将 Ti-46Al-8Nb合金置于 BaZrO3/Al2O3复合模壳中, 在氩气气氛下, 于 1 650℃分别保温不同时间。通过使用光学显微镜、扫描电子显微镜、 X射线衍射仪及电感耦合等离子体发射光谱仪等分析了复合模壳与合金熔体接触后的界面形貌及合金中耐火材料元素的溶解量, 研究了模壳与熔体间界面反应。结果表明: 分别保温 30、60 min和 120 min后, 模壳面层受熔体侵蚀并持续发生溶解反应, 侵蚀层厚度分别为 1 510、2 476 μm和 3 574 μm, 侵蚀机理符合扩散型溶解机制控制的动力学模型。合金中 O、Zr、Y和 Si含量及显微硬度均随保温时间增加而增加。凝固后合金表面形成附着层并有新相形成, 其物相为 BaAl2O4和 Y4Al2O9, 合金基体生成 (Ti, Zr)5(Si, Al)3和 Y4Al2O9 2种夹杂物, 其含量随保温时间增加而增加。

以电熔白刚玉、鳞片石墨、活性 α-Al2O3微粉、金属 Al粉和 Si粉为主要原料、h-BN (质量分数 0%、3%)为添加剂, 制备低碳 Al2O3-C耐火材料, 研究了不同氮化温度下添加 h-BN对 Al2O3-C耐火材料显微结构、物理性能以及抗氧化性能的影响。结果表明: 添加 h-BN促进了 SiC晶须的生成, 在 1 400℃氮化后添加 h-BN样品的常温耐压强度和常温抗折强度较未添加 h-BN样品分别提高了 6%和 10%；添加 h-BN样品的抗氧化性能得以显著提升, 其中 1 500℃氮化后添加 h-BN样品的抗氧化性能较未添加 h-BN样品提高了 21%。

高温下刚玉质浇注料中铝酸钙水泥结合剂与基体发生反应生成片状六铝酸钙相, 可以有效改善材料的抗热震性, 但引入过多水泥会产生较大的体积膨胀, 从而影响材料性能。为此, 采用六铝酸钙骨料部分或全部取代板状刚玉骨料制备浇注料, 在确保体积稳定性的同时发挥了六铝酸钙的增韧效应, 研究了骨料气孔特性对浇注料养护后和高温处理后材料力学性能的影响, 并借助楔形劈裂实验, 研究其断裂行为。结果表明, 25℃养护下, 相比于板状刚玉, 六铝酸钙骨料中气孔产生的吸释水效应, 促进了在骨料周围生成更多水化产物, 加快了水泥水化反应, 使骨料与基质间的界面结合更好。经 1 600℃热处理后水化产物转变成为 CA6相, 使材料中骨料与基质界面强度提高, 且材料断裂过程中裂纹在骨料内扩展的比例增加, 结合样品的断裂能和特征长度等参数, 浇注料中加入 30%CA6骨料时具备昀好的抗裂纹扩展能力。

为了探究不同来源板状刚玉的使用性能差异, 从而通过对原料的针对性选择实现耐火制品的长寿化应用。以不同碱度的钢包渣为侵蚀介质对 3种不同显微结构特征的板状刚玉骨料进行侵蚀实验, 揭示了不同显微结构对板状刚玉骨料抵抗熔渣侵蚀过程中界面反应的影响, 明确了高碱度与低碱度环境下的优势孔隙结构与作用机制。研究表明: 由于气孔簇结构的数量与侵蚀过程中的氧化铝溶解量成正比, 在高碱度条件下 (CaO和 SiO2质量比大于 4), 渣料界面会生成二铝酸钙 (CA2)及六铝酸钙(CA6)的复合层状结构, 起到一定的保护作用, 复合层的厚度与气孔簇的数量成反比；在低碱度条件下 (CaO和 SiO2质量比约等于 1), 圆形孔隙结构特点导致熔渣内生成大量 CA6细晶结构, 抗侵蚀效果较差, 而少量的气孔簇结构导致在骨料表面形成 CA6沉积层并生成更大尺寸 CA6晶体桥接区域, 从而抵抗熔渣侵蚀。

太赫兹技术的不断发展和在各个领域的进一步应用, 对碲化锌 (ZnTe)电光晶体提出越来越高的要求。采用 Te溶剂法生长碲化锌晶体, 可以有效降低晶体的生长温度, 但不可避免的会引入 Te夹杂相, 进而影响其结晶质量。本工作提出利用 Zn气氛等温退火和梯度退火 2种方法, 在不同退火温度下成功消除了 ZnTe晶体内部尺寸小于 10 μm的 Te夹杂相, 发现夹杂相去除效率与退火温度和梯度密切相关。经过 650℃, 100 h的梯度退火后, Te夹杂相去除效率可达 83%。Zn气氛退火后, 晶体内部出现 VTe-Tei复合缺陷, 表明退火中存在扩散导致的缺陷反应, 对晶体的结晶质量和光学性能产生影响。通过对退火前后晶体的 X射线摇摆曲线衍射峰的研究, 发现去除 Te夹杂后晶体结晶质量总体提高, 证明 Te夹杂相是左右 ZnTe晶体结晶质量的主要结构缺陷。

