1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.上海理工大学 材料与化学学院, 上海 200093
SiO2-BaO基微晶玻璃以其膨胀系数高、耐高性能优异而成为耐高密封领域研究的热点, 但稀土氧化物对该类封接玻璃改性的影响研究尚不多见。本工作研究不同高阳离子场强(Cation field strength, CFS)的稀土氧化物取代传统碱土氧化物BaO对新型富稀土—SiO2-BaO-Ln2O3(SBLn, Ln=La、Sm、Er、Yb)系列玻璃的网络结构、结晶行为、微观结构和高温性能的影响。随着稀土阳离子场强由2.82(La3+)增大到3.98(Yb3+), SBLn玻璃的玻璃转变温度(Tg)、析晶起始温度(Tx)、析晶峰值温度(Tp)均逐渐增加, 说明高稀土阳离子场强有利于提高SBLn玻璃的热稳定性。四类富稀土SBLn玻璃的结晶相均由BaSiO3和BaSi2O5相组成, 随稀土阳离子场强增大, BaSiO3相减少、BaSi2O5相增多, 稀土元素只存在于玻璃相中, 不参与晶相析出。随着稀土阳离子场强增加, SBLn微晶玻璃的热膨胀系数(Coefficient of thermal expansion, CTE)由12.52×10-6/℃增大到13.13×10-6/℃(30~800 ℃), 但析晶量下降导致软化温度从1313.5 ℃降至1174.1 ℃。总之, 富稀微晶玻璃材料高热膨胀系数大于12×10-6/℃、软化温度均高于1150 ℃, 且在700 ℃高温下的直流电阻率大于106 Ω·cm, 说明富稀土微晶玻璃密封材料具有在固体氧化物燃料电池、氧传感器、铂薄膜热敏电阻器等高温场景下的应用前景。
耐高温密封材料 富稀土微晶玻璃 阳离子场强 高温电阻率 high-temperature resistant sealant rich rare-earth glass-ceramics cation field strength high temperature resistivity
武汉科技大学, 省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室, 武汉 430081
为了提升磷酸盐胶黏剂的耐高温性能, 以自制的磷酸二氢铝为基体, 纳米Al2O3、Si粉和低温熔融玻璃粉(Zn-B-Si-Al-R)等为填料, 制备出一种新型磷酸盐粘结剂, 并对其界面反应机理进行了分析。结果表明: 当Fe2O3、ZrO2、CuO的添加量分别为5%、10%、15%(质量分数)时, 粘结剂在500 ℃的高温拉伸强度为5.28 MPa, 质量损失率仅为7.8%。从室温至500 ℃, 粘结剂与不锈钢基体热膨胀系数匹配良好, 两者的差值始终小于1.5×10-6 K-1。同时, 电势差异促进了Fe与Cu的离子交换, 在界面处形成成分梯度层, 有效缓解因热失配而产生的热应力, 提高粘结剂在高温下的粘结强度。
磷酸盐粘结剂 热处理 耐高温强度 界面反应 phosphate adhesive heat treatment high-temperature strength interface reaction
1 太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
2 阳煤集团纳谷(山西)气凝胶科创城管理有限责任公司研发中心，阳泉 045000
煤矸石作为固体废弃物虽然被用作发电燃料、煤矿填料与建筑材料，但其利用率仍然不高，如何提高煤矸石的高值化利用率成为了目前研究的热点。本文以山西煤矸石为原料，采用一步酸溶和溶胶-凝胶法，并经过常压干燥得到了Al2O3-SiO2气凝胶粉体。在溶剂置换与改性过程中引入超声波，研究了其对气凝胶的制备与性能的影响。采用BET、XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC及接触角测试对所得Al2O3-SiO2气凝胶粉体的结构与性能进行表征。结果表明，超声波的引入加快了反应速率，缩短了气凝胶的制备周期，所制备的Al2O3-SiO2气凝胶是一种具有纳米三维网络结构的介孔材料，堆积密度低至0.120 g/cm3，比表面积为635 m2/g，高温下收缩性小于传统水玻璃制备的SiO2气凝胶，并具有较好的疏水性。
