顾薛苏 1殷杰 1,*王康龙 1崔崇 2[ ... ]黄政仁 1,4,*
作者单位
摘要
1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
2 2.南京理工大学 材料科学与工程学院, 南京 210094
3 3.西北工业大学 材料学院, 西安 710072
4 4.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
碳化硅(SiC)陶瓷作为一种高性能结构功能一体化的陶瓷材料, 在航空航天、核能工业和制动系统等领域应用广泛。然而, 传统的制造方法无法满足大尺寸复杂结构SiC陶瓷日益增长的市场需求, 例如发动机喷嘴、襟翼和涡轮叶片等。黏结剂喷射(BJ)3D打印突破了传统成型的约束, 可以提供新的制造思路。本工作采用颗粒级配SiC的思路, 基于级配理论优化较佳的颗粒度配比, 研究了BJ打印对级配前后SiC陶瓷素坯及烧结体性能的影响。研究发现, BJ打印级配后的SiC素坯经过一次前驱体浸渍裂解(PIP)处理, 能够快速制备抗弯强度最大达到(16.70± 0.53) MPa的SiC素坯, 相比采用20 μm中位径未级配的样品提高了116%。进一步采用液相渗硅制备了致密的SiC陶瓷, 其密度、抗弯强度、弹性模量和断裂韧性分别达到(2.655±0.001) g/cm3, (285±30) MPa, (243±12) GPa和(2.54±0.02) MPa·m1/2。XRD分析表明, SiC烧结体主要以3C-β-SiC晶为主。本研究基于颗粒级配的原料, 采用黏结剂喷射打印, 结合一次浸渍裂解与液相渗硅制备工艺, 高效可靠地制备了高性能SiC陶瓷材料。
碳化硅 颗粒级配 黏结剂喷射打印 前驱体浸渍裂解 silicon carbide particle grading binder jetting printing precursor impregnation and pyrolysis 
无机材料学报
2023, 38(12): 1373
作者单位
摘要
1 华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点试验室,武汉 430074
2 华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点试验室,武汉 430074,
SiC陶瓷凭借其高强度、高硬度和低密度等优势,在航空航天、核电工业等领域有着广阔的应用前景。但由于SiC加工难度高、韧性低,阻碍了其广泛应用。为解决上述问题,本研究采用黏结剂喷射增材制造(BJAM)结合液硅反应熔渗技术(LSI)制备了不同碳化硅晶须含量(SiCw)的SiCw/SiC复合材料。结果表明,当SiCw含量达到7.5% (体积分数)时,材料的弯曲强度和断裂韧性达到最大值分别为215.29 MPa和3.25 MPa?偸m1/2,硬度则在SiCw为5%达到23.06 HV的峰值。但当SiCw含量继续升高后,材料内部残余硅相含量提升,力学性能发生恶化。对打印初坯进行2次增碳可有效降低材料内部硅相含量,弯曲强度、断裂韧性和硬度最大分别提升10.15%、10.46%和10.58%。引入的SiCw通过偏折裂纹、拔出和折断等方式起到了对复合陶瓷材料的增强增韧作用。
黏结剂喷射 碳化硅 碳化硅晶须 液硅反应熔渗 断裂韧性 增材制造 binder jetting silicon carbide silicon carbide whisker reaction sintering fracture toughness additive manufacturing 
硅酸盐学报
2023, 51(12): 3159
王青 1,2高舒畅 1,2高嘉呈 1,2文长城 1,2徐港 1,2
作者单位
摘要
1 防灾减灾湖北省重点实验室,宜昌 443002
2 三峡大学土木与建筑学院,宜昌 443002
本文研究了水胶比、胶砂比、粉煤灰掺量、硅灰掺量、钢纤维掺量和陶砂密度等级对掺陶砂超高性能轻质混凝土(UHPLC)工作性能、力学性能、表观密度和比强度的影响, 确定了最佳配合比, 制得了干表观密度为1 950 kg/m3、流动度为233 mm(略高于超高性能混凝土)、28 d抗压/抗折强度不小于120/20 MPa的UHPLC。借助X射线衍射仪和扫描电子显微镜, 探讨了UHPLC水化产物、微观形貌随时间的变化规律, 并从微观结构角度分析了陶砂与基体、钢纤维与基体的界面过渡区特征, 揭示了相同条件下UHPLC比强度随陶砂密度等级增大而增大的变化规律。经过标准化回归系数分析, 发现钢纤维掺量对UHPLC强度、密度影响最大, 贡献率均大于40%, 而对UHPLC流动性影响最显著的因素是水胶比, 贡献率为38.18%, 胶砂比对流动性有较为明显的影响, 贡献率为27.20%。
超高性能轻质混凝土 陶砂 钢纤维 水胶比 表观密度 贡献率 ultra-high performance lightweight concrete pottery sand steel fiber water-binder ratio apparent density contribution rate 
