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激光熔覆Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层的微观结构与耐腐蚀性能研究

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表面技术 2024年第1期53卷 143-152页

作者：孙勇辉闫洪兰昊黄传兵于守泉孙小明张伟刚中国科学院赣江创新研究院江西赣州341119 中国科学院过程工程研究所北京100190 南昌大学先进制造学院南昌330031

目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和... 详细信息

目的解决Cr-Ni系不锈钢在重腐蚀工业环境中本体耐腐蚀性能不足的问题。方法采用激光熔覆技术制备Ni-Al_(2)O_(3)复合涂层,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪(EDS)和显微硬度计、电化学工作站等技术研究所制备涂层的微观结构、相组成和元素分布,分析Al_(2)O_(3)含量对复合涂层形貌、显微硬度和耐腐蚀性能的影响规律。结果复合涂层组织均匀、无明显缺陷,与基体之间存在明显的冶金结合区,沿着该复合涂层深度方向的微观结构依次呈现为胞状晶、定向生长的柱状晶及细小的等轴晶,物相则由均匀分布于复合涂层顶部的Al_(2)O_(3)颗粒和金属间化合物(Fe-Ni、Fe-Ni-Cr固溶体)构成。随着Al_(2)O_(3)含量的增大,复合涂层的显微硬度呈先增大后减小的趋势,腐蚀电位呈先增大后减小的趋势,而失重腐蚀速率和腐蚀电流密度呈先减小后增大的趋势,涂层的耐腐蚀性能呈先增强后减弱的趋势。在Ni-x%Al_(2)O_(3)(x为0、0.15、0.25、0.35,质量分数)复合涂层中,Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的显微硬度和良好的耐腐蚀性能,该涂层的显微硬度达到1026.3HV,腐蚀失重速率为0.15mg/(cm2·h),腐蚀电压和腐蚀电流密度分别为–326.6m V和38.6μA/cm2。当继续增加Al_(2)O_(3)的含量时,气孔和裂纹等缺陷开始增多,复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能均呈现下降趋势。研究表明,Ni-x%Al_(2)O_(3)(x≤25)复合涂层的显微硬度和耐腐蚀性能的变化由细晶强化、固溶强化和颗粒强化协同作用所致。结论激光熔覆Ni-25%Al_(2)O_(3)复合涂层具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性,可以有效防护Cr-Ni系不锈钢,提高重腐蚀工业环境下机械零件的耐蚀性和使役寿命。

关键词：激光熔覆复合涂层微观结构显微硬度耐腐蚀性能

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Zn^(2+)共掺提高Cr^(3+)掺杂钙铌镓石榴石热稳定性

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发光学报 2024年第6期45卷 932-942页

作者：楼哲何坤梁思思刘乐吴会杰朱浩淼中国科学院福建物质结构研究所中国科学院功能纳米结构设计与组装重点实验室福建省纳米材料重点实验室福建福州350002 福建师范大学化学与材料学院福建福州350007 中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心厦门市稀土光电功能材料重点实验室福建厦门361021

近红外荧光粉转换发光二极管(pc-LEDs)具有体积小、效率高等优点,在无损检测和生物成像等领域具有广泛应用前景。本研究通过高温固相法成功合成了Ca_(3)Nb_(1.6875)Ga_(3.1875)O_(12):Cr^(3+)(CNGG:Cr^(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,... 详细信息

近红外荧光粉转换发光二极管(pc-LEDs)具有体积小、效率高等优点,在无损检测和生物成像等领域具有广泛应用前景。本研究通过高温固相法成功合成了Ca_(3)Nb_(1.6875)Ga_(3.1875)O_(12):Cr^(3+)(CNGG:Cr^(3+))荧光粉,在460 nm蓝光激发下,可以产生650~1000 nm宽带近红外发射,峰值波长为770 nm。对材料的晶体结构和光谱数据进行了系统分析,计算了Cr^(3+)在CNGG基质中的晶体场强度等参数。通过引入Zn^(2+),显著提高了荧光粉的发光热稳定性,并分析了可能的原因。将CNGG∶Cr^(3+)荧光粉与460 nm蓝光芯片结合,封装成近红外pc-LED,并展示了其在夜视和血管成像领域的应用。

关键词：近红外荧光粉宽带发射近红外荧光粉转换发光二极管

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1.74μm大应变InGaAs/InGaAsP半导体锁模激光器

