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晶须泊松比计算及晶须增强陶瓷复合材料硬度预报

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复合材料学报 2022年第12期39卷 5996-6003页

作者：陈飞闫柯洪军朱永生西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

晶须在强化陶瓷材料强度和韧性的同时能显著提高材料硬度,在解决陶瓷硬度不足上具有突出优势。针对目前实验法研究晶须增强陶瓷材料中存在组分设计盲目性大、试样制备耗时费力等问题,以β-Si_(3)N_(4)晶须(β-Si_(3)N_(4)w)增强Si_(3)N_... 详细信息

晶须在强化陶瓷材料强度和韧性的同时能显著提高材料硬度,在解决陶瓷硬度不足上具有突出优势。针对目前实验法研究晶须增强陶瓷材料中存在组分设计盲目性大、试样制备耗时费力等问题,以β-Si_(3)N_(4)晶须(β-Si_(3)N_(4)w)增强Si_(3)N_(4)陶瓷为对象,提出了一种计算晶须泊松比的双向随机建模方法,并基于密度泛函理论(DFT)框架下平面超软赝势法和广义梯度近似(GGA)中的Perdew-Wang 91(PW91)函数,对β-Si_(3)N_(4)超晶胞泊松比进行了计算。以此为基础,提出了运用德劳内(Delaunay)三角剖分法和伪随机函数法建立β-Si_(3)N_(4)w增强Si_(3)N_(4)陶瓷微观结构模型的方法,对模型硬度进行了预报并对β-Si_(3)N_(4)w增硬机制进行了探讨。结果表明,βSi_(3)N_(4)w泊松比约为0.27。β-Si_(3)N_(4)w增强Si_(3)N_(4)陶瓷硬度预报值与相关实验测试值存在较好一致性,这表明了晶须泊松比计算模型和晶须强韧陶瓷微观结构建模法的有效性。在β-Si_(3)N_(4)w含量为3wt%时,硬度达到最大值22.80 GPa。应力分析表明β-Si_(3)N_(4)w各向分布性分散了应力集中作用区并依靠β-Si_(3)N_(4)w高强度特性承载了大量应力的作用,这是硬度提高的主要原因。

关键词：晶须陶瓷泊松比第一性原理硬度

氯盐体系下阳离子对脱硫石膏晶须水热结晶的影响及其机理

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化工进展 2022年第7期41卷 3957-3965页

作者：汪潇金彪张小婷张建武王宇斌苑冬冬杨留栓河南城建学院材料与化工学院河南平顶山467036 西安建筑科技大学资源工程学院陕西西安710055

为探索阳离子对水热制备脱硫石膏晶须结晶调控的影响,本文以预处理后的脱硫石膏为原料,NaCl、CuCl_(2)、AlCl_(3)为添加剂采用水热法制备脱硫石膏晶须,重点研究Cl^(-)存在条件下阳离子对脱硫石膏晶须结晶的影响及其作用机理。结果表明,N... 详细信息

为探索阳离子对水热制备脱硫石膏晶须结晶调控的影响,本文以预处理后的脱硫石膏为原料,NaCl、CuCl_(2)、AlCl_(3)为添加剂采用水热法制备脱硫石膏晶须,重点研究Cl^(-)存在条件下阳离子对脱硫石膏晶须结晶的影响及其作用机理。结果表明,Na^(+)、Cu^(2+)、Al^(3+)对脱硫石膏晶须的显微结构、长径比和品质均有一定的影响,其中Cu^(2+)影响最为显著。Cu^(2+)可在晶须的(200)、(400)和(020)晶面发生化学吸附形成CuSO_(4)膜层,使其径向生长受阻;同时,少量Cu^(2+)可取代Ca^(2+),促进Ca^(2+)的去溶剂化,使晶须长径比增大至200。Na^(+)和Al^(3+)均通过物理吸附作用于脱硫石膏晶须(200)、(400)和(020)晶面而阻碍其径向生长。此外,Al^(3+)与溶液中的OH-通过羟基化反应生成Al(OH)^(2+)和Al(OH)^(2+),吸附在带负电的(200)、(400)和(020)晶面,降低这些晶面的表面能,从而促进脱硫石膏晶须沿c轴生长。

关键词：脱硫石膏氯盐体系晶须阳离子作用机理

Si_(3)N_(4)晶须断裂能计算及石墨烯/Si_(3)N_(4)晶须协同增韧Si_(3)N_(4)陶瓷摩擦学特性研究

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中国陶瓷 2023年第11期59卷 26-33页

作者：阎贝陈飞朱赞霏闫柯长安大学工程机械学院西安710064 西安交通大学机械工程学院710049

针对制约基于有限元开展石墨烯/晶须协同增韧陶瓷材料研究的问题,以Si_(3)N_(4)晶须(β-Si_(3)N_(4w))为例,提出了求解β-Si_(3)N_(4w)断裂能的模型方法并基于分子动力学计算了β-Si_(3)N_(4w)断裂能,通过干摩擦磨损试验研究了石墨烯纳... 详细信息

