添加稀土和重金属氧化物玻璃陶瓷的制备和烧结及性能研究

通过分别添加稀土氧化物和重金属氧化物作为烧结助剂 ,采用电子陶瓷工艺制备了具有非化学计量组成的堇青石基玻璃陶瓷。为了评价玻璃粉末的烧结特性 ,对烧结热处理后试样的密度和显气孔率进行了测定。结果表明 ,两种烧结助剂能促进玻璃的烧结致密化和降低 μ 堇青石向α 堇青石转变的温度并影响玻璃陶瓷的介电性能。玻璃陶瓷的完全致密化温度可以低到 90 0℃。该材料具有低的介电常数 (≈ 5 )和低的介质损耗因子 (≤ 0 2 % )以及合适的热膨胀系数 ((2 80～ 3 5 2 )× 10 - 6 ℃ - 1) ,能够在低于 95 0℃与高导电率的金属如金、铜和银 /钯共烧 ,是一种潜在的低温共烧陶瓷基板材料。     

La3+,Ce4+对制备堇青石材料晶相转变及烧结性能的影响

以菱镁矿风化石、工业氧化铝和二氧化硅微粉为原料,加入不同含量氧化镧、氧化铈添加剂,通过固相反应合成制备堇青石材料。用XRD法和SEM法表征试样中的晶相组成和显微结构,用X’Pert Plus软件计算主晶相的晶格常数、晶胞体积和试样的相对结晶度,用半定量法计算试样中各晶相含量,用Scherrer公式计算主晶相的粒径大小。研究分析了La3+,Ce4+对制备堇青石材料晶相组成、主晶相粒径大小、晶胞常数、试样相对结晶度、显微结构及烧结性能的影响。结果表明:氧化镧比氧化铈具有更好的助堇青石烧结性,加入氧化镧的堇青石试样具有更好的致密性;随着氧化镧、氧化铈加入量的增加,堇青石晶胞常数和晶胞体积呈现先增大后减小趋势;Ce4+更高的电场强度促进了堇青石材料更容易发生晶相转变形成莫来石。     

Zr4+对固相反应制备堇青石材料晶相转变的影响

以菱镁矿风化石、工业氧化铝和二氧化硅微粉为原料,加入不同含量二氧化锆添加剂,通过固相反应合成制备堇青石。用XRD法和SEM法表征试样中的晶相和显微结构,用X′Pert Plus软件对结晶相的晶胞参数和结晶度进行分析,用半定量法对试样晶相组成进行计算,用Scherrer公式计算堇青石的晶粒大小。研究分析Zr4+对制备堇青石材料中晶相组成、晶粒大小、晶胞常数、结晶度及显微结构的影响。结果表明:Zr4+对堇青石结构中Mg2+的置换固溶作用使堇青石相晶胞常数及晶胞体积发生变化,形成的结构缺陷使堇青石结构中离子扩散速度加快。由于Zr4+较高的电场强度,减弱了Mg-O的键力,氧化铝和二氧化硅通过固相反应形成莫来石相。当二氧化锆加入量为1.2%时,堇青石晶胞常数和晶胞体积最大,堇青石晶粒最大,堇青石结构中莫来石含量达到2.5%。     

硅灰粉尘添加量对莫来石-堇青石复相材料晶相结构与性能影响

采用XRD和SEM法确定莫来石-堇青石复相材料的晶相结构及其含量。探讨不同含量硅灰粉尘对复相材料的晶相结构与性能的影响。实验结果表明:复相材料中存在α-堇青石、β-堇青石、μ-堇青石和莫来石四种晶相。堇青石含量随着硅灰粉尘结合剂含量的增加而增加。莫来石含量随着结剂含量的增加而减少。根据结构上的分析结果,确定2#为最隹的配方,其堇青石和莫来石含量分别为66.0%和33.7%,抗折强度为27.69Mpa,1次和10次热震抗折强度保持率分别为63.36%和33.7%,体积密度为2.69 g/cm3.     