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红外与激光工程 2024年第6期53卷 90-97页

作者：段阳林中晞苏辉中国科学院福建物质结构研究所光电材料化学与物理重点实验室福建福州350002 中国科学院大学物理科学学院北京101408 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室) 福建福州350108 福建中科光芯光电科技有限公司福建福州350003

针对光频梳、医学光声成像及痕量气体探测等应用需要,研制了一种InP基碰撞锁模半导体激光器,可在1.74μm波段实现重复频率为19.3GHz的高效锁模,其射频(RF)谱半高全宽(FWHM)约14kHz。在可饱和吸收区未加偏压时,激光器的阈值电流为83mA,... 详细信息

针对光频梳、医学光声成像及痕量气体探测等应用需要,研制了一种InP基碰撞锁模半导体激光器,可在1.74μm波段实现重复频率为19.3GHz的高效锁模,其射频(RF)谱半高全宽(FWHM)约14kHz。在可饱和吸收区未加偏压时,激光器的阈值电流为83mA,最大出光功率可达到25.83mW。固定吸收区偏置电压在-1.6V,增益区驱动电流高于130mA时,锁模激光器开始输出微波射频信号,并且RF谱的FWHM随着电流增加可下降至十几kHz。固定驱动电流为520mA,在吸收区偏置电压从-1.4V降至-2V过程中,激光发射光谱逐渐展宽,在-2V偏压下,光谱的FWHM为9.88nm,包含40多个间隔为0.2nm的纵模。对比分析了不同驱动电流和偏置电压下的射频频谱和发射光谱的变化趋势,证明了该锁模器件具有高效、稳定的锁模机制。

关键词：半导体激光器碰撞锁模 InP基材料 InGaAs/InGaAsP多量子阱

CaO和方解石钝化不同污染程度煤矸石性能与机理

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科学通报 2024年第4期69卷 617-629页

作者：张华林江晓亮赵梦飞李庭刚江西理工大学材料冶金化学学部赣州341099 中国科学院赣江创新研究院江西省稀土清洁生产重点实验室中国科学院稀土重点实验室赣州341119 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室中国科学院绿色过程制造创新研究院战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京市过程污染控制工程技术研究中心北京100190 中国科学院过程工程研究所生物药制备与递送重点实验室(中国科学院)生化工程国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

煤矸石是一种典型的工业废弃物,大量的煤矸石堆积会造成各种环境问题以及资源浪费.在环境问题中,重金属污染最为严重.本文采用CaO和方解石对不同污染程度的煤矸石中重金属进行钝化,并探究其钝化机理.结果表明,CaO和方解石均有较好的钝... 详细信息

煤矸石是一种典型的工业废弃物,大量的煤矸石堆积会造成各种环境问题以及资源浪费.在环境问题中,重金属污染最为严重.本文采用CaO和方解石对不同污染程度的煤矸石中重金属进行钝化,并探究其钝化机理.结果表明,CaO和方解石均有较好的钝化效果,能使中高度污染的煤矸石转化为轻度污染或无污染,CaO钝化Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)的平均钝化率分别为37.4%、37.8%、25.5%;方解石钝化Pb^(2+)、Zn^(2+)、Cu^(2+)的平均钝化率分别为53.8%、43.5%、34.4%,方解石钝化效果略优于CaO.通过对钝化前后煤矸石的表征和Visual MINTEQ软件模拟,CaO可以通过提高煤矸石pH并提供OH^(−),与重金属离子结合生成难溶或不溶的氢氧化物沉淀;方解石不仅能提高体系的pH,还能提供CO_(3)^(2−),CO_(3)^(2−)与重金属离子结合生成难溶或不溶的碳酸盐.两者钝化均将煤矸石中可流动态重金属转化成残渣态重金属.对钝化前后的煤矸石进行模拟酸雨溶出实验,钝化后的煤矸石中各重金属成分较稳定,溶出风险明显低于原煤矸石,均在风险管控标准以下.综上,该方法能有效地钝化煤矸石中的重金属,为煤矸石的无害化,尤其是重金属污染的稳定化提供了有效的手段.

