高频热等离子体合成超细ZrB2 和ZrC 粉体材料

采用高频热等离子体工艺合成ZrB2和ZrC高温超细粉体材料,在热力学计算的基础上,采用XRD、FESEM、霍尔流量计表征产品的纯度、尺寸。结果显示,产品结晶较好纯度较高,平均粒径小于100 nm,松装密度分别为ZrB2 0.71 g/mL,ZrC 0.46 g/mL,实验室产量可以达到500 g/h。     

ZrC 粉体制备的研究进展

ZrC作为一种先进的高温结构陶瓷材料,在航空航天、清洁能源(第四代核技术)等领域具有广泛的应用。本文主要综述了ZrC粉体的制备技术,主要有直接合成法、机械合金化法、自蔓延高温合成法、碳热还原法、溶胶-凝胶法、液相前驱体法、激光气相反应法和高频等离子体法等,详细分析了各制备技术的特点。     

溶胶凝胶法制备稳定ZrC溶胶体系

以正丙醇锆为锆源、蔗糖为碳源制备ZrC溶胶体系,研究了溶剂中水含量对体系胶粒大小、凝胶时间、干凝胶碳热还原产物的物相及粒径大小的影响。同时也对加水之后形成干凝胶的碳热还原过程及碳锆摩尔比进行了详细探讨。结果表明:当C与Zr的摩尔比(记为C/Zrmol)为7、醋酸和水溶剂的体积比为5∶1时,制备出室温下可稳定存在的ZrC前驱体溶胶,Zeta电位约为18.7 m V。此干凝胶在1 700℃下经碳热还原后可得到平均粒径约为240 nm的ZrC粉末。     

改进草酸盐共沉淀法制备钛酸钡超细粉体的研究

根据传统的草酸盐共沉淀法合成超细BaTiO3粉末易产生偏离四方相的特点,提出了一种改进的草酸盐共沉淀法制备BaTiO3粉体的方法.利用改进的草酸盐共沉淀法在700℃制备出了各向同性的四方相纳米尺寸的BaTiO3粉体,煅烧温度比常规的草酸盐共沉淀法降低了100℃左右;粉体平均粒径约30nm,颗粒均匀,且制备出的粉体具有良好的热稳定性.     

碳化锆液相陶瓷前驱体的制备及陶瓷化

以聚锆氧烷PNZ 为锆源、炔丙基酚醛PN 为碳源制备了一种ZrC 液相陶瓷前驱体PNZ-PN,该前
驱体经1 600℃热解能够转化为高度结晶的ZrC 陶瓷。通过FT-IR、DSC、TGA 对前驱体的固化过程及固化样
的热失重行为进行了分析;通过XRD、元素分析和SEM 对热解产物的晶相组成及微观形貌进行了分析。结果
表明:1 200℃以下,热解产物主要是ZrO2,1 400℃时开始发生碳热还原反应出现结晶度较小的ZrC,经1 600℃
热解后可完全转化为ZrC;PN 的加入量会影响热解过程中陶瓷样品的ZrO2 晶相及1 600℃热解产物的碳含量,
通过调整PN 的加入量最终可得到自由碳含量1. 66%、近似纯相的ZrC 陶瓷;得到的陶瓷粒子Zr、C 元素分布
均匀、粒径主要分布为100 ~200 nm。     

ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料的制备及性能研究

以炭毡作为纤维增强体,采用化学气相渗透工艺研制出低密度的C/C复合材料,进而以低密度炭/炭复合材料为预制体,采用聚碳硅烷和有机锆前驱体作为复相陶瓷前驱体,采用先驱体浸渍裂解工艺成功制备出ZrC/SiC多组元改性C/C复合材料试样。借助万能电子试验机和扫描电镜进行材料的力学性能和微观结构分析。结果表明:包含ZrC颗粒的SiC相双组元弥散分布在C/C复合材料基体中,且随着前驱体中有机锆含量的增加,力学性能出现先升后降的趋势,当有机锆前驱体质量分数为25%时,改性C/C复合材料弯曲强度和弯曲模量较优,分别为240.61MPa和17.25GPa。     

