相对应.另外还发现应力诱发相变增韧效果有限可能与基体晶粒较粗以及纳米粒子在热压过程中的团聚长大有关.     

钛基体激光直接熔覆ZrO 2涂层实验研究

采用激光同轴送粉工艺在钛基体上直接熔覆ZrO2陶瓷涂层,研究不同工艺参数对单道熔覆层熔覆质量的影响规律;采用光学显微镜观察陶瓷涂层的微观组织,并采用电子探针技术分析基体和ZrO2陶瓷结合区成分分布;利用XRD分析激光熔覆前后ZrO2陶瓷物相变化情况.结果表明:在一定的功率范围内,熔覆层宽度受激光功率的影响不大,熔覆层高度和基体熔化深度随工艺参数的变化呈现一定的规律性;ZrO2和Ti基体结合区形成很好的成分梯度渐变过渡,陶瓷微观组织为细小的枝状晶组织;激光熔覆ZrO2陶瓷后,单斜相(m相)衍射峰强度相对减弱.