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材料工程 2015年第9期43卷 87-93页

作者：王婧任会兰郝莉宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑大学理学院北京100044

通过一级轻气炮加载,对孔洞具有一定规律的多孔钛材料进行了平板撞击实验及数值研究。基于锰铜压阻计测量到的实验波形,获得了冲击波在多孔钛材料中传播的衰减效应以及冲击波波速和波后粒子速度的D-u冲击绝热关系。依照实验情况在非线... 详细信息

通过一级轻气炮加载,对孔洞具有一定规律的多孔钛材料进行了平板撞击实验及数值研究。基于锰铜压阻计测量到的实验波形,获得了冲击波在多孔钛材料中传播的衰减效应以及冲击波波速和波后粒子速度的D-u冲击绝热关系。依照实验情况在非线性动力学有限元软件中建立了数值模型,并根据计算结果得到了冲击波的压力-时间波形以及冲击绝热关系,拟合出了多孔钛材料的多项式形式Grüneisen状态方程。通过对压缩度μ进行泰勒展开,结合冲击波基本关系式及冲击绝热关系,从理论上得到了多项式形式Grüneisen状态方程系数的具体表达式。

关键词：多孔钛材料动态力学性能 Grü neisen状态方程

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以二甲基--正丁基--磺化木质素基氯化铵为模板剂制备多孔钛材料

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北京林业大学学报 2013年第2期35卷 102-107页

作者：艾青苏玲张琼方桂珍东北林业大学材料科学与工程学院

以碱木质素为原料合成二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵两性表面活性剂,并以其为模板剂采用溶胶-凝胶法制备多孔钛材料。结果表明:二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵含氮量为1.360%,含硫量1.860%;红外光谱和1HNMR证实产物中存在磺化和... 详细信息

以碱木质素为原料合成二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵两性表面活性剂,并以其为模板剂采用溶胶-凝胶法制备多孔钛材料。结果表明:二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵含氮量为1.360%,含硫量1.860%;红外光谱和1HNMR证实产物中存在磺化和季胺的化学结构。溴酚蓝和亚甲基蓝实验表明二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵具有两性化合物结构,溶于碱性、中性和稀酸溶液。随着模板剂与钛酸正丁酯的质量比增加,多孔钛材料的比表面积加大;继续增加模板剂的量,多孔钛材料的比表面积下降。多孔钛材料孔径分布范围较宽,为晶态,主要以锐钛矿形式存在。煅烧后的多孔材钛料中有TiO2特征吸收峰,也有少量残留的木质素。当二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵与钛酸正丁酯的质量比为0.65∶1、煅烧温度为450℃时,可得到最大比表面积、锐钛矿晶态的多孔钛材料。

关键词：碱木质素二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵模板剂多孔钛材料

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木质素基两性表面活性剂的合成及多孔钛材料的制备

木质素基两性表面活性剂的合成及多孔钛材料的制备

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作者：艾青东北林业大学

学位级别：硕士

碱木质素是我国造纸工业的主要副产物,直接排放不仅造成严重环境污染,而且是对资源的极大浪费。因此对碱木质素的开发和利用对于缓解资源危机、维持可持续发展具有重要意义。本论文以碱木质素为原料,通过在碱木质素分子上引入亲水亲油... 详细信息