难熔金属及金属碳/氧化物粉体制备技术研究进展

难熔金属及金属碳/氧化物具有高熔点、高温稳定性、强耐腐蚀性等优异特性,在燃气叶片、电子管、火箭引擎、切削刀具、高温热元件、涡轮喷嘴等高温高压、强腐蚀性等环境下被广泛应用。本文介绍了难熔金属及金属碳/氧化物粉体的应用,梳理了难熔金属及金属碳/氧化物粉体的机械法、还原法、燃烧法、溶胶-凝胶法、水热法、微波法、沉淀法、热解法、爆炸法和等离子体法等制备工艺,并比较各种工艺在制备难熔金属及金属碳/氧化物粉体过程中的优缺点;重点评述难熔金属及金属碳/氧化物Mo、W、Ta、WC、ZrC、TiC、CeO₂、ZrO₂、Y₂O₃等粉体的研究现状,并展望了难熔粉体的发展方向,为难熔粉体的制备工艺和应用提供参考。     

热压烧结ZrC-TaC陶瓷的组织结构与力学性能

碳化锆超高温陶瓷在航空航天、核工艺、电子等领域有广阔的应用前景。为了改善ZrC陶瓷的烧结及力学性能,以ZrO_2粉和TaO_2粉为原料,采用碳热还原法制备TaC与ZrC固溶体粉末,热压烧结工艺制备ZrC-TaC陶瓷,探索烧结温度和TaC含量对陶瓷固溶体的固溶行为、致密化行为、组织结构和力学性能的影响规律。结果表明:当烧结温度从2000℃升高到2050℃时,TaC在ZrC中的固溶度提高;当TaC含量从5%升高到15%时,陶瓷的致密度、维氏硬度和弹性模量单调下降,抗弯强度没有明显规律,断裂韧度随着TaC含量的增加逐渐减小。     

前驱体法制备Ta4HfC5超纯超细纳米粉体

利用实验室自制铪酸酯和钽酸酯为原料,经水解缩合后得到了含铪钽元素的聚合物PHT,引入酚醛(PF)作为C源,制备了Ta_4HfC_5前驱体,经固化、高温裂解后,获得了超纯超细Ta_4HfC_5纳米粉体。通过XRD、元素分析和SEM对不同工艺条件下陶瓷产物的晶相组成和微观形貌进行了表征;对陶瓷粉体进行了粒度分析。结果表明,合成的前驱体结构稳定,常温避光储存3个月后黏度几乎没有变化,对于复材加工的工艺适应性良好。在酚醛用量3.25 wt%(以PHT质量分数100%计算)、煅烧温度为1 450℃、保温时间为1.5 h的合成条件下,可以得到纯相的Ta_4HfC_5粉体,晶粒尺寸为25～50 nm,粒径分布在100～200 nm之间,Dv(50)=136 nm。     

改进的柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备四方相纳米尺寸钛酸钡粉体

柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备钛酸钡粉体具有操作简单、粉体粒度细小、生产成本低的特点,但是制备过程中胶体的稳定性很难控制,限制了其方法的发展.根据胶体的形成机理和条件,对目前的研究工艺进行优化,制备过程中不引入H 和NO3-,在提高胶体稳定性的基础上,于700℃左右煅烧获得了各向同性、粒径约20nm的四方相BaTiO3粉体,解决了普遍存在的BaTiO3粉体粒径细小与四方相的矛盾,煅烧温度也较常规方法明显降低.     