顺磁盐在超低温制冷方面具有绝对优势, 且在极低温度下使用时往往是其水合盐类晶体, 对水合盐类磁制冷材料的探索意义重大。本工作采用缓慢降温法生长出尺寸为 32 mm×32 mm×20 mm的 CrK(SO4)2·12H2O (CPA)单晶, 分析了生长条件与晶体形貌之间的相互关系, 研究了 CPA的热稳定性和磁热性能。结果表明, CPA在温度为 2K、外加磁场强度为 7T条件下, 表现出大的磁热效应, 磁熵变值达到 29.75 J·kg-1·K-1。在密集排布铜线的密封容器中生长 CPA晶体, 并将其用于 2级单冲程绝热去磁制冷系统中, 空载条件下制冷温度达到 90 mK。

金属纳米颗粒的原位析出提供了高含量和均匀分布的金属纳米催化剂, 并且无需复杂的合成过程。为在固体氧化物燃料电池(SOFC)的实际电极中实施这一策略, 本工作用 Pechini法制备了一系列不同含量 Ni掺杂的 Sm0.20NixCe0.80-xO2-δ (SNDC)阳极材料, 并通过还原处理形成具有 Ni纳米颗粒出溶的 SOFC阳极材料。采用 SNDC15为阳极时, 电解质支撑的单电池输出性能最高, 在 700℃以氢气和甲醇为燃料时单电池最大功率密度分别为 1.26 W/cm2和 1.48 W/cm2。此外, 小尺寸的 Ni颗粒与氧化物载体之间有强相互作用, 有效抑制了积碳的生长。单电池在 700℃甲醇为燃料时能稳定运行 10 h以上。

以福建龙岩高岭土、安徽钾长石、江西星子石英为陶瓷主要原料, 添加适量的硅酸锆为增强相, 研究了硅酸锆引入量、烧成温度、保温时间等因素对日用陶瓷性能的影响, 探究了硅酸锆颗粒弥散分布对日用陶瓷的强化机理。结果表明: 当引入硅酸锆含量为 6% (质量分数 ), 烧成温度为 1 300℃、保温时间为 30 min时, 强化效果最好, 抗弯强度从基础配方的(58±6) MPa提升至(106±11) MPa, 提升幅度为 83%。硅酸锆颗粒弥散分布在基体内部, 由于其与基体热膨胀系数的差异, 冷却过程中在基体内部产生径向压应力与切向张应力, 使裂纹在颗粒处钉扎, 从而提高了陶瓷强度。

采用 AgCu钎料瞬时液相扩散连接 SiBCN陶瓷和 Ti2AlNb合金, 研究连接温度和时间对接头微观组织和力学性能的影响。结果表明: 连接过程中, Ti2AlNb合金中的 Ti元素向 AgCu液相中溶解并与 SiBCN陶瓷反应产生 TiC界面反应层；液相中的Cu元素则向 Ti2AlNb中扩散形成 Nb(s, s)和 TiCu2Al, 使得液相发生等温凝固。随着温度升高或保温时间的延长, TiC层厚度增加, Cu(s, s)消失而 TiCu2Al化合物含量增加, 接头室温抗剪强度呈现先上升、后下降趋势。在 840℃保温 40 min时所获接头在室温和500℃时抗剪强度分别达到 (73±10) MPa和(95±16) MPa, 这得益于 Ag(s, s)良好的耐热性和应力缓解效果。

采用微波烧结技术制备 Sialon陶瓷刀具材料, 主要研究烧结温度和保温时间对 Sialon陶瓷刀具材料力学性能的影响规律, 并结合微观形貌对其影响规律进行分析, 旨在制备性能优异的陶瓷刀具材料。结果表明: 在烧结温度为 1 600℃、保温时间为 15 min时, 刀具材料具有最优的力学性能, 其致密度、Viekers硬度、断裂韧性分别为 98.9%、17.8 GPa和 5.9 MPa·m1/2。在此烧结工艺下, 样品的微观组织均匀, 内部气孔较少, 有利于材料力学性能的提高。采用微波烧结技术可以在较短的保温时间内得到性能优异的陶瓷刀具材料, 提高了生产效率。