碱木质素是我国造纸工业的主要副产物,直接排放不仅造成严重环境污染,而且是对资源的极大浪费。因此对碱木质素的开发和利用对于缓解资源危机、维持可持续发展具有重要意义。本论文以碱木质素为原料,通过在碱木质素分子上引入亲水亲油官能团,制成不同结构表面活性剂,以两种木质素基两性表面活性剂作为模板剂制备多孔钛材料。该论文是国家林业局行业公益项目“木质素衍生化反应与高效利用技术研究(200904072)”的部分内容。主要研究如下：针对碱木质素分子量多分散较大,产品稳定性差。碱木质素原料需要利用酸碱沉淀法进行分级分离处理,降低木质素分子的多分散性,得到pH值7～9、6～7和4～6三个组分,采用高效凝胶渗透色谱法测定相对分子质量证实木质素各级分木质素多分散系数依次降低。首先选择多分散性较小,相对分子质量均一的木质素(pH=4-6)作为原料合成了二乙醇胺基木质素非离子表面活性剂(DLNS),产物红外分析及含氮量测定证明了木质素分子已经引入二乙醇胺;表面张力测定结果证明木质素经过化学改性后表面活性得到明显改善,同等浓度碱木质素溶液与DLNS溶液表面张力由57.177mN／m下降到46.373mN／m;浊度及溶解性能测定,证实二乙醇胺基木质素在较低pH值的环境下仍保持一定溶解能力,酸性基减少,非离子性增强,亲油性能增加,在碱性水溶液中溶解性能略降低,在有机溶剂中的溶解性能提高,溶解范围变宽;最后使二乙醇胺基木质素非离子表面活性剂(DLNS)和十二烷基苯磺酸钠(SDS)复配,在V(SDS):V(DLNS)=20:3-20：20比例范围内复配,浊度较低,溶解性较好,表明DLNS可以与常规表面活性剂SDS复配范围较宽,可以复配使用。其次以木质素级分pH=6-7为原料,设计了一种具有Bola结构的木质素表面活性剂,通过Mannich及磺化反应,在木质素分子上引入季铵盐正电荷及磺酸基负电荷得到二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵。结构及性能测试表明,二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵分子溶解性能及表面活性得到明显改善：氮含量为1.66%,含硫量可达0.006g／g;表面张力随着浓度的增加明显降低且低于同等浓度的木质素表面张力;DSC测试结果表明木质素上引入正负电荷官能团,增加了分子间作用力;红外、核磁、电导率及等电点测试结果综合分析证实产物具有典型的Bola结构两性化合物的性质。又以木质素级分pH=6-7为原料,合成了具有甜菜碱结构的两性表面活性剂,二甲基-乙酸基-(2-羧甲基醚)-木质素基氯化铵。采用核磁共振、红外、官能团测定的方法证实产物的两性化学结构,采用差热分析、表面张力仪和电导率等测试了物理性能,研究结果表明：产物氮含量为2.89%;羧基含量由0.585mmol/g上升至1.219mmol/g;表面活性得到明显改善,同等浓度(1%)的二甲基-乙酸基-(2-羧甲基醚)-木质素基氯化铵表面张力与木质素相比得到明显降低,且在0.0795g/100mL出现了明显的临界胶束浓度;由于木质素大分子上引入正负电荷官能团,增加了分子间作用力,产物极性增加,溶解性能提高;等电点为3.58,产物具有典型的甜菜碱结构两性化合物的性质。最后以二甲基-乙酸基-(2-羧甲基醚)-木质素基氯化铵和二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵为模板剂,采用溶胶—凝胶法和煅烧法制备了两种多孔钛材料,对合成的多孔钛材料进行了X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、BET比表面积的表征,分析了多孔材料的晶型构造、孔径分布与比表面积。研究结果表明：(1)二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵和二甲基-乙酸基-(2-羧甲基醚)-木质素基氯化铵分子可能通过界面间的电荷匹配原则与钛溶胶粒子作用,组装成聚合结构,烧结时模板剂挥发在多孔钛材料粉体上留下孔洞;(2)以二乙醇胺为络合剂引入前驱体溶胶后与钛酸正丁酯发生络合,抑制了钛酸正丁酯的水解;(3)模板剂与钛酸正丁酯的质量比对粉体比表面积有影响：随着模板剂的比例增加,比表面积变化曲线出现峰值,继续增加模板剂的比例,比表面积下降;煅烧温度对多孔钛材料比表面积也有影响,当温度达到450℃时,钛材料的比表面积出现极值;XRD测定结果显示,多孔钛材料孔壁为晶态;(4)具有甜菜碱结构二甲基-乙酸基-(2-羧甲基醚)-木质素基氯化铵作模板剂制备的多孔钛材料效果优于具有Bola结构的二甲基-正丁基-磺化木质素基氯化铵。

关键词：碱木质素表面活性剂模板剂复配多孔钛材料

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强冲击载荷下多孔钛动态力学性能实验及数值模拟

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北京理工大学学报 2016年第2期36卷 117-121页

作者：王婧任会兰郝莉宁建国北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑大学理学院北京100044

