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CB-CIP@SiO-GF/PA6复合材料的制备及其宽带微波吸收和力学性能

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复合材料学报 2024年

作者：胡婉欣尹洪峰任小虎汤云魏英袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院

本工作以拓宽结构型吸波复合材料的吸收频带为目的，在玻璃纤维增强尼龙复合材料中同时引入磁损耗型吸波剂羰基铁粉（carbonyl iron powder， CIP）和电阻损耗型吸波剂炭黑（Carbon black， CB），采用热压成型工艺制备了CB-CIP@SiO2/... 详细信息

本工作以拓宽结构型吸波复合材料的吸收频带为目的，在玻璃纤维增强尼龙复合材料中同时引入磁损耗型吸波剂羰基铁粉（carbonyl iron powder， CIP）和电阻损耗型吸波剂炭黑（Carbon black， CB），采用热压成型工艺制备了CB-CIP@SiO2/玻璃纤维/尼龙6(CB-CIP@SiO2-GF/PA6)吸波复合材料。重点研究了CIP表面包覆SiO2薄膜及其加入量对复合材料微波吸收和力学性能的影响。研究结果表明：SiO2薄膜包覆不仅解决了CIP氧化问题，同时改善了复合材料的阻抗匹配特性，使得CIP与CB协同提升了复合材料的吸波性能。在保障复合材料具有良好吸波性能前提下，CIP的负载量从70 wt.%降低至30 wt.%左右，大大减轻了复合材料的质量。其中，掺量为1 wt.%CB和30 wt.%CIP@SiO2的吸波复合材料的有效吸收带宽在材料厚度为1.91-1.95 mm时超过了5.6 GHz，且覆盖了整个Ku波段。这种方法一方面拓宽了吸波复合材料的有效吸收带宽，实现了宽带吸波。另一方面，CIP@SiO2颗粒与GF的纤维实现共同增强，提升了复合材料的整体力学性能。当CIP@SiO2的含量为40 wt.%时，复合材料的力学性能最佳，弯曲强度为212.8±9.8 MPa，剪切强度为21.0±1.4 MPa，摆锤冲击强度为64.4±6.2 kJ/m2。

关键词：吸波材料玻璃纤维炭黑羰基铁粉力学性能

水泥回转窑过渡带用尖晶石-方镁石-铝酸钙耐火材料的制备

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材料导报 2024年第12期38卷 68-72页

作者：左斌尹洪峰刘云辛亚楼刘宇驰袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

水泥回转窑过渡带由于难以结窑皮和所用耐火材料热导率较高,使得窑体表面温度高,散热损失大。本工作以菱镁矿、白云石和煅烧氧化铝为原料合成了尖晶石-铝酸钙复相轻量骨料,以此为颗粒,以烧结镁砂细粉为基质制备出尖晶石-方镁石-铝酸钙... 详细信息

水泥回转窑过渡带由于难以结窑皮和所用耐火材料热导率较高,使得窑体表面温度高,散热损失大。本工作以菱镁矿、白云石和煅烧氧化铝为原料合成了尖晶石-铝酸钙复相轻量骨料,以此为颗粒,以烧结镁砂细粉为基质制备出尖晶石-方镁石-铝酸钙耐火材料。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪等手段研究了合成原料物相组成对耐火材料常温物理性能、荷重软化温度和抗水泥物料侵蚀性能的影响,结果表明:利用菱镁矿、白云石和煅烧氧化铝为原料在1650℃保温4 h可以合成吸水率较低的尖晶石-铝酸钙复相轻量耐火原料。以合成尖晶石-铝酸钙复相材料为骨料可以制备出常温耐压强度较高的尖晶石-方镁石-铝酸钙耐火材料,其高强度得益于合成骨料与方镁石基质的良好结合。尖晶石-方镁石-铝酸钙耐火材料具有较好的抗水泥物料侵蚀性能,可用于水泥回转窑过渡带。