针对制约基于有限元开展石墨烯/晶须协同增韧陶瓷材料研究的问题,以Si_(3)N_(4)晶须(β-Si_(3)N_(4w))为例,提出了求解β-Si_(3)N_(4w)断裂能的模型方法并基于分子动力学计算了β-Si_(3)N_(4w)断裂能,通过干摩擦磨损试验研究了石墨烯纳米片(MLG)/β-Si_(3)N_(4w)及载荷对Si_(3)N_(4)基陶瓷摩擦学特性的影响。结果表明:β-Si_(3)N_(4w)的断裂能约为0.35J/m^(2),仿真及实验结果具有较好的一致性,有效验证了断裂能结果的有效性。Si_(3)N_(4)基陶瓷在10N载荷时摩擦系数达到超低值0.042。MLG润滑膜及Si_(3)N_(4)基陶瓷韧性的提高是摩擦系数降低的主要原因。

关键词：石墨烯晶须断裂能摩擦系数

碳微球/硼酸镁晶须混杂增强碳泡沫复合材料的性能研究

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航空制造技术 2023年第15期66卷 118-124页

作者：王斌王恒曹越苏秉尧侯林伟赵建伟西安工程大学西安710048 中国纺织工业联合会功能感知纤维及异型织造技术重点实验室西安710048

碳泡沫存在力学性能较差等问题,为改善其综合性能,以航空领域的应用需求为导向,以改性酚醛树脂为碳源,空心碳质微球为分散相,硼酸镁晶须(Mg_(2)B_(2)O_(5)w)为增强相,通过压塑成型–碳化工艺制备了碳微球/Mg_(2)B_(2)O_(5)w混杂增强碳... 详细信息

碳泡沫存在力学性能较差等问题,为改善其综合性能,以航空领域的应用需求为导向,以改性酚醛树脂为碳源,空心碳质微球为分散相,硼酸镁晶须(Mg_(2)B_(2)O_(5)w)为增强相,通过压塑成型–碳化工艺制备了碳微球/Mg_(2)B_(2)O_(5)w混杂增强碳泡沫复合材料。采用扫描电子显微镜、万能试验机等研究了碳质微球与不同质量分数的Mg_(2)B_(2)O_(5)w混杂增强下碳泡沫的力学性能、热氧化性能和电磁屏蔽特性。结果表明,受压过程中,Mg_(2)B_(2)O_(5)w起到裂纹偏转作用和弯弓效应,增加了裂纹扩展路径,Mg_(2)B_(2)O_(5)w与空心碳微球协同作用,提高了碳泡沫复合材料的抗压缩性能;当Mg_(2)B_(2)O_(5)w质量分数为2%时,复合材料的压缩强度达11.8 MPa,较纯碳泡沫提高了157%。碳泡沫复合材料在X波段的电磁屏蔽性能随Mg_(2)B_(2)O_(5)w含量的增加,亦提升明显。Mg_(2)B_(2)O_(5)w分散在基体及微球相表面,增加了复合材料内部的孔结构,延长了电磁波的传播路径,增大了复合材料对电磁波的吸收;当其质量分数8%时,复合材料的电磁屏蔽效能高达53.8 dB,较改性前提高了68%。Mg_(2)B_(2)O_(5)w具有优异的抗氧化性能,其分散在基体及微球相表面上,阻止了热氧与基体和微球相的接触,使复合材料的耐氧化性能提高;当其质量分数5%时,质量损失率为24%,复合材料的耐高温氧化性能最优,较纯碳泡沫提高了12.1%。

关键词：碳泡沫晶须碳微球电磁屏蔽力学性能

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水热法制备半水硫酸钙晶须的工艺研究

化工环保 2024年第1期44卷 109-115页

作者：刘田田孟雪璐陈利国周长城李明波徐海涛南京工业大学环境科学与工程学院南京211816 南京杰科丰环保技术装备研究院有限公司南京211100

以二水硫酸钙为原料、硫酸为矿化剂,采用水热合成法制备半水硫酸钙晶须,考察了二水硫酸钙用量、硫酸钾加入量、硫酸浓度、反应温度、反应时间和添加剂等因素对硫酸钙晶须形貌的影响,并进行了表征。实验结果表明:在二水硫酸钙用量(浆液... 详细信息