硅酸盐通报
2023, 42(6): 1996
作者单位
摘要
1 福建工程学院材料科学与工程学院,福州 350118
2 中材高新氮化物陶瓷有限公司,淄博 255000
3 中材人工晶体研究院有限公司,北京 100018
4 中材高新材料股份有限公司,北京 100102
采用注射成型与气压烧结结合的工艺,可以低成本、大批量制备出体积小、精度高的陶瓷异形件。本文以低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)为黏结剂,在注射温度165 ℃、注射压力85 MPa的条件下制备氮化硅坯体,通过热脱脂工艺和烧结动力学测试,得到了完整的氮化硅注射成型工艺路线,并研究了喂料固含量对坯体密度、烧结密度和维氏硬度的影响,以及喂料在140~160 ℃时的非牛顿指数变化。结果表明:喂料的最佳固含量为52.42%(体积分数),该条件下制备的氮化硅注射坯体密度为2.10 g/cm3,烧结密度为3.23 g/cm3,维氏硬度为(15.24±0.34) GPa;喂料在160 ℃时的非牛顿指数最小,即在该温度下喂料的流变性最好。
氮化硅 注射成型 黏结剂 固含量 热脱脂 气压烧结 维氏硬度 silicon nitride injection molding binder solid content thermal degreasing pressure sintering Vickers hardness 
硅酸盐通报
2023, 42(8): 2915
作者单位
摘要
1 长沙理工大学土木工程学院,长沙 4101140
2 佛山市建盈发展有限公司 广东 佛山 528300
3 长沙理工大学土木工程学院,长沙 410114
4 佛山市交通科技有限公司 广东 佛山 52800
传统的扩展度已不能全面反映超高性能混凝土(UHPC)的施工性能,必须辅之以流变性能。但流变性能测试的专有设备较昂贵,不便工地直接采用。为此,改变水胶比和减水剂掺量,制备了18种配合比。通过对相应配合比进行扩展度、特征扩展时间(扩展直径为0.7和0.8倍扩展度所需时间)、流变参数测试,以及固化后的力学性能测试,得到多种配合比的流动参数与流变参数,建立了力学性能属于UHPC (掺钢纤维)的素UHPC (不含钢纤维)流动性与流变性关系。结果表明:可以采用Bingham模型描述素UHPC的流变行为;提出的特征扩展时间指标,测试精度相对较高;新拌素UHPC流变参数可以通过所建立的流动-流变关系得出,计算值与试验值吻合较好。
超高性能混凝土 水胶比 减水剂掺量 流动性 流变性 ultra-high performance concrete water-binder ratio superplasticizer dosage flowability rheology 
硅酸盐学报
2023, 51(8): 1962
作者单位
摘要
1 硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070
碳矿化材料是由固碳胶凝材料通过与CO2在常规环境下的碳化反应快速形成以碳酸钙为主要基体组成的复合材料,是实现工业烟气CO2建材化利用的重要技术途径。本工作以γ-C2S为固碳胶凝材料,研究了Fe掺杂、壳聚糖引入、养护制度设计3种复合增强措施对碳矿化材料力学性能与产物组成的影响规律。结果表明,不同的增强措施并非简单的叠加效应,也存在矛盾关系,其中,可以获得超高强度的组别有:Fe-γ-C2S+壳聚糖引入的碳矿化材料在养护24 h后抗压强度达到200 MPa以上,壳聚糖引入组可以在延长养护时间后获得更高的强度上限,养护7 d后抗压强度可达约230 MPa。Fe-γ-C2S组的碳酸钙晶型以方解石为主,而长期CO2养护下的γ-C2S组则为文石相组成。不同的产物组成也是影响强度增长的重要因素,由此提出超高强碳矿化材料的理想结构模型:壳聚糖存在于硅凝胶与碳酸钙之间,连接两相,方解石生长于内部,文石包裹于外部。方解石为碳矿化体养护早期提供强度,文石则在外侧占据了主要的孔隙空间,为后期养护过程中CO2提供扩散通道。
碳矿化材料 碳化反应 超高强 碳酸钙 固碳胶凝材料 carbon dioxide solidified carbonate material carbonation ultra-high strength calcium carbonate carbonatable binder 
硅酸盐学报
2023, 51(9): 2128
作者单位
摘要
1 中南大学粉末冶金国家重点实验室, 长沙 410083
2 珠海市巨海科技有限公司,珠海 519110
本文通过调整Fe-Co-Cu-Sn中石墨烯的含量来探究石墨烯对铁基金属结合剂金刚石磨具性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、万能力学试验机等测试了铁基金属结合剂金刚石磨具的显微结构、物相结构、力学性能和物理性能。结果表明: 结合剂中石墨烯的含量仅对晶相含量有影响; 当石墨烯含量为0.4%(质量分数)时, 磨具的抗弯强度最高, 为256.0 MPa, 较无石墨烯磨具提高了17.4%; 随着石墨烯含量增加, 石墨烯由片状均匀分布转变为逐渐团聚, 断口组织由脆性断裂转变为韧性断裂, 磨具的热膨胀系数逐渐降低, 导热系数逐渐提高; 磨具的磨耗比呈先增加后减少的趋势, 当石墨烯含量为0.4%时, 磨耗比最高, 为199.8, 较不添加石墨烯的磨具提高了约21%。