关键词：尖晶石-铝酸钙轻量骨料尖晶石-方镁石-铝酸钙水泥回转窑抗侵蚀显微结构

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SiC纤维及其复合材料吸波性能研究进展

硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2131-2147页

作者：俞婷友金丹尹洪峰汤云任小虎袁蝴蝶孙可为西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

研发适用于不同复杂环境的高性能吸波材料对于军事和民用领域均具有重要意义。SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和电导率可调节等优点,且在极端环境下也能保持良好的性能,在吸波领域具有巨大应用潜力。本综述阐述了SiC纤维的... 详细信息

研发适用于不同复杂环境的高性能吸波材料对于军事和民用领域均具有重要意义。SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和电导率可调节等优点,且在极端环境下也能保持良好的性能,在吸波领域具有巨大应用潜力。本综述阐述了SiC纤维的吸波机理,综合评述了改善SiC纤维吸波性能的4种途径,介绍了SiC纤维增强吸波复合材料的研究进展。在此基础上,对SiC纤维及其复合材料在吸波领域的发展进行了展望。

关键词：碳化硅纤维吸波性能阻抗匹配电磁损耗纤维增强复合材料

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铁尾矿制备闭孔轻质陶粒及其性能研究

耐火材料 2024年

作者：季枫尹洪峰胡越刘宇驰李大伟袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院

为了扩大铁尾矿作为二次资源的利用范围，以铁尾矿、石英、钾长石为原料，利用SiC发泡法制备了闭孔轻质陶粒。借助XRD、SEM、X-射线计算层析重构技术(μ-CT)以及Factsage软件粘度计算分析等手段研究了煅烧温度、陶粒粒径、发泡剂SiC的... 详细信息

为了扩大铁尾矿作为二次资源的利用范围，以铁尾矿、石英、钾长石为原料，利用SiC发泡法制备了闭孔轻质陶粒。借助XRD、SEM、X-射线计算层析重构技术(μ-CT)以及Factsage软件粘度计算分析等手段研究了煅烧温度、陶粒粒径、发泡剂SiC的加入量对陶粒结构和性能的影响。结果表明：1)随着煅烧温度和发泡剂加入量的增加，陶粒的堆积密度和承载能力均呈下降趋势，制得陶粒内部具有细孔状、蜂窝状、中空状三种气孔结构；2)当煅烧温度为1 130 ℃，铁尾矿加入量80.5%(w)，钾长石加入量10%(w)，石英加入量7%(w)，SiC加入量2.5%(w)，陶粒的粒径范围10～5 mm时，可获得堆积密度为0.69 g·cm-3、承载能力为311.2 N，筒压强度为3.1 MPa，吸水率3.9%的轻质陶粒。

关键词：铁尾矿轻质陶粒堆积密度承载能力

Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)对水泥窑过渡带用镁质耐火材料结构和性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2118-2130页

作者：胡越尹洪峰刘云辛亚楼刘宇驰汤云任小虎袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

水泥回转窑过渡带由于难于结窑皮和所用耐火材料热导率较高,窑壳外表面温度高,散热损失大。本工作以氢氧化镁、碳酸钙和煅烧α-氧化铝为原料合成出Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46),以此为骨料和烧结镁砂制备出方镁石–尖晶石–铝酸钙耐火材... 详细信息

水泥回转窑过渡带由于难于结窑皮和所用耐火材料热导率较高,窑壳外表面温度高,散热损失大。本工作以氢氧化镁、碳酸钙和煅烧α-氧化铝为原料合成出Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46),以此为骨料和烧结镁砂制备出方镁石–尖晶石–铝酸钙耐火材料。借助扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等手段研究Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)的添加和烧成温度对镁质耐火材料结构和性能的影响。结果表明:1) Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)引入到镁质耐火材料中,因烧成过程方镁石存在使Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)发生分解,方镁石–尖晶石–铝酸盐三元体系在高温下形成液相,借助于液相辅助Kirkendall效应形成了孔洞实现了轻量化,并且随着Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)加入量增加,材料显气孔率升高,体积密度、耐压强度和荷重软化温度降低;相同Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)加入量,降低Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)粒度可使上述提及性能提高。2)随着烧成温度升高,材料的显气孔率降低、体积密度增加,但耐压强度并未升高,荷重软化温度保持在1 540℃以上较高的水平,当加入10%(质量分数)、0.50~1.00 mmCa_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)颗粒,材料在1 700℃烧成时荷重软化温度可达1 603℃。3) 1 350℃侵蚀实验结果表明,引入10%粒度为0.088~0.500 mm Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)颗粒的样品,在1 650℃烧成具有最好的抗水泥物料侵蚀性能。