以二水硫酸钙为原料、硫酸为矿化剂,采用水热合成法制备半水硫酸钙晶须,考察了二水硫酸钙用量、硫酸钾加入量、硫酸浓度、反应温度、反应时间和添加剂等因素对硫酸钙晶须形貌的影响,并进行了表征。实验结果表明:在二水硫酸钙用量(浆液中二水硫酸钙的质量分数)5%、硫酸钾加入量(硫酸钾与二水硫酸钙的质量比)3%、硫酸浓度0.1 mol/L、反应温度140℃、反应时间120 min的条件下,所制得的硫酸钙晶须形貌最佳;添加剂对硫酸钙晶须的生长影响显著,添加CaCl_(2)和ZnCl_(2)可以有效改善硫酸钙晶须的形貌,其中以CaCl_(2)效果最好,晶须长度为30~80μm,而添加柠檬酸和十二烷基苯磺酸后,硫酸钙晶须的形貌明显变差。

关键词：晶须半水硫酸钙水热法

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废石膏制备硫酸钙晶须的高附加值利用前景

环境化学 2022年第3期41卷 1086-1096页

作者：赵晨阳吴丰辉瞿广飞曾映达周俊宏李应丽杨玉益李军燕昆明理工大学环境科学与工程学院昆明650500

目前全球范围内石膏资源储量丰富,种类繁多,但开发利用率低。特别是脱硫石膏、磷石膏固有堆存量大,其每年年产量逐渐剧增,大部分废石膏中含有大量有害组分,不仅会对地表水和地下水体造成污染威胁、影响环境卫生,而且会造成资源的极大浪... 详细信息

目前全球范围内石膏资源储量丰富,种类繁多,但开发利用率低。特别是脱硫石膏、磷石膏固有堆存量大,其每年年产量逐渐剧增,大部分废石膏中含有大量有害组分,不仅会对地表水和地下水体造成污染威胁、影响环境卫生,而且会造成资源的极大浪费;由于其处理成本高、具有较大的潜在风险,截至目前,仍没有较好的石膏处理途径。石膏的主要成分是硫酸钙,硫酸钙晶须是一种良好的材料合成添加剂,对材料的各项性能均有改善作用,因而具有广阔的研究价值和市场前景。本文通过对比石膏的多种处理方法和硫酸钙晶须的制备方法,突出硫酸钙晶须的运用前景、市场前景,表明其市场价值和环境价值,提出运用石膏制备硫酸钙晶须的新控制理论,为石膏制备硫酸钙晶须的高附加值资源化利用提供理论支撑。

关键词：晶体晶须控制石膏资源化

晶须改性地质聚合物复合材料的制备过程及其性能研究

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晶须改性地质聚合物复合材料的制备过程及其性能研究

作者：魏铭盐城工学院

学位级别：硕士

地质聚合物是近年来兴起的具有三维网络状结构的铝硅酸盐材料,是一种绿色可持续的胶凝材料,常用碱性溶液与铝硅质粉料混合制备而成,因其早期强度高,凝结速度快,性能与水泥类似,被认为是传统硅酸盐水泥的绿色替代材料。由于地质聚合物脆... 详细信息

地质聚合物是近年来兴起的具有三维网络状结构的铝硅酸盐材料,是一种绿色可持续的胶凝材料,常用碱性溶液与铝硅质粉料混合制备而成,因其早期强度高,凝结速度快,性能与水泥类似,被认为是传统硅酸盐水泥的绿色替代材料。由于地质聚合物脆性大韧性差、抗折强度低,限制其应用推广;本课题在前人研究基础上,选用硫酸钙晶须和钛酸钾晶须作为填料,偏高岭土作为铝硅质原料,制备不同掺量(1 wt%-5 wt%)的晶须/偏高岭土基地质聚合物复合材料,研究晶须对地质聚合物力学性能、微观结构和矿物组成的影响。两种晶须直接掺入地质聚合物中可以提高其力学性能,强度随晶须掺量增加先上升后下降。但晶须易出现团聚现象,导致改性效果的稳定性欠佳,同组测试结果偏差均较大。钛酸钾晶须改性的效果优于硫酸钙晶须,硫酸钙晶须的最佳掺量为1 wt%,养护28d地质聚合物复合材料的抗压与抗折强度为52.9 MPa与10.5 MPa,对比空白组分别提高了22.6%与66.7%;进而用磷酸三钠对硫酸钙晶须进行表面改性后掺入地质聚合物中,最佳掺量仍为1 wt%,此时养护28d时地质聚合物复合材料的抗压与抗折强度分别为57.3 MPa与11.75MPa,对比未表面改性的硫酸钙晶须/地质聚合物分别提高了8.3%与11.9%;复合材料的累计孔体积从176 mm/g降低至145 mm/g,对比空白组的193 mm/g降低了25%。进一步探究了改性硫酸钙晶须/地质聚合物在硫酸盐环境下的耐久性能。经过120d硫酸盐溶液浸泡后,改性硫酸钙晶须/地质聚合物的累计孔体积与最可几孔径分别为161 mm/g与10.09 nm,在相同浸泡时间下,纯地质聚合物的累计孔体积与最可几孔径分别为178 mm/g与12.68 nm,复合材料的抗硫酸盐侵蚀性能得到提高。钛酸钾晶须的最佳掺量为3 wt%,此时养护28d地质聚合物复合材料的抗压与抗折强度为66.5 MPa与和8.2 MPa,对比空白组分别提高了54.1%与30.0%。进而研究了晶须不同分散工艺(添加不同分散剂、将晶须与激发剂混合后超声、对晶须表面改性等)对地质聚合物改性效果的影响,结果表明:仅添加分散剂和超声分散的方法晶须在地质聚合物中的分散效果有明显好转,但力学性能不够理想;在此基础上,采用KH-550、KH-792和KH-560硅烷偶联剂改性钛酸钾晶须,其中KH-792改性的综合力学性能较好,当其掺量为3wt%时,复合材料28 d的抗压、抗折强度分别为61.6 MPa和11.1 MPa,比空白组分别提高了43%和76%。晶须经表面改性后,能够显著提高晶须在地质聚合物基体中的分散性,从而更好的填充地质聚合物的孔隙,减小复合材料的平均孔径及累计孔体积,改善地质聚合物的孔结构并有效发挥晶须在基体中的裂纹桥接作用,起到增强增韧的效果;改性后进行表面附着羟基或带羟基的基团,既可以降低晶须颗粒间的排斥力,又可以在地质聚合物前驱体中参与缩聚反应,增强晶须与基体的结合力,提高地质聚合物的性能。通过ANSYS软件建立三点弯曲抗折模型仿真,验证了晶须在地质聚合物基体中裂纹桥接的重要性。本研究成果对于晶须改性地质聚合物的研究具有一定理论与实用价值。