石墨烯 铁基金属结合剂 金刚石磨具 抗弯强度 热膨胀系数 磨耗比 graphene Fe-based metal binder diamond abrasive tool bending strength thermal expansion coefficient abrasive ratio 
硅酸盐通报
2023, 42(3): 1048
鞠茂奇 1,2,*温立冬 1聂建华 1程水明 2[ ... ]徐超 1,3
作者单位
摘要
1 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
2 中冶武汉冶金建筑研究院有限公司,武汉 430081
3 武钢耐火材料有限责任公司,武汉 430082
鉴于高炉大型化的趋势,出铁口作为高炉工作环境最为恶劣的区域,服役于此的出铁口用耐火材料--炮泥受到了广泛的关注。本文对高炉出铁口用炮泥主要性能,包括其可塑性、抗侵蚀性以及烧结性能进行了介绍,并对近些年来炮泥研究的相关文献进行了总结,介绍了炮泥骨料、基质以及结合剂各部分的最新研究进展,在此基础上对炮泥未来的发展方向进行了展望。
炮泥 可塑性 抗侵蚀性 结合剂 taphole clay plasticity corrosion resistance binder 
硅酸盐学报
2023, 51(3): 687
Author Affiliations
Abstract
Henan Key Laboratory of Photovoltaic Materials and Laboratory of Low-Dimensional Materials Science, Henan University, Kaifeng 475004, China
In this work, carbon fiber and polyaniline (CF|PANI) composites are prepared by using an electrochemical polymerization method. The morphology and composition characterization results show that the PANI nanospheres are successfully synthesized and uniformly coated on the CF. When the electrodeposition period is 300 cycles, the as-prepared CF|PANI electrode exhibits good specific capacitance of 231.63 F/g at 1 A/g, high performance of 98.14% retention rate from 0.5 to 20 A/g, and excellent cycle stability with only 0.96% capacity loss after 1000 cycles. This is ascribed to the internal resistance that was significantly reduced without binders, which helps to the CF|PANI electrode maintains high operating potential and pseudo-capacitance performance at high current density. The symmetrical supercapacitor based on two CF|PANI electrodes connecting by acidic PVA-H2SO4 gel electrolyte exhibits an energy density of 6.55 W·h/kg at a power density of 564.37 W/kg. In addition, the asymmetric supercapacitor based on MoS2|MWCNTs and CF|PANI electrodes with neutral PVA-Na2SO4 gel electrolyte shows an energy density of 16.12 W·h/kg at a power density of 525.03 W/kg. These results indicate that the low internal resistance contributes to the high energy density of symmetrical supercapacitors and asymmetric supercapacitors at high current density