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2023年 28卷 6期
出版日期：2023-12-15
工艺技术
理论研究
理论研究
509
ZrMnFe基吸气合金吸附二氧化碳气体的性能和机理
杨乔彬, 曾凡浩, 黄睿, 高亚芳
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023023
本文采用电弧熔炼法制备具有单一C14 Laves相结构的Ti
x
Zr
1-
x
MnFe(
x
=0、0.25,摩尔分数)吸气合金,在660~700 ℃下用自制的简易Sieverts型恒容设备对ZrMnFe进行CO
2
气体吸附反应测试,研究其吸附性能及其吸附CO
2
气体的行为。结果表明：随温度升高,CO
2
吸附量先增大后减小,在680 ℃时的最大吸附量为3.869 mmol/g,此时吸附性能最好。进行Ti掺杂获得Ti
x
Zr
1-
x
MnFe吸气合金后,吸附量较掺杂前提升19.2%,但前8 h的吸附速率从0.301 mmol/(g∙h)降低到0.119 mmol/(g∙h)。结合第一性原理对吸附机理进行研究,通过吸附能比较得出最佳吸附位置为ZrMnFe (110)表面水平取向的空位,吸附能为5.531 eV。对态密度进行研究发现,ZrMnFe (110)表面和CO
2
气体分子之间的相互作用主要由O的2s轨道和Zr原子的4p、4d轨道的杂化导致。
2023 Vol. 28 (6): 509-521 [
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工艺技术
522
Nd
3+
、Sm
3+
和Eu
3+
单掺杂NiTiO
3
的光电磁性能
虞鹏飞, 热比古丽·图尔荪
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023066
采用溶胶-凝胶法合成纳米Ni
1-
x
R
x
TiO
3
(R=Nd、Sm和Eu,
x
=0、0.05和0.1)粉末,结合X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱及综合物性测量系统等表征技术,系统研究了Nd、Sm和Eu掺杂对钛酸镍(NiTiO
3
)微观结构和光电磁性能的影响。结果表明：所有样品均出现O—Ti键和O—Ni键的电荷转移(200~365 nm),Ni
2+
的
3
A
2g
(
3
F)→
3
T
1g
(
3
P)自旋容许跃迁(450 nm),
1
T
2g
(
1
D)、
1
A
1g
(
1
G)的自旋禁阻跃迁(490~520 nm)以及
1
E
g
(
1
D)的自旋禁阻跃迁(743 nm)。Nd掺杂样品的吸收光谱在588 nm附近出现与八面体位置Nd
3+
电子跃迁有关的吸收峰,样品从黄色变为绿色。所有样品均在室温下表现出反铁磁性和铁电性,且Ni位掺杂Nd、Sm和Eu能显著增强NiTiO
3
的铁电性。掺杂离子半径较大的元素导致晶格畸变,促进铁电畴的转动,增强铁电性。
2023 Vol. 28 (6): 522-533 [
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534
树脂包覆石墨含量对铜基复合材料组织和性能的影响
孙振, 许永祥, 朱佳敏, 张芊芊, 方舟, 陈旭斌, 方华婵, 朱梦真
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023029
以树脂包覆石墨和电解铜粉为原料,采用粉末冶金加压烧结工艺制备树脂包覆石墨/铜复合材料,对材料的密度、孔隙率、电导率、硬度、抗弯强度、剪切强度和摩擦性能进行检测,结合扫描电镜研究树脂包覆石墨的含量对铜基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明：随树脂包覆石墨含量增加,铜基体的连续性降低,石墨在复合材料中的分布由离散向局部偏聚转变。高含量的石墨阻碍了铜颗粒间的烧结致密,且石墨作为铜基体的“缺陷”,在影响铜基体烧结连续性的同时,降低了材料的密度、电导率、硬度、抗弯强度和剪切强度。作为润滑相,石墨有效地改善了材料的摩擦磨损性能。当树脂包覆石墨的添加量达到16%(质量分数)时,材料的摩擦因数最低(0.23),摩擦因数曲线较平稳,摩擦表面最光滑,复合材料具有最佳的摩擦磨损性能。
2023 Vol. 28 (6): 534-544 [
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545
低压快速氢化引入氧空位增强TiO
2
光催化降解性能
陈峰磊, 杨万林, 朱俊奎, 魏秋平, 张龙, 李静, 马莉
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023037
利用管式炉在300、400和500 ℃对TiO
2
光催化剂(P25)进行低压快速氢化处理,研究氢化温度对样品物相结构、光电化学性能及催化降解活性的影响。结果表明：随氢化温度升高,P25氧空位浓度、光生载流子分离效率、可见光吸收性能、载流子浓度以及光催化活性均先增大后减小,400 ℃氢化处理1 h的P25具有最佳上述性能。P25的BET (Brunauer-Emmett-Teller)比表面积对氢化温度的变化不敏感,说明低压快速氢化可在避免比表面积损失的同时引入氧空位,抑制电子空穴对的复合,提高光吸收性能和载流子浓度,从而提升P25的光催化性能。400 ℃氢化处理1 h后,P25的反应速率常数是未处理P25的1.63倍。
