MoB/CoCr金属陶瓷涂层的制备、组织结构及性能研究

利用低压等离子喷涂(LPPS)制备了MoB/CoCr金属陶瓷涂层.通过X射线衍射(XRD)分析物相组成、扫描电镜(SEM)、能谱(EDAX)对涂层的微观组织和成分进行分析,并对涂层的结合强度和抗热震性能进行研究.研究结果表明:粉末与喷涂后涂层物相差异不大,涂层为层状结构,随压力越高,粉末熔化越充分;涂层与基体结合良好,涂层致密;涂层喷涂后主要成分保持不变,且具有良好的结合强度和抗热震性能,经过1080 h熔融Al-12.07;Si腐蚀后,涂层完好,具有很好的抗腐蚀性能.     

原位生成Fe-Al/Al2O3复合陶瓷涂层

采用化学镀法制备Fe包覆Al核(Al)-壳(Fe)结构复合粉体,以Fe-Al复合粉体为喷涂材料,利用等离子喷涂法在Q235钢基体上制备涂层,在喷涂过程中Fe、Al反应生成Fe-Al金属间化合物和Al2O3,通过控制Fe-Al和Al2O3粉体的混合比例实现涂层的梯度化。利用SEM、XRD研究涂层微观结构与组成,并测试分析了涂层的抗热震性与结合强度。结果表明,涂层主要由Al2O3、Al、Fe3Al和Fe O等组成,喷涂过程中Fe-Al发生反应原位生成了Fe3Al金属间化合物,以Fe-Al为底层的Fe Al/Al2O3梯度涂层的结合强度和抗热震性均明显高于Al2O3涂层,涂层成分的梯度分布和Fe3Al的原位形成改善了涂层的结合状态,提高了结合强度和抗热震性。     

前驱体转化法制备TiSi2/YSZ陶瓷涂层

采用聚硅氮烷前驱体作为基体,添加惰性填料(YSZ)和活性填料(TiSi2)制备涂层浆料,在310s不锈钢表面利用前驱体转化法制备TiSi2/YSZ陶瓷涂层.通过TGA、XRD和SEM对涂层的物相组成和微观形貌进行了表征,并研究了TiSi2含量对涂层的隔热性能以及耐高温性能的影响.结果表明,所制备的涂层厚度在15～35μm之间,由于前驱体树脂裂解过程中的体积收缩,未添加TiSi2的涂层表面分布有大量裂纹且涂层部分脱落.裂解过程中,TiSi2氧化生成TiO2与SiO2后可使TiSi2体积膨胀,弥补了前驱体树脂的体积收缩.因此随着TiSi2含量的增加,涂层脱落面积减少,表面裂纹密度降低,当TiSi2的体积分数达41;时,涂层内部无裂纹产生,该涂层样品在1200℃氧化25 h后金属基底氧化增重降低88.8;,并表现出良好的隔热性能和抗热震性能.     

Ca0.6Mg0.4Zr4(PO4)6涂层改善堇青石陶瓷

本文采用溶胶-凝胶法和浸渍涂覆技术在致密堇青石陶瓷表面制备了Ca0.6Mg0.4Zr4(PO4)6(C0.6M0.4ZP) 涂层,采用XRD、SEM等分析手段研究了涂层的相组成和微观结构,并通过分别测定涂覆和未涂覆涂层试样在1000℃下受腐蚀后的质量损失和强度变化,对涂层的耐碱腐蚀性能进行了表征.结果表明,在堇青石表面制备的涂层均匀致密,由单相的C0.6M0.4ZP组成.SEM分析表明涂层与堇青石基体间结合良好.C0.6M0.4ZP涂层具有较好的耐碱腐蚀性能,可显著提高堇青石陶瓷的高温耐碱腐蚀性能.     

超音速火焰喷涂HA/Ti复合涂层组织与性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在304不锈钢基体上制备了纯HA涂层、30wt;HA/Ti及70wt;HA/Ti复合涂层,运用扫描电镜、X射线衍射和傅立叶变换红外光谱研究了涂层微观组织,物相和化学结构,并分析了涂层的结合强度和显微硬度及模拟体液下的生物性能.结果表明:HA/Ti复合涂层截面呈现典型的层状组织结构,表面存在大量球形/扁平化熔化颗粒及破碎粒子;大量Ti粒子在喷涂过程中被氧化且部分HA粒子产生分解,复合涂层主相为HA和TiO相,并含有少量TiO2、CaTiO3、CaO、Ti和α-TCP;Ti粒子添加有利于提高复合涂层力学性能,30wt; HA/Ti和70wt;HA/Ti涂层的结合强度分别为46.3 MPa和21.5 MPa,显微硬度分别为329 HV0.1和198 HV0.1;复合涂层经模拟体液浸泡7 d后,表面生成了磷灰石相,呈现出良好生物活性且随着HA含量增加而提高.     

耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷的制备及其抗热震性

以煤系高岭土、α-Al2O3和部分稳定氧化锆(PSZ, 3;molY2O3)为原料,制备了耐高温氧化锆-刚玉-莫来石复相陶瓷.采用XRD、SEM等测试技术对样品的物相组成及显微结构进行了表征,研究了PSZ添加量(分别为5wt;、10wt;、15wt;、20wt;、25wt;、30wt;)对样品物理性能、高温塑性变形及抗热震性的影响.结果表明:由于采用含3;molY2O3的PSZ,Y2O3在高温下起到了烧结助剂的作用,致使样品的烧成温度显著降低;同时随着PSZ添加量的增加,样品的抗折强度增加.经最佳烧成温度烧成的各样品的抗折强度分别达到147.4 MPa、161.3 MPa、205.9 MPa、234.4 MPa、294.0 MPa、385.0 MPa.当PSZ的最佳添加量为10wt;时,样品具有较低的高温塑性变形及良好的抗热震性;当PSZ添加量继续增加,样品在高温易产生液相,抗蠕变及抗热震性降低.SEM显微结构研究表明,随着氧化锆添加量增加,样品结构越致密,增强效果越显著.XRD分析结果表明,复相陶瓷具有良好的耐高温性能,热震前后样品的物相组成不变,均为莫来石、刚玉、m-ZrO2和t-ZrO2.     

稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的组分设计及其使用性能研究

以稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料为基础,进行了基于抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能的组分设计.结果发现,与最佳的抗冲击性能、抗热震性能和耐磨性能相对应,弥散相Ti(C,N)的最优体积含量分别为27.7;、26.5;和30.7;,其最优性能分别比纯Al2O3陶瓷提高约71.4;、40.4;和28.9;.在此基础上,实验研究了稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料用于刀具时的切削特性.表明该材料具有良好的耐磨性能,可以作为刀具材料使用.     

Yb2O3-Y2O3-Gd2O3-ZrO2热障涂层制备及性能研究

以Yb2O3、Y2O3 、Gd2O3稀土氧化物粉末和ZrOCl2·8H2O粉末为原料,采用化学共沉淀法制备了Yb2O3-Y2O3-Gd2O3-ZrO2 (YYGZO)热喷涂用粉末,采用大气等离子喷涂技术制备了YYGZO涂层,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)研究了YYGZO粉末及涂层的微观组织形貌、相结构.结果表明,制备的热喷涂YYGZO粉末大部分呈规则实心球体状,且球形度良好,颗粒粒径均匀,大部分颗粒粒径分布为30～60μm,流动性能较好,满足大气等离子喷涂的要求.YYGZO涂层具有较好的高温相结构稳定性.所制备YYGZO热障涂层组织结构比较致密,涂层各个界面结合紧密,孔隙率约为9.23;,结合强度为35.2 MPa.     

活性填料对聚硼硅氮烷制备不锈钢陶瓷涂层性能的影响

采用陶瓷先驱体聚合物聚硼硅氮烷(PBSZ)为原料,并加入B4C粉填料以及Al粉活性填料,制备耐高温不锈钢材料的陶瓷涂层.研究了在氮气条件下所获得涂层的性能和微观形貌以及填料对涂层性能的影响.利用TG-DTA、XRD分析了先驱体的裂解过程及产物物相,并用SEM对涂层微观结构及成分进行了分析.结果表明,Al粉的加入,促进了聚硼硅氮烷的裂解,减少了涂层的体积收缩,从而有效地提高了涂层与基体的粘结强度.在1000℃氮气条件下,涂层材料主要为Al4C3,AlN,SiC,B4C,Al等相.在适当的工艺条件下,所获得的陶瓷涂层韧性良好,且具有较好的抗氧化性.微观研究表明,陶瓷涂层最佳厚度约为50 μm,涂层表面均匀、致密,与不锈钢基体之间结合良好.     

稀土强化Al2O3/Ti(C,N)陶瓷材料的热震与高温氧化行为研究

以稀土强化Al2O3/30vol;Ti(C,N)/0.5vol;Y2O3陶瓷材料为基础,进行了材料的热震与高温氧化行为研究,并采用SEM、XRD进行微观结构特征和物相分析.结果发现,该材料具有良好的抗热震性能与抗氧化性能.微观结构观察发现,热震损伤的主要形态是晶粒脱落、不同形状纵横交错的微观与宏观裂纹.约在900℃时材料开始发生轻微氧化,速度较慢,而在1200℃时氧化加剧.所形成的氧化产物TiO2,可以在材料表面形成氧化膜,阻止材料进一步的氧化.     