and high power density, which is significant for its practical application.In this work, carbon fiber and polyaniline (CF|PANI) composites are prepared by using an electrochemical polymerization method. The morphology and composition characterization results show that the PANI nanospheres are successfully synthesized and uniformly coated on the CF. When the electrodeposition period is 300 cycles, the as-prepared CF|PANI electrode exhibits good specific capacitance of 231.63 F/g at 1 A/g, high performance of 98.14% retention rate from 0.5 to 20 A/g, and excellent cycle stability with only 0.96% capacity loss after 1000 cycles. This is ascribed to the internal resistance that was significantly reduced without binders, which helps to the CF|PANI electrode maintains high operating potential and pseudo-capacitance performance at high current density. The symmetrical supercapacitor based on two CF|PANI electrodes connecting by acidic PVA-H2SO4 gel electrolyte exhibits an energy density of 6.55 W·h/kg at a power density of 564.37 W/kg. In addition, the asymmetric supercapacitor based on MoS2|MWCNTs and CF|PANI electrodes with neutral PVA-Na2SO4 gel electrolyte shows an energy density of 16.12 W·h/kg at a power density of 525.03 W/kg. These results indicate that the low internal resistance contributes to the high energy density of symmetrical supercapacitors and asymmetric supercapacitors at high current density and high power density, which is significant for its practical application.
quasi-solid state supercapacitor carbon fibers binder-free polyaniline 
Journal of Semiconductors
2023, 44(3): 032701
作者单位
摘要
1 陕西科技大学材料科学与工程学院, 西安 710021
2 蒙娜丽莎集团股份有限公司, 佛山 528211
作为一种轻薄、低能耗的功能化产品, 陶瓷薄板因强度低而应用受限, 如何对其进行低成本增强成为工业领域研究热点。本文以构筑“纤维布-黏结剂-陶瓷薄板”多层复合结构作为切入点, 将多种工业级纤维布、黏结剂和陶瓷薄板进行二次后加工复合, 制备了兼具低成本和优异力学性能的复合型陶瓷薄板, 探究了其断裂面微观形貌及断裂机理。经研究表明, “碳纤维布-环氧树脂-陶瓷薄板”复合型陶瓷薄板具有最佳界面结合强度及力学性能, 其抗弯强度和承载冲击能量分别为85.26 MPa和1.45 J, 与陶瓷薄板坯体相比, 性能提升幅度分别高达22.98%和141.67%。“纤维布-黏结剂-陶瓷薄板”多层复合结构能够有效提升陶瓷薄板综合力学性能, 陶瓷薄板内部存在微裂纹拓展、纤维偏转等多种良性强韧化机制。
陶瓷薄板 复合结构 纤维布 黏结剂 断裂机理 力学性能 thin ceramic tile composite structure fabric binder fracture mechanism mechanical property 
硅酸盐通报
2022, 41(12): 4419

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