关键词：地质聚合物晶须晶须表面改性 ANSYS仿真抗硫酸盐侵蚀性能

高温对钢纤维-聚乙烯醇纤维-CaCO_(3)晶须多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能和微观结构的影响

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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复合材料学报 2021年第7期38卷 2326-2335页

作者：李黎李宗利高丹盈曹明莉西北农林科技大学水利与建筑工程学院旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 郑州大学土木工程学院郑州450002 大连理工大学建设工程学部大连116024

为促进钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维-CaCO_(3)晶须(CW)多尺度纤维/水泥复合材料的工程应用,考察其抗火耐高温性能,本文研究了SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料高温后的弯曲性能及其微观结构。研究发现:随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维... 详细信息

为促进钢纤维(SF)-聚乙烯醇(PVA)纤维-CaCO_(3)晶须(CW)多尺度纤维/水泥复合材料的工程应用,考察其抗火耐高温性能,本文研究了SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料高温后的弯曲性能及其微观结构。研究发现:随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度总体下降,但在500℃以下时下降缓慢,CW掺量为3vol%的SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲强度有所提高;800℃及以上时,SFPVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的弯曲强度急剧下降。采用JSCE SF4规定的等效弯曲强度评价弯曲韧性。随温度升高,SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料的等效弯曲强度逐渐降低,500℃以下时掺加CW显著增强了SF对裂缝的控制能力,其中小挠度阶段的作用效果优于大挠度阶段。800℃以上时,等效弯曲强度急剧下降,其中大挠度阶段下降更为显著。借助数码相机、光学显微镜和SEM进行多尺度观测,揭示了高温对SF-PVA-CW多尺度纤维/水泥复合材料弯曲性能影响的微观机制。

关键词：晶须水泥纤维/混凝土高温弯曲强度弯曲韧性微观机制

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固相法制备莫来石晶须及其生长机理

中国陶瓷 2022年第12期58卷 44-49页

作者：钟伟强马可波罗控股股份有限公司东莞523000

采用固相法以高岭土作为原料和AlF_(3)·3H_(2)O为添加剂制备了莫来石晶须,并研究了AlF_(3)·3H_(2)O添加量、烧成温度以及保温时间对莫来石晶须的影响及生长过程。结果表明:AlF_(3)·3H_(2)O添加量为4%时,配方的析晶活化能为554.64 KJ/... 详细信息

采用固相法以高岭土作为原料和AlF_(3)·3H_(2)O为添加剂制备了莫来石晶须,并研究了AlF_(3)·3H_(2)O添加量、烧成温度以及保温时间对莫来石晶须的影响及生长过程。结果表明:AlF_(3)·3H_(2)O添加量为4%时,配方的析晶活化能为554.64 KJ/mol;烧成温度及保温时间对莫来石晶须影响较大,当烧成温度为1600℃,保温时间为5 h时,莫来石晶须的形貌最佳,晶须长径比为20。配方的物相组成为莫来石。莫来石晶须的生长受到气-固反应机理控制。

关键词：固相法高岭土莫来石晶须生长机理