金刚石表面化学镀铜的研究

为了改善金刚石与金属基体的润湿性,利用化学镀的方法在金刚石粉体表面成功的进行了镀铜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段研究了pH值及添加剂对镀层的组织、形貌及镀速的影响.结果表明:当镀液的pH值低于10.5时,镀速几乎为零,没有反应发生;pH值在10.5～12.5时,镀速随pH值的增大而增大,XRD图谱中开始有铜的衍射峰出现,且衍射峰随pH值的增大而增强;pH值大于12.5时,镀速开始随pH值增大而下降,衍射峰开始随pH值增大而减弱.当pH值为11时,金刚石基体有裸漏现象,镀层较薄;pH值为12时,镀层表面较为致密、结合较好、有一定厚度且包覆严实;pH值为13时,镀层开始变得粗糙,有卷边、起皮及脱落现象.当向镀液中分别添加适量的亚铁氰化钾及二联吡啶时,能够提高镀液的稳定性,两种添加剂对铜的化学沉积都有阻化作用,降低铜的沉积速率,使镀层光亮致密.     

Si基外延GaN中缺陷的腐蚀研究

本文采用KOH:H2O=3:20～1:25(质量比)的KOH溶液,对Si基外延GaN进行湿法腐蚀.腐蚀后用扫描电子显微镜(SEM)观察,GaN面出现了六角腐蚀坑,它是外延层中的位错露头,密度约108/cm2.腐蚀坑的密度随腐蚀时间延长而增加,说明GaN外延生长过程中位错密度是逐渐降低的,部分位错因相互作用而终止于GaN体内.观察缺陷腐蚀形貌还发现,接近裂纹处腐蚀坑的密度要高于远离裂纹处腐蚀坑的密度,围绕裂纹有许多由裂纹引起的位错.腐蚀坑的密度可以很好地反映GaN晶体的质量.晶体质量较差的GaN片,腐蚀后其六角腐蚀坑的密度高.     

PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

基于声光效应的可调谐光子晶体的研究

利用传输矩阵法研究了一维异质双周期光子晶体的光子带隙随超声波变化的特性.首先,光子晶体的介电常数随超声波的传播出现周期性变化;然后,光波入射到此光子晶体时产生声光效应,采用Matlab软件模拟仿真并分析了该结构光子晶体的光子禁带的位置、宽度与超声波强度及频率的关系.结果表明:光子晶体禁带的位置、宽度可以通过控制超声波的强度和频率实现实时调制.这个结果为基于声光效应的可调谐光子晶体器件的研究提供了理论依据.     

微球谐振腔光上转换的研究

利用光的上转换使微球辐射出与入射光频率不同的光,可以利用光学滤波的方法排除入射光的影响, 则可以降低微球形貌共振现象实际应用的难度.为实现基于微球谐振腔的光上转换,本文设计制作了Tm3 /Yb3 共掺杂的TiBa玻璃微球.其成份为:25TiO2-27BaCO3-8Ba(NO3)2-5ZnO2-8CaCO3-5H3BO3-9SiO2-7 water glass -1Tm2O3.5Yb2O3(质量分数).实验观测了TiBa玻璃与TiBa玻璃微球在633nm激发下的发射光谱,并进行了讨论.观察到了从上转换光的很强的型貌共振现象.实验结果与理论分析相符,用Lorenz-Mie理论可以很好地解释实验结果.     

缺陷双层石墨烯吸附碱金属原子的第一性原理研究

采用基于密度泛函的色散修正方法研究了Li、Na、K、Rb吸附在单空位缺陷(SV)双层石墨烯(BLG)表面的体系,对吸附体系的晶体结构、吸附能、电荷转移、扩散行为和电子结构进行了计算和分析.结果表明,碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方;使BLG平均层间距减少了0.0100～0.0137 nm;吸附体系的Bader电荷、电荷密度差分和电子结构的计算结果表明,碱金属原子与BLG之间结合属于离子键.通过计算扩散能垒发现,脱离缺陷所需激活能比朝向缺陷扩散的能垒大0.300～0.640 eV,表明SV缺陷能够捕获Li、Na、K、Rb原子.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

粒子束注入单晶硅尺寸效应的机理研究

使用分子动力学方法研究硅粒子注入技术.系统比较分析了团簇粒子的包含反射,扩散和植入基底在内的全部运动过程,同时使用可视化方法观测记录基底表面形貌演化过程.所建立模型直观地显示了低注入能量域内的新特征.注入过程中,团簇粒子由不同粒径(数量)的硅原子组成.通过对粒径变化在注入过程的影响研究揭示了注入技术机理.仿真结果表明提出方法可用于定量预测注入粒子表面分布.本文工作可作为原子尺度下生成基底表面特征或设计图案的参考,并对可控表面沉积技术提供理论指导.     

铜负载湿式氧化催化剂焙烧条件的研究

Cu-O/FSC是一种优化制备的负载型催化剂,实验中以其催化湿式氧化处理模拟印染废水,考察焙烧条件对催化剂的影响.以水样COD去除率和脱色率评价催化剂的活性、以处理出水Cu溶出浓度评价催化剂的稳定性,通过AA、XRD、SEM等研究了焙烧温度和时间对催化剂性能、物相及形貌等的影响.结果表明:随着焙烧温度的提高和焙烧时间的延长,催化剂活性降低、稳定性提高;催化剂的比表面和孔容随着焙烧温度的提高而减少;适宜的催化剂焙烧温度和时间分别为650 ℃和5 h.