煤矸石 活化 超声辅助 Al2O3-SiO2气凝胶 耐高温 疏水性 coal gangue activation ultrasonic assist Al2O3-SiO2 aerogel high temperature resistance hydrophobicity
1 西安理工大学材料科学与工程学院, 西安 710048
2 国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室, 长沙 410073
SiO2气凝胶隔热复合材料已经广泛应用于航空航天、石油化工等隔热保温领域, 通过疏水改性可大幅拓展其应用场景。为了使SiO2气凝胶隔热复合材料在更高温度仍保持良好的疏水性能, 采用聚硅氧烷改性硅酸盐涂料对SiO2气凝胶隔热复合材料进行表面刷涂疏水改性, 然后研究了涂层厚度对裂纹扩张的影响以及涂层在高温下疏水性能的失效机制和刷涂改性前后复合材料的耐磨损性能。结果表明, 当涂层厚度大约为13 μm时, 所制备的涂层表面无裂纹, 接触角可达(113±2)°, 经450 ℃高温热处理1 800 s后接触角依然可以保持在105°左右, 表现出良好的热稳定性, 同时涂层显著提高了复合材料的耐磨损性能。
SiO2气凝胶隔热复合材料 聚硅氧烷改性硅酸盐 耐高温 疏水改性 耐磨损性能 涂层 SiO2 aerogel thermal insulation composite polysiloxane modified silicate thermal resistance hydrophobic modification wear resistance coating
利用60 W国产CO2激光器对黑色耐高温聚酯薄膜进行密群孔加工, 通过正交实验法分析激光扫描速度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲宽度等工艺参数对微孔入光孔径、出光孔径和锥度的影响程度, 并采用综合平衡法得到优化工艺参数组。结果表明, 激光扫描速度、离焦量和脉冲宽度对微孔锥度影响较大; 离焦量、脉冲能量对孔径影响较大; 得到的优化工艺参数组为: 激光扫描速度50 mm/s,脉冲能量输出10%, 重复频率11 kHz,离焦量0 mm, 脉冲宽度0.1 ms, 并通过实验验证采用该优化参数组加工获得的微孔入光孔径、出光孔径、锥度均较小, 且质量较好, 指导企业生产的升级改造。
激光加工 激光打孔 正交实验 耐高温聚酯薄膜 成型质量 laser machining laser drilling orthogonal experiment high temperature resistant polyester film molding quality
1 海洋化工研究院有限公司海洋涂料国家重点实验室, 山东 青岛 266071
2 中船重工七二五所海洋腐蚀与防护重点实验室, 山东 青岛 266237
为解决现有甲板防滑涂层在高温、高速气流冲蚀等特殊服役条件下的使用及防护问题,采用激光熔覆技术在Q235碳钢表面制备了316L不锈钢耐蚀底层和316L+(ZrO2-8%Y2O3)防滑面层。采用腐蚀电化学测试方法研究涂层在海洋环境中的腐蚀电化学行为,并结合能谱分析及电镜分析等现代分析测试技术,对腐蚀后涂层的微观组织及内部结构进行表征;此外,对比分析了涂层在不同温度(200,400,1000 ℃)下的耐热性能和微观组织。结果表明:该新型铁基复合涂层表现出了较好的耐蚀性,且其耐蚀性比碳钢基体高出了2个数量级;在1000 ℃高温下,涂层表面无明显的剥落、开裂现象,表现出了较好的耐高温性能。
激光技术 激光熔覆 铁基涂层 耐蚀性 耐高温 中国激光
2020, 47(10): 1002001
1 南京工业大学材料科学与工程学院新材料研究院, 江苏 南京 211816
2 南京尚吉增材制造研究院有限公司, 江苏 南京 210009
3 南京中科煜宸激光技术有限公司, 江苏 南京 210038