C/C-ZrC复合材料的制备及力学性能

采用基体改性技术将ZrC引入C/C复合材料中,制备了一种C/C-ZrC复合材料.借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等手段,对材料的微观结构进行了表征,采用三点弯曲试验研究了材料的力学性能,讨论了ZrC的添加对复合材料断裂行为的影响.结果表明:引入的ZrC相在材料中分布较连续,与C/C复合材料相比,ZrC的引进使得复合材料的弯由强度有所提高,但断裂模式由假塑性变为脆性断裂,其原因与材料中碳纤维与基体较强的界面结合有关.     

难熔金属及其化合物与C/C复合材料相互作用研究

利用织物混编难熔金属丝和浸渍含难熔金属化合物酚醛树脂两种方法，并结合常用的沥青浸影炭化工艺制备了含WC、TaC、ZrC、HfC的C／C复合材料，分析了难熔金属组分在工艺过程中的变化及其与C／C复合材料的相互作用。结果表明：混编的难熔金属丝既可以与基体碳也可以与碳纤维发生化学反应，导致部分碳纤维被侵蚀受损；另外，由于线膨胀系数差异大，造成难熔金属丝以及周围部分碳纤维或整束碳纤维的断裂。颗粒状难熔金属化合物不会造成整束碳纤维断裂，颗粒表层基体碳的取向程度明显高于周围树脂碳。     

碳黑对固体燃料冲压发动机旋流燃烧特性影响

为研究含碳黑推进剂对固体燃料冲压发动机(SFRJ)旋流燃烧特性的影响,以高密度聚乙烯和含碳黑聚乙烯为推进剂,使用直连式实验系统对冲压发动机进行了旋流和无旋工况的实验研究。并根据实验所获的数据进一步计算得到不同工况下SFRJ工作性能参数。结果表明与聚乙烯(PE)固体燃料相比,含5%碳黑的聚乙烯推进剂可以有效提高固体燃料的燃速、特征速度和推力。在旋流工况下,固体燃料冲压发动机补燃室压强和温度也相应提高,燃烧稳定性增强。同时,在对燃烧室构型进行实验研究时发现,固体燃料冲压发动机的燃烧稳定性和燃烧效率会随药柱内径的增大而提高,而发动机平均燃速则会随着药柱内径的增加而降低。     

微环形腔内有氧条件下CH4/H2O/CO2催化重整反应特性数值研究

基于表面反应详细机理,数值研究了微环形腔内有氧条件下,组分、温度、质量流量对甲烷/水/二氧化碳催化重整反应特性的影响.结果表明:低温下,增大水的含量可提高产氢量,而增大二氧化碳含量对产氢量无明显影响.增大二氧化碳或水的含量,可提高甲烷转化率.低温下二氧化碳、水等组分的改变对甲烷重整反应的影响较小,高温下组分的影响增强.质量流量增大,出口氢气、一氧化碳质量分数和甲烷转化率明显降低.高流量下加入水或二氧化碳对甲烷转化率的影响已不再明显.当水(二氧化碳)作为产物时,质量流量的增大对其影响并不大;而做为反应物时,质量流量增大,使出口处水(二氧化碳)的质量分数升高.      

Effect of nickel introduced by electroplating on pyrocarbon deposition of carbon-fiber preforms

In order to improve the deposition rate and microstructure of pyrocarbon, nickel was introduced by electroplating on carbon fibers and used as a catalyst during the deposition of pyrocarbon at 1000 C using methane as a precursor gas. The distribution of nickel catalyst and the microstructure of pyrocarbon were characterized by scanning electron microscopy（SEM）, energy dispersive spectroscopy（EDS）, X-ray diffraction（XRD）, and Raman micro-spectrometry. Results show that nano-sized nickel particles could be well distributed on carbon fibers and the pyrocarbon deposited catalytically had a smaller d002 value and a higher graphitization degree compared with that without catalyst. In addition, the deposition rate of pyrocarbon in each hour was measured.The deposition rate of pyrocarbon in the first hour was more than 10 times when carbon cloth substrates were doped with nickel catalysts as compared to the pure carbon cloths. The pyrocarbon gained by rapid deposition may include two parts, which are generation directly on the nickel catalyst and formation with the carbon nanofibers as crystal nucleus.     