2023 Vol. 28 (6): 545-553 [
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554
SiC晶须增强高熵合金黏结Ti(C,N)金属陶瓷的性能研究
周星宇, 刘美玲, 曹雅璟, 张奇伟, 陈晨梓
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023074
为改善高熵合金黏结金属陶瓷抗弯强度低的缺点,在Al
0.1
CoCrFeNiV
0.1
黏结Ti(C,N)金属陶瓷中加入SiC晶须,研究SiC晶须对金属陶瓷物相、显微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明：少量SiC晶须的加入能促进碳化物固溶和细化Ti(C,N)晶粒,但加入量过大会导致固溶体成团。
w
(SiC)=1%时,金属陶瓷的抗弯强度和断裂韧性显著提高,抗弯强度的提高率达到21.4%;在摩擦过程中,金属陶瓷表面会形成连续光滑的摩擦膜,摩擦因数低且稳定,磨损率接近10
-6
数量级。
2023 Vol. 28 (6): 554-564 [
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565
C/SiC-ZrB
2
-TiB
2
复合材料的双相流烧蚀性能及抗烧蚀机制
章俭诚, 曾毅, 胡锦润, 李天佑, 王佳骏
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023055
采用反应熔渗工艺制备C/SiC-ZrB
2
-TiB
2
复合材料,分别在单一等离子热流以及热流和粒子流相耦合的双相流烧蚀环境下,测试复合材料烧蚀性能,研究其抗烧蚀机制。结果表明：C/SiC-ZrB
2
-TiB
2
复合材料在两种热环境下均表现出优异的抗烧蚀性能。烧蚀温度为1 920 ℃和2 230 ℃时,复合材料在单一热流作用下的线烧蚀率分别为0.38 μm/s和19.80 μm/s,表面形成由Zr
x
Ti
1-
x
O
2
骨架和液态填充相组成的稳定氧化层,起到减缓烧蚀的作用。烧蚀温度为2 020 ℃和2 190 ℃时,复合材料在双相流作用下的线烧蚀率分别为2.93 μm/s和21.91 μm/s,SiC-ZrB
2
-TiB
2
陶瓷基体及其氧化层能在较高的温度下保持足够的强度,抵御粒子剥蚀,且碳纤维烧蚀程度较低,能起到较好的增强增韧效果。
2023 Vol. 28 (6): 565-579 [
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580
SiC浆料的流变性能及多孔陶瓷的直写成型
王小锋, 刘子瑞, 周红莉, 彭翔, 王日初, 曾婧
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023067
为了实现多孔SiC陶瓷孔隙结构和尺寸的精确控制和自由设计,基于SiC 多孔陶瓷的直写成型,研究分散剂种类与含量、pH值、固相体积分数和增稠剂对SiC浆料流变性能的影响,进而采用优化后的浆料制备孔隙结构及尺寸可控的三维多孔结构SiC陶瓷。结果表明：浆料黏度随分散剂四甲基氢氧化铵(tetramethylammonium hydroxide, TMAH)含量的增加先减小后增大;调节浆料pH值至大于10,有利于降低浆料黏度;浆料黏度随固相体积分数的增大先增大后减小,最大固相体积分数为60%;随增稠剂甲基纤维素(methyl cellulose, MC)添加量的增加,浆料的屈服应力不断增大。优化后的SiC浆料,TMAH质量分数为0.4%,pH值>10,固相体积分数为60%,MC质量分数为0.06%。采用该浆料直写成型的SiC多孔陶瓷具有结构完整性高和干燥收缩率低的优点。
2023 Vol. 28 (6): 580-586 [
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587
添加Al-Mg-Sc-Zr合金对热压烧结碳化硼组织及性能的影响
徐学军, 徐志伟, 袁铁锤, 周翔幸
DOI: 10.19976/j.cnki.43-1448/TF.2023071
以纯B
4
C粉末及气雾化Al-Mg-Sc-Zr合金粉末为原料,通过球磨法充分混合,采用热压烧结工艺制备B
4
C复合陶瓷,研究烧结温度和Al-Mg-Sc-Zr合金的加入对陶瓷显微组织、硬度、抗弯强度和断裂韧性的影响。结果表明：Al-Mg-Sc-Zr合金在高温下变为液相,且在烧结过程中与游离C、B
4
C发生反应,促进陶瓷烧结的同时降低了孔隙度。随烧结温度升高,陶瓷的相对密度提高,2 100 ℃烧结的B
4
C复合陶瓷相对密度达到99.6%。Al-Mg-Sc-Zr合金的加入改善了B
4
C复合陶瓷的力学性能,2 100 ℃烧结的陶瓷硬度(HV)达到了3 859,抗弯强度和断裂韧性分别提高至(423.7±12.4) MPa和4.45 MPa·m
1/2
。
2023 Vol. 28 (6): 587-595 [
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