采用激光熔化沉积技术制备了组织致密,无裂纹、无孔洞等缺陷的Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射等分析技术对梯度涂层的显微组织、成分及相变进行研究。结果表明:随着成分梯度的变化,涂层的显微组织由片层α和β相组成的片层组织转变为等轴组织,且随着镍基合金含量的增多,合金元素数量增多,液相熔池中的溶质浓度增加,成分过冷明显,形核率增大,组织进一步细化;梯度耐高温涂层的相组成发生了如下变化:α+β→α+β+Ti2Ni→Ti2Ni+β→Ti2Ni+CrNi2+γ-Ni,在晶间区域内存在β-Ti与Ti2Ni离析共晶,此外还存在CrNi2相;随着Inconel625含量增加,梯度涂层的硬度增大,当镍基合金的体积分数为100%时,在共析强化和固溶强化的共同作用下,硬度达到峰值855 HV;梯度涂层的硬度主要与β相、Ti2Ni析出物和CrNi2化合物以及溶质元素的含量有关。
激光技术 激光熔化沉积 梯度耐高温涂层 钛合金 镍基合金 中国激光
2019, 46(11): 1102008
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了在高温环境下测量角位移, 研制了一种基于光纤的耐高温增量式光电编码器。针对高温工作环境提出利用耐高温的光纤传输光, 在常温环境中采用FPGA处理增量式编码器的电信号, 并通过USB传输角度信息; 分析光源光束准直度对光电编码器的影响, 提出采用LED凸透镜光纤耦合的方式获得平行光; 最后, 使用自准直平行光管和23面体检测精度, 并对比LED凸透镜耦合方式和直接耦合方式的精度。实验结果表明: 该系统在100 ℃的高温环境下工作正常, 编码器头部外型尺寸为62 mm×42 mm, 分辨力为0.3″, 精度3σ=13.55″; 与LED直接耦合方式相比精度提高了20.8%, 满足高温环境下角位移测量的需求。
光电编码器 光纤 耐高温 LED凸透镜光纤耦合 增量式 photoelectronic encoder fiber high-temperature resistant LED convex lens fiber couple incremental FPGA+USB FPGA+USB
1 长春理工大学 a 光电工程学院 光电测控技术研究所
2 长春理工大学 b 机电工程学院 长春 130022
提出一种基于太赫兹无损检测的多特征参数神经网络分析技术, 用于分析耐高温复合材料的粘贴质量无损检测.采用抽片式方法设计了一种耐高温复合材料的脱粘缺陷样品, 抽片厚度为0.1 mm.采用太赫兹时域光谱无损检测技术对耐高温复合材料的多层脱粘缺陷进行了检测试验研究, 对比了上下脱粘缺陷所对应的太赫兹时域波形及频谱信息的异同, 针对性地建立了耐高温复合材料粘贴质量的上层脱粘参数、下层脱粘参数、频域吸收质心参数等多特征参数, 将特征参数进行优化作为反向传播神经网络的输入并对其进行上下脱粘分类识别.通过对反向传播神经网络的训练测试, 实现了耐高温复合材料上层脱粘0.1 mm、下层脱粘0.1 mm的脱粘缺陷的识别.
光谱学 太赫兹时域光谱 神经网络 耐高温复合材料 无损检测 粘贴质量 Spectroscopy Terahertz time-domain spectroscopy Neural work Heat-resistant composites Nondestructive testing Adhesion quality
利用逐点写入法在耐高温光纤中用红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅，研究了光栅的高温温度特性，并做了理论分析.通过对含耐高温涂覆层的长周期光纤光栅进行20 ℃~300 ℃的温度传感实验,结果表明：在高温段光栅的谐振波长漂移量与温度之间仍能保持大的灵敏度(0.060 5 nm/℃)和好的线性度，且光纤耐高温涂覆层不受破坏，光纤耐高温涂覆在高温下不会出现碳化现象，光栅传感性能良好.实验证明该方法制作的光栅适合于长期在高温环境下使用，应用价值巨大.
长周期光纤光栅 飞秒激光脉冲 耐高温光纤 高温光纤传感 Long period fiber grating Femtosecond laser High temperature resistant fiber High temperature fiber sensing