菱镁矿风化石与叶腊石合成堇青石的结构表征

采用菱镁矿风化石、叶腊石、二氧化硅微粉为主要原料,研究分析烧成温度对合成堇青石结晶度、晶粒尺寸、晶相组成和显微结构来确定适宜的合成温度。用X′ Pert plus软件对X射线衍射图进行拟合,分析试样的结晶度,用半定量(semi-quantification)法对试样结晶相中晶相组成进行计算,用Scherrer公式计算试样中堇青石、方石英晶粒的粒径大小。结果表明：采用菱镁矿风化石与叶腊石为原料合成堇青石,当温度由1 350 ℃增加到1 400 ℃,试样的结晶度增加,堇青石晶粒尺寸和堇青石相量增加,在1 400 ℃时,试样结晶度最高,晶粒尺寸最大。晶相组成中堇青石相占67%,方石英相占33%。当温度大于1 400 ℃,试样结晶度降低,堇青石和方石英晶粒尺寸减小,当温度在1 500 ℃时,堇青石相消失,促进了方石英相析出。采用菱镁矿风化石与叶腊石为原料合成堇青石的最佳烧成温度为1 400 ℃。     

莫来石晶须/堇青石表面层的制备及准超疏水性能

采用溶胶-凝胶法制备了硅铝混合凝胶粉体, 再通过熔盐反应在堇青石陶瓷基体上生长莫来石晶须, 制得莫来石晶须/堇青石表面层微结构. 表征结果表明, 莫来石晶须紧密生长在堇青石基体上, 晶须直径为100~300 nm, 长度可达几个微米. 莫来石晶须表面含有大量Si—OH和Al—OH极性亲水基团, 采用十二烷基三甲氧基硅烷与活性基团间的偶联反应将非极性基团引入莫来石晶须表面, 获得了静态润湿角为146°的莫来石晶须/堇青石表面层. 动态润湿研究表明, 合成的莫来石晶须增大了堇青石陶瓷的表面粗糙度, 使亲水的莫来石晶须/堇青石表面更加亲水, 而硅烷偶联剂修饰的堇青石/莫来石晶须表面则成为准超疏水表面.     

Bi掺杂对La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷热电性能的影响

在5%H_2+95%N_2(V/V)还原气氛中1 500℃烧结4 h制备La_(0.1)Bi_xSr_(0.9-x)TiO_3(x=0、0.05、0.075、0.1)陶瓷,并对其组成、显微结构和热电性能进行研究。结果表明:掺Bi试样的主晶相均为Sr Ti O3,当Bi掺杂量大于0.075时,样品中出现少量Bi_2O_3杂相;掺Bi试样的晶粒发育完全,形状规则,结合紧密,显示出Bi_2O_3良好的助烧效果。另外,Bi元素掺入使La_(0.1)Sr_(0.9)TiO_3陶瓷的电导率和Seebeck系数绝对值显著增加,说明Bi元素的掺入可有效提高材料的载流子浓度和载流子迁移率。其中,x=0.075时试样的功率因子最大,在400℃时为692μW·m~(-1)·K~(-2)。虽然其热导率比未掺杂Bi试样有所提高,x=0.075时试样的ZT值在500℃时仍可达0.172,比未掺杂Bi试样提高了130%。     

利用铝废渣制备片状堇青石的影响因素研究

以铝厂废渣、高岭土、滑石为主要原料,采用固相法合成片状堇青石。分析了原料种类、原料配方、烧结温度、保温时间和晶核剂对合成堇青石的影响,并通过XRD、SEM进行表征。结果表明,原料的纯度越高合成的堇青石纯度越高;富含镁的配方能完全形成堇青石相;最佳烧成温度为1 380℃,保温时间为4 h,此时得到的堇青石纯度最高,且呈现片状结构,颗粒大小均匀;堇青石熟料可以起到晶核剂的作用,促进堇青石的生成。     

液相渗硅法制备多孔Si/SiC生物形态陶瓷

榉木经高温热解转化为碳模板,通过液相渗硅反应（LSIP）,在1550℃,1.5h渗硅,1700℃排硅制备了保持木材微观结构的多孔Si/SiC陶瓷。利用X-射线衍射分析（XRD）, 扫描电子显微镜（SEM）,压汞技术对样品的物相构成、显微结构和孔径分布进行了分析,利用阿基米德法和三点弯曲法测定了多孔陶瓷的显气孔率、密度和弯曲强度。结果表明,最终产物由主晶相β-SiC和少量的Si组成;控制高温排硅时间可以得到孔隙率为16％~32％的多孔Si/SiC陶瓷,可调控其产物的相组成和力学性能。对LSIP工艺的反应机理进行了探讨。     

CaO杂质对铝型材厂工业污泥合成堇青石材料晶相结构及其含量影响

探讨原料组成对铝型材厂工业污泥合成堇青石材料的影响是非常重要的。研究目的有助于确定不同杂质在原料中允许的存在量,为选择其他原料提供可靠的依据。采用XRD法和SEM法分析各试样的晶相结构:用半定量分析方法确定各晶相的含量:用philipsX抪ertplus软件确定试样中各晶相结构参数。实验结果表明:CaO杂质含量从1.2~2.5%对合成堇青石有利:从2.5~2.8%堇青石含量开始下降:确定2.5%为CaO杂质最佳存在量,其对应的堇青石含量为91%。经plus软件确定结果:CaO杂质含量为1.2%时,其结构与单晶相同,晶胞参数变化很小:CaO含量从1.2~2.8%,其晶系由六方转变为四方结构,晶胞参数发生较大变化。镁铝尖晶石结构与晶胞参数变化较大,由单晶的立方结构转变为四方结构。     