先驱体转化法制备2D C/SiC-ZrC复合材料中ZrC含量对材料结构性能影响研究

针对高超音速飞行器、可重复使用运载器和下一代火箭发动机等超高温使用环境的工况要求,提出在2D C/SiC复合材料中引入耐超高温ZrC填料.采用先驱体转化法制备了不同ZrC含量的2D C/SiC-ZrC新型复合材料,考察了ZrC含量对材料力学性能、抗烧蚀性能和组成结构的影响.结果表明,材料的弯曲强度和弯曲模量随着ZrC含量的增加有一定程度的下降,材料的抗烧蚀性能明显提高,其中ZrC含量最高(33.3vol%)的试样S-50弯曲强度和弯曲模量均最低,分别为192.1MPa和27.5GPa;经氧乙炔焰烧蚀考核60s后,表面温度达到2123℃,试样表现出最低的烧蚀率,线烧蚀率为0.004mm/s,质量烧蚀率为0.006g/s.     

炭／陶复合材料电热性能的研究

通过在陶瓷基体原料(高岭土)中添加炭系导电原料(石墨、炭黑),经球磨混合、模压成形和烧结工艺制得炭/陶复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、数字测温仪等分析和测试了所研制试样的相组成、显微结构以及电热性能.结果表明,本实验的烧结条件下,炭系导电原料不会和陶瓷基体发生反应,其导电性不会受到影响.单一石墨和炭黑含量超过30和25wt%或石墨加炭黑混合(m石墨: m炭黑=1: 1)导电原料含量超过30wt%时,可在炭/陶复合材料内部形成良好的连续导电通道,且该材料具有优良的电发热性能.     

纳米隔热材料的热导率变化规律

为认识和掌握纳米隔热材料的热导率变化规律,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、炭黑为遮光剂、石英纤维为增强体,采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术制备了纳米隔热材料,并采用热导率测试仪、N_2吸附-脱附、SEM、激光粒度仪对材料进行了表征。测试结果表明:未添加炭黑的材料常压热导率随表观密度的变化以203 kg/m~3为分界点,分界点之前随表观密度的增大线性降低,分界点之后则随表观密度的增大线性升高,并且后一阶段较前一阶段变化快。孔隙率相同时,常压热导率随炭黑含量的增加先降低后稍有升高,极限真空热导率逐渐降低,而常压条件下的气相热导率增大。在半对数坐标系中,气相热导率随环境气压的下降而降低,并且依据降低速率可以划分为三个阶段,101.325～30 kPa之间下降最快,且变化值约为6 mW/(m·K);30～0.1 kPa之间下降较快,且变化值约为2 mW/(m·K);0.1～0.01 kPa之间下降最慢,且基本可以忽略不计。材料常压热导率最低值为16.62 mW/(m·K),添加5wt%的炭黑后可以进一步降低至14.50 mW/(m·K)。     

难熔金属化合物掺杂对先驱体转化2D C/SiC复合材料抗氧化性能影响

提出在2D C/SiC复合材料基体中掺杂难熔金属化合物ZrB2,TaC,ZrC,制备了2D C/SiC-ZrB2,2D C/SiC-ZrC和2D C/SiC-TaC新型复合材料,考察了难熔金属化合物的引入对材料力学性能、抗氧化性能和微观结构的影响.结果表明,ZrB2和TaC的引入,能明显提高2DC/SiC复合材料的抗氧化性能;ZrC的引入对2D C/SiC复合材料的抗氧化性能极其不利.这归结于高温下ZrB2和TaC有助于在复合材料表层氧化形成ZrO2,B2O3和Ta2O5保护膜,阻止了材料内部的进一步氧化,从而提高了复合材料的抗氧化性能.