关键词：钙镁铝氧化物 Kirkendall效应镁质耐火材料抗水泥侵蚀水泥窑过渡带

CaMgAlO对水泥窑过渡带用镁质耐火材料结构和性能的影响

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硅酸盐学报 2024年

作者：胡越尹洪峰刘云辛亚楼刘宇驰汤云任小虎袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院

水泥回转窑过渡带由于难于结窑皮和所用耐火材料热导率较高，窑壳外表面温度高，散热损失大。本工作以氢氧化镁、碳酸钙和煅烧α-氧化铝为原料合成出Ca2Mg2Al28O46，以此为骨料和烧结镁砂制备出方镁石–尖晶石–铝酸钙耐火材料。借助扫... 详细信息

水泥回转窑过渡带由于难于结窑皮和所用耐火材料热导率较高，窑壳外表面温度高，散热损失大。本工作以氢氧化镁、碳酸钙和煅烧α-氧化铝为原料合成出Ca2Mg2Al28O46，以此为骨料和烧结镁砂制备出方镁石–尖晶石–铝酸钙耐火材料。借助扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等手段研究Ca2Mg2Al28O46的添加和烧成温度对镁质耐火材料结构和性能的影响。结果表明：1) Ca2Mg2Al28O46引入到镁质耐火材料中，因烧成过程方镁石存在使Ca2Mg2Al28O46发生分解，方镁石–尖晶石–铝酸盐三元体系在高温下形成液相，借助于液相辅助Kirkendall效应形成了孔洞实现了轻量化，并且随着Ca2Mg2Al28O46加入量增加，材料显气孔率升高，体积密度、耐压强度和荷重软化温度降低；相同Ca2Mg2Al28O46加入量，降低Ca2Mg2Al28O46粒度可使上述提及性能提高。2) 随着烧成温度升高，材料的显气孔率降低、体积密度增加，但耐压强度并未升高，荷重软化温度保持在1 540 ℃以上较高的水平，当加入10% (质量分数)、0.50～1.00 mm Ca2Mg2Al28O46颗粒，材料在1 700 ℃烧成时荷重软化温度可达1 603 ℃。3) 1 350 ℃侵蚀实验结果表明，引入10%粒度为，0.088～0.500 mm Ca2Mg2Al28O46颗粒的样品，在1 650 ℃烧成具有最好的抗水泥物料侵蚀性能。

关键词：钙镁铝氧化物 Kirkendall效应镁质耐火材料抗水泥侵蚀水泥窑过渡带

方镁石–铁铝尖晶石材料与水泥熟料间的作用行为

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硅酸盐学报 2023年第3期51卷 641-648页

作者：刘宇驰尹洪峰辛亚楼汤云左斌袁蝴蝶西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

方镁石–铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果,这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石–铁铝尖晶石砖高温下与... 详细信息

方镁石–铁铝尖晶石耐火材料在水泥回转窑烧成带取得良好使用效果,这与其高温下同水泥熟料之间的反应行为密不可分。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪与Factsage模拟等手段研究了镁砂和铁铝尖晶石颗粒以及方镁石–铁铝尖晶石砖高温下与水泥熟料的作用行为。结果表明:镁砂具有优异的抗水泥熟料侵蚀性能,铁铝尖晶石与水泥熟料高温反应生成大量高温液相,并逐渐被蚕蚀。对于方镁石–铁铝尖晶石砖,方镁石物相和铁铝尖晶石颗粒高温下抵抗水泥熟料侵蚀表现出协同作用。以方镁石为主晶相的基质与水泥物料反应生成高熔点物相,在晶界相内形成骨架结构,提高了晶界相的高温粘度,促进了水泥熟料与耐火材料的结合。同时,铁铝尖晶石与方镁石之间的离子交换促进了铁铝尖晶石颗粒与方镁石基质的结合,抑制了高温下与水泥物料反应时长石类低熔点相的产生,提高了铁铝尖晶石的高温稳定性,有利于该类耐火砖在烧成带使用时窑皮的稳定。