堇青石蜂窝陶瓷的表面改性

通过酸腐蚀法和涂覆涂层法对堇青石蜂窝陶瓷载体进行表面改性,并采用孔径测定仪(BET)﹑扫描电镜(SEM)﹑X射线衍射仪(XRD)和能谱分析仪(EDS)分别测试了酸腐蚀法和涂覆涂层法对堇青石蜂窝陶瓷载体表面的改性效果。结果显示,经酸预处理后的堇青石蜂窝陶瓷再涂覆改性氧化铝溶胶并在800℃煅烧之后,可以增加堇青石蜂窝陶瓷的介孔数量,从而提高堇青石蜂窝陶瓷的表面特性。     

碳化硅多孔陶瓷的制备及烧结研究

采用一种新型的造孔剂酵母粉（主要化学成分是C，H，O，N，P，S等元素）制 备碳化硅多孔陶瓷。对碳化硅多陶瓷烧制过程中化学成分的变化进行了详细的研究 ，发现浆料的分散性与甘油添加量之间存在一定的关系。选用Al_2O_3作为烧结助 剂，随着添加量的变化，碳化硅多孔陶瓷的烧结行为也有明显的不同，Al_2O_3最 佳添加量为5% - 10%。酵母粉的添加量也直接影响碳化硅多孔陶瓷的气孔率和抗折 强度。此外，烧成温度和保温时间对烧结也有很大的影响，烧成制品的化学成分随 烧成温度的不同而不同。     

掺杂Sm_2O_3对Y-ZrO_2陶瓷烧结行为和性能的影响

一定量的Sm2O3粉末与3%Y2O3(摩尔分数)稳定的四方ZrO2粉体(Y-ZrO2)经球磨混合、造粒后,在钢模中压制成形,所得压坯在1450~1600℃下烧结后,得到不同Sm2O3掺杂量的Sm2O3掺杂Y-ZrO2(SY-ZrO2)陶瓷烧结体。对不同温度下烧结所得烧结体试样的相组成、密度、电导率、硬度以及抗弯强度等性能进行了测试分析。实验结果表明:将适量的Sm2O3掺入Y-ZrO2中,可以获得具有立方结构的SY-ZrO2陶瓷烧结体,且其密度、硬度和抗弯强度与Sm2O3的掺杂量有关;Sm2O3的加入提高了Y-ZrO2陶瓷的电导率,掺杂0.5%Sm2O3的SY-ZrO2陶瓷800℃时在空气中的离子电导率可达0.02 S.cm-1。本试验的初步实验结果显示,采用二元稀土氧化物(Sm2O3和Y2O3)复合掺杂ZrO2陶瓷材料,可以在保持其良好力学性能的同时,提高其电导率,拓展其应用领域。     

堇青石蜂窝陶瓷载体上ZSM-5及Anacime沸石的原位合成

 采用水热合成法,在堇青石蜂窝陶瓷载体上原位合成了ZSM-5沸石和Anacime沸石,并用XRD和SEM等技术进行了表征. 结果表明,当改变合成条件时,在堇青石表面可分别生长出厚度为30~40 μm的ZSM-5沸石和厚度为30~180 μm的Anacime沸石. 随着凝胶中SiO2/Al2O3比的增大和含水量的减少,在堇青石蜂窝陶瓷上生长的分子筛的量也增加.     

堇青石蜂窝陶瓷载体上SAPO-34分子筛的原位合成

运用水热合成技术在孔密度为62cells/cm²的堇青石蜂窝陶瓷载体上原位合成了SAPO-34分子筛,并用XRD和SEM等技术对其进行了表征.结果表明,经过一次水热合成,堇青石蜂窝陶瓷载体的表面上可牢固均匀地生长一层厚度约为30μm的SAPO-34分子筛,而相应的载体增重约为15%～25%.改变合成条件还可使堇青石载体上同时生长SAPO-34和SAPO-5分子筛.此外,对SAPO-34分子筛在堇青石载体上的生长机理也作了初步探讨.     