关键词：煤矸石重金属钝化 Visual MINTEQ模拟

1-羟基辛叉-1,1-双膦酸捕收剂对白云鄂博铌矿中铌铁金红石的浮选机理研究

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过程工程学报 2024年

作者：徐伟张敏于宏东陈芳芳彭冠李敬中国科学技术大学稀土学院中国科学院赣江创新研究院中国科学院稀土重点实验室中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心

本研究提出了一种改进的合成1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)的方法，并选取铌铁金红石(重要的白云鄂博代表性含铌矿物之一)作为研究对象，以辛基异羟肟酸(OHA)为对比，利用接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射... 详细信息

本研究提出了一种改进的合成1-羟基辛叉-1,1-双膦酸(HOBA)的方法，并选取铌铁金红石(重要的白云鄂博代表性含铌矿物之一)作为研究对象，以辛基异羟肟酸(OHA)为对比，利用接触角、Zeta电位、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜-能量散射谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等方法，系统研究了HOBA在人工合成的铌铁金红石浮选过程中的作用机理。结果显示，在酸性条件下，HOBA与铌铁金红石表面离子螯合，以化学吸附的方式稳定结合在铌铁金红石的表面，使铌铁金红石的疏水性增强，其对铌铁金红石的选择性明显优于OHA，从而很好地解释了HOBA对于白云鄂博实际含铌矿物体系的浮选结果优于OHA的原因。利用溶液化学计算分析探讨了浮选过程中HOBA与铌铁金红石表面离子之间的相互作用，进一步讨论了在HOBA与铌铁金红石作用过程中Ce3+的抑制作用和Pb2+的协同增强作用的原因。本研究表明在合适的p H范围和离子条件下，HOBA可以作为白云鄂博铌铁金红石和其他含铌矿物的有效捕收剂，合成路线的优化使其具有工业化应用的潜力。

关键词： 1-羟基辛叉-1,1-双膦酸白云鄂博含铌矿物铌铁金红石浮选机理

氧化镱掺杂氧化铪陶瓷的高温相稳定性与热膨胀性能

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过程工程学报 2024年第5期24卷 580-588页

作者：周菲兰昊孙小明张会丰孙勇辉杜令忠张伟刚中国科学技术大学稀土学院安徽合肥230026 中国科学院赣江创新研究院江西赣州341119 中国科学院过程工程研究所北京100190

燃气涡轮发动机推重比的提高依赖于发动机工作温度的提升。目前,寻找比传统YSZ(氧化钇部分稳定的氧化锆)材料耐受温度更高,与镍基基体热膨胀系数匹配的新型热障涂层陶瓷材料是首要任务。采用水热法合成一系列氧化镱掺杂氧化铪(YbSH)纳... 详细信息

燃气涡轮发动机推重比的提高依赖于发动机工作温度的提升。目前,寻找比传统YSZ(氧化钇部分稳定的氧化锆)材料耐受温度更高,与镍基基体热膨胀系数匹配的新型热障涂层陶瓷材料是首要任务。采用水热法合成一系列氧化镱掺杂氧化铪(YbSH)纳米粉体,并通过固相烧结制备出YbSH陶瓷,分析了YbSH粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制,测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)分析Yb_(2)O_(3)掺杂HfO_(2)粉体与陶瓷的微观结构变化规律与相稳定机制;并借助热重-差热分析仪(DSC-TG)、热膨胀分析仪(TMA)测试立方相结构YbSH陶瓷的高温相结构稳定性与热膨胀系数。结果表明,水热合成粉体的粒径在10 nm以下,分布均一,多数呈正方体形状,结晶状态好,制备的烧结陶瓷致密度可达95%以上;晶体学分析得出,Yb(Ⅲ)离子通过取代Hf(Ⅳ)离子的位置,使氧化铪发生晶格畸变,以置换固溶的方式使HfO2的空间群从单斜相的P21/c畸变到萤石立方相Fm3m。氧化镱掺杂量的增多使氧化铪逐渐失去单斜相结构,12 mol/mol以上的氧化镱的掺杂可使氧化铪成为完全立方相,通过使阳离子网络的膨胀和氧空位的产生,有效缓解氧过度拥挤的情况,使立方萤石结构的HfO2稳定在室温下。通过高温热处理和监测升温过程中YbSH的热量变化,该立方相结构在室温至1500℃表现出良好的稳定性;YbSH陶瓷热膨胀系数随着立方相含量的增多从6.016×10^(-6)℃^(-1)增大至10.14×10^(-6)℃^(-1)(25~1500℃),其中20 mol/mol氧化镱掺杂的YbSH陶瓷的热膨胀系数可达10.5×10^(-6)℃^(-1)(1000~1200℃),比纯氧化铪热膨胀系数提高67.22%。