对多孔钛在强冲击载荷下的动态力学性能进行了实验和数值模拟研究.通过一级轻气炮分别对孔隙率为30%的试样以及孔隙率为20%的试样进行冲击加载,得到了多孔钛在强冲击载荷下的冲击压力与时间的关系以及其他相关数据.实验测试结果表明,冲... 详细信息

对多孔钛在强冲击载荷下的动态力学性能进行了实验和数值模拟研究.通过一级轻气炮分别对孔隙率为30%的试样以及孔隙率为20%的试样进行冲击加载,得到了多孔钛在强冲击载荷下的冲击压力与时间的关系以及其他相关数据.实验测试结果表明,冲击压力会因试件中孔洞的影响而发生衰减;多孔钛的压力峰值没有产生应力平台,显示出了强烈的衰减特性以及应变率相关的黏弹性特性.本文同时依据实验,利用有限元程序对多孔钛的平板撞击实验进行了数值模拟,所得到的压力时间曲线以及其他重要参数与实验值吻合较好.

关键词：多孔钛材料轻气炮平板撞击试验数值模拟

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放电等离子烧结（SPS）制备多孔钛工艺优化与性能研究

放电等离子烧结（SPS）制备多孔钛工艺优化与性能研究

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作者：何喜成都大学

学位级别：硕士

钛及钛合金具有良好的生物相容性,较高的比强度,引起了较多学者关注,在骨替换等方面具有广泛的前景。但钛及钛合金为医用骨替换材料时弹性模量高于骨组织,力学性能不匹配,会造成应力屏蔽导致植入失效。通过粉末冶金,在材料中引入孔隙,... 详细信息

钛及钛合金具有良好的生物相容性,较高的比强度,引起了较多学者关注,在骨替换等方面具有广泛的前景。但钛及钛合金为医用骨替换材料时弹性模量高于骨组织,力学性能不匹配,会造成应力屏蔽导致植入失效。通过粉末冶金,在材料中引入孔隙,可以有效调节材料弹性模量,同时开孔还有利于体液和营养物质输运以及新生组织向孔隙里生长提高材料与组织结合强度,但材料应具备足够强度承受负载,制备需考虑孔隙与强度和模量关系,使其既保持承重作用,又与力学性能相匹配,因此需开展多孔钛制备工艺优化研究,制备开孔隙率高且满足力学性能多孔钛。本文采用放电等离子烧结,以尿素为造孔剂无压烧结和以氯化钠为造孔剂加压烧结制备多孔钛材料,研究了烧结温度、造孔剂含量和压力对多孔钛孔结构形貌、物相成分和力学性能等影响,主要结论如下:多孔钛材料清洁度良好,物相成分单一,造孔剂尿素在低温得到挥发。烧结温度上升,多孔钛材料孔隙率下降,屈服强度增大;烧结温度对多孔钛材料物相组成和成分影响较小。造孔剂含量上升,多孔钛材料孔隙率增大,材料中孔隙增多,连通大孔增加,封闭大孔减少,屈服强度减小;造孔剂含量对多孔钛材料物相组成和成分影响较小。通过EDS发现以Na Cl为造孔剂加压烧结制备样品孔隙里没有造孔剂Na Cl成分,同时样品中加入造孔剂Na Cl质量和样品中溶解减少质量基本吻合,因此造孔剂Na Cl去除完全,多孔钛材料开孔隙率高。随烧结温度升高,材料中钛粉颗粒边缘由尖锐逐渐变圆滑,表面由粗糙变光滑,附着在其上的粉状颗粒逐渐消失。孔壁由疏松多孔向致密化转变,小孔逐渐变小变少,钛粉颗粒间有烧结颈形成,材料致密化主要发生在升温阶段。烧结过程中压力增大多孔钛材料孔隙率下降,钛粉间孔隙更少、更小,材料屈服强度增大。材料的能量吸收值随着孔隙率增大而减小,而吸能效率增大。加入造孔剂Na Cl质量分数为60%、烧结温度为600℃和压力为30 MPa制备孔隙率为77.0%的多孔钛材料的杨氏弹性和屈服强度分别为0.41 GPa和9.07 MPa,满足松质骨强度和与骨骼相匹配的模量。因此,制备的多孔钛材料可作为潜在的硬组织骨替代材料。

关键词：放电等离子烧结造孔剂多孔钛材料力学性能

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