ZrO_2-8mol%Y_2O_3纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究

以湿化学法制得Zr(OH)_4和Y（OH）_3的共沉淀为前驱体，在碱性介质中用水 热法合成了ZrO_2-8 mol% Y_2O_3立方相纳米晶。研究发现，不同水热反应温度、 时间及pH值均对立方相纳米晶晶粒大小有较显著影响。将ZrO_2-8 mol% Y_2O_3纳 米晶在较低温度（1400 ℃）下烧结制备了致密的固体电解质陶瓷样品，比通常高 温固相反应法采用的烧结温度（> 1550 ℃）降低了150 ℃以上。测定了陶瓷样品 600 - 1000 ℃下的氧浓差电池电动势及氧泵（氧的电化学透过）性能。结果表明 ，用本研究方法制得的烧结体在高于800 ℃时的氧离子迁移数为1，具有优良的氧 离子导电性能。     

莫来石抗氧化外涂层的制备及抗氧化性能

以莫来石粉体(3Al2O3·2SiO2)为原料,采用水热电泳沉积法在C/C-SiC复合材料表面制备了莫来石外涂层。借助XRD和SEM等对涂层的晶相组成和显微结构进行了表征。研究了水热沉积电压对莫来石外涂层相组成、形貌及高温抗氧化性能的影响。结果表明:外涂层主要由莫来石晶相组成。当沉积电压控制在120~180 V范围内时,莫来石外涂层的致密程度、厚度及抗氧化性能随着沉积电压的升高而提高。当沉积电压达到210 V时,制备的外涂层出现疏松、裂纹等缺陷,抗氧化性能减弱。抗氧化测试表明与包埋法制备的SiC-C/C涂层试样相比,莫来石-SiC-C/C涂层试样的抗氧化性能明显提高。当沉积电压为180 V时,制备的复合涂层试样可在1500℃的空气气氛下有效保护C/C复合材料164 h,其失重仅为1.75%。     

Ni对单Pd型挥发性有机废气净化催化剂的助催化作用

本文以蜂窝状堇青石陶瓷为催化剂载体，用分步浸渍法制备了挥发性有机废气(VOCs)净化用Pd-Ni/La-Ce-Zr-Al₂O₃ /堇青石催化剂，考察了Ni助催化剂对单钯型VOCs净化催化剂性能的影响，并用H2-TPR、比表面、XRD、SEM等手段对催化剂进行了表征。研究表明，Ni的加入明显提高了催化剂的低温活性和热稳定性，经过800 ℃焙烧的Pd-Ni/La-Ce-Zr-Al₂O₃ /堇青石(m_Pd∶m_Ni=3∶20)催化剂的催化性能明显优于Pd/La-Ce-Zr-Al2O₃ /堇青石催化剂，甲苯起燃温度下降约25 ℃，经1 000 ℃高温处理后，仍能保持优良的催化性能。Ni的加入使Pd催化剂性能提高的原因应归结于活性组分分散度的提高和钯、镍与载体之间存在的强相互作用。     

CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石整体式催化剂及其CO催化氧化性能

以堇青石蜂窝陶瓷为载体,CuxCe1-xO2-x/SBA-15为催化活性组分,制备了一系列10%~60%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石和50%CuxCe1-xO2-x/SBA-15/堇青石(x=0~1)整体式催化剂,采用低温氮吸附-脱附、XRD、XPS和H2-TPR对催化剂进行了表征,在微型固定床反应器中评价了催化剂的CO催化氧化活性。结果表明:整体式催化剂仍然保持SBA-15的介孔结构,催化剂中除了堇青石的物相外,还有CuO和CeO2物相,催化剂表面的Cu以Cu2+和Cu+两种状态存在,Ce以Ce4+状态存在,催化剂表面的氧化还原性能与Cu0.5Ce0.5O1.5的含量和Cu、Ce的比例有一定的关系,50%Cu0.5Ce0.5O1.5/SBA-15/堇青石催化剂具有最好催化活性,CO可以在140℃完全转化。     

反应温度与时间对铝型材厂工业污泥合成堇青石材料的得率与晶相结构影响

本研究主要探讨反应温度和反应时间对铝型材厂工业污泥合成堇青石材料的得率和晶相结构的影响。该污泥系由铝型材表面处理时产生的大量废液, 经沉淀过滤所得。主要成分是一种超细的γ-AlOOH, 其中部分是晶体, 部分是无定形体, 活性很高, 有利于堇青石晶相的形成, 能降低反应温度。 实验结果表明: 堇青石含量随着反应温度升高而增加; 晶相结构和晶胞参数与反应温度有关; 确定1350℃为最佳的反应温度; 反应时间在 2~5 h的试样中,堇青石含量增加, 在5~6 h含量降低. 5 h为最佳的反应时间。