关键词：方镁石–铁铝尖晶石耐火材料抗侵蚀性能水泥熟料窑皮

连续玻璃纤维和玻璃微珠共增强尼龙6复合材料的抗冲击性能

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复合材料学报 2023年第2期40卷 761-770页

作者：尹洪峰薛飞彪魏英杨顺汤云袁蝴蝶任小虎西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

低速冲击是聚合物基复合材料在运输和服役过程中常见损伤方式,常造成复合材料结构损伤、性能降低、承载能力下降,影响使用。针对2D纤维增强聚合物基复合材料在冲击载荷作用下抗分层能力差的问题,本文采用熔融挤出结合热压成型法制备了... 详细信息

低速冲击是聚合物基复合材料在运输和服役过程中常见损伤方式,常造成复合材料结构损伤、性能降低、承载能力下降,影响使用。针对2D纤维增强聚合物基复合材料在冲击载荷作用下抗分层能力差的问题,本文采用熔融挤出结合热压成型法制备了二元和三元尼龙6(PA6)基复合材料,对比研究了连续玻璃纤维(GF)、玻璃微珠(GB)及两者共增强PA6基复合材料的摆锤冲击性能和落锤低速冲击响应。结果表明:(1)GF和GB能显著提高PA6的抗冲击性能,且GF的增强效果明显高于GB;(2)GB增强PA6基复合材料(GB/PA6)的冲击强度随GB加入量增大而先增大后降低,加入量为25wt%时冲击强度最大;冲击载荷作用下,25wt%GB/PA6的耗能机制除了界面脱粘和钉扎效应之外,还发现GB在PA6基体中的滑移耗能新机制;(3)GF和GB共增强PA6复合材料(GB-GF/PA6)中纤维起主要的增强作用,摆锤冲击实验和落锤冲击实验均证明存在协同增强效应;(4)GF和GB共增强的协同增强效应是由于共增强复合材料在冲击载荷作用下,抗Ⅱ型裂纹扩展能力提高,使复合材料抗分层能力得到强化;从而证明在基体中引入适量球形GB是提高2D纤维增强聚合物基复合材料抗低速冲击性能的一条经济和有效途径。

关键词：玻璃微珠玻璃纤维尼龙6基复合材料低速冲击协同效应

Fe_(2)O_(3)对Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)相组成与组构及其致密化进程的影响

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硅酸盐学报 2023年第6期51卷 1499-1509页

作者：刘云尹洪峰汤云辛亚楼任小虎袁蝴蝶孙可为西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)(C_(2)M_(2)A_(14))耐火材料具有优异的高温使用性能,为了将这类耐火材料应用在高温窑炉,本工作采用高温固相反应烧结法合成了三元化合物C_(2)M_(2)A_(14),研究了烧成温度及添加1%(质量分数)Fe_(2)O_(3)对试... 详细信息

Ca_(2)Mg_(2)Al_(28)O_(46)(C_(2)M_(2)A_(14))耐火材料具有优异的高温使用性能,为了将这类耐火材料应用在高温窑炉,本工作采用高温固相反应烧结法合成了三元化合物C_(2)M_(2)A_(14),研究了烧成温度及添加1%(质量分数)Fe_(2)O_(3)对试样相组成演变与组构及其致密化进程的影响。结果表明:C2M2A14在1650℃由六铝酸钙(CA6)与尖晶石反应生成,在1750℃大量生成,随着六方板状CA6转化为多面体C2M2A14和低共熔液相的出现,致密化进程加快。加入Fe_(2)O_(3)后,由原来(1,1,15)晶面择优取向的六方板状晶体转变为(119)晶面择优取向的菱面体,同时由于Fe离子的固溶活化作用,促进了致密化进程,相同烧成温度可获得更加致密的合成产物,经1780℃保温3 h烧成制备的C2M2A14试样显气孔率为12.5%、吸水率为3.9%、体积密度为3.20 g·cm^(-3),获得了一种高温耐火材料。

关键词：钙镁铝氧化物相组成演变组构致密化进程