关键词：氧化镱稳定氧化铪热障涂层材料微观结构高温相稳定性热膨胀系数

基于国产商用CLBO晶体的高转换效率、高功率深紫外266 nm激光

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中国激光 2024年第7期51卷 234-240页

作者：俞航航张志韬玄洪文广东大湾区空天信息研究院广东广州510700 广东省太赫兹量子电磁学重点实验室广东广州510700 中国科学院大学北京100049

深紫外激光具有光子能量高、波长短等特点,在激光加工、半导体光刻等领域中具有重要的应用价值。固体激光非线性频率变换是实现高功率、高相干性深紫外激光输出的主要方式之一。采用全固态532 nm激光作为基频光、国产商用CsLiB_(6)O_(10... 详细信息

深紫外激光具有光子能量高、波长短等特点,在激光加工、半导体光刻等领域中具有重要的应用价值。固体激光非线性频率变换是实现高功率、高相干性深紫外激光输出的主要方式之一。采用全固态532 nm激光作为基频光、国产商用CsLiB_(6)O_(10)(CLBO)晶体作为频率变换晶体,在基频光功率为34.2 W时,实现了平均功率为14 W、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为1.8 ns的266 nm深紫外激光输出,光-光转换效率达到41%。该深紫外光源具有效率高、结构紧凑的优点,验证了国产商用CLBO晶体的实用性,可进一步获得更稳定、更高功率的深紫外激光输出。

关键词：激光器深紫外激光全固态激光 CsLiB_(6)O_(10)晶体高功率

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激光诱导放电等离子体极紫外光源的研究

中国激光 2024年第7期51卷 172-179页

作者：王均武玄洪文王新兵 Vassily S.Zakharov 广东大湾区空天信息研究院广东广州510530 武汉国家光电研究中心湖北武汉430074 中国科学院大学北京100049 俄罗斯研究中心库尔恰托夫研究所俄罗斯莫斯科125047

极紫外光源在半导体制造中的掩模检测、显微成像以及光谱计量等环节中有着重要的应用。激光诱导放电等离子体是产生极紫外光源的重要技术手段之一,搭建了一套二氧化碳激光诱导放电产生锡等离子体的实验装置,对产生的极紫外光谱进行了收... 详细信息

极紫外光源在半导体制造中的掩模检测、显微成像以及光谱计量等环节中有着重要的应用。激光诱导放电等离子体是产生极紫外光源的重要技术手段之一,搭建了一套二氧化碳激光诱导放电产生锡等离子体的实验装置,对产生的极紫外光谱进行了收集探测,并结合辐射磁流体动力学模拟对极紫外的辐射特性进行了分析。实验对比了激光等离子体和放电等离子体的极紫外辐射特性的区别,发现放电电压对激光诱导放电等离子体极紫外光的带内辐射强度有着重要影响。模拟发现,当电压为15 kV时,极紫外辐射总能量达到65.0 mJ,转化效率达到0.23%,光谱纯度达到1.69%。

关键词：激光光学激光诱导放电等离子体极紫外光辐射磁流体动力学转化效率

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电石渣浮选脱硅制备高品质活性氧化钙工艺

洁净煤技术 2024年第7期30卷 39-46页

作者：张凯旋朱干宇李会泉马伟平张建波孟子衡桂夏辉中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室战略金属资源绿色循环利用国家工程研究中心北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出... 详细信息

电石渣循环回用制备高品质活性氧化钙,是实现其高效利用的有效途径之一,但电石渣复杂的组成和较高的硅含量制约了其制备活性氧化钙的产品品质。基于电石渣中硅类杂质分布规律和赋存形态,系统考察了浮选药剂对电石渣中硅的脱除效果,得出了适宜电石渣体系的脱硅药剂制度,研究了浮选前后电石渣中的元素组成变化和焙烧后氧化钙产品的性能变化,提出了电石渣浮选脱硅焙烧制备活性氧化钙的工艺路线。结果表明:电石渣中主要成分为氢氧化钙,含有部分二氧化硅和铝硅酸盐等硅类杂质,且颗粒分布较均匀,主要集中在低粒级分布。通过400 g/t六偏磷酸钠和125 g/t十二胺结合的一次反浮选脱硅试验,电石渣中硅类杂质得到有效分离,浮选后的电石渣精矿中硅质量分数由3.14%降至2.85%,且钙回收率达87.9%;浮选分离硅类杂质后的电石渣经900℃焙烧后可完全转化为氧化钙,制备的氧化钙产品中氧化钙质量分数为94.46%,抗压强度由3.17 MPa提升至3.87 MPa,冶金活性由341.6 mL提升至385.5 mL,产品性能有所提升。上述研究可为电石渣循环回用提供参考。

关键词：电石渣资源化利用浮选焙烧活性氧化钙