为改善熔化极气体保护堆焊工作效率低、人工成本高等问题, 采用等离子堆焊技术, 以H13钢粉末作为焊材对热作模具钢母材(5CrNiMo)进行堆焊试验。研究焊接电流对焊接熔深、熔宽、微观结构以及堆焊层裂纹倾向性的影响, 探讨了焊接裂纹形成机理。结果表明, 焊接熔深与熔宽都随着焊接电流的增加逐渐增大。堆焊层的显微组织由马氏体和残余奥氏体组成。随着焊接电流的增加, 堆焊层中部马氏体枝晶逐渐粗化。多层焊接时, 层间界面上方奥氏体含量明显多于下方。焊接电流变化时, H13堆焊层的裂纹敏感性较大, 堆焊层的裂纹按形成机理主要分为应力诱发裂纹和缺陷诱发裂纹。当焊接电流为150 A时, 可以获得裂纹缺陷数量较少的堆焊试样。通过等离子堆焊的方法, 实现了热作模具的快速堆焊, 为后续等离子堆焊填充热作模具提供指导。

为深入研究复相陶瓷在冲击加载下的宏观力学响应特性与微观断裂机制，选取Al2O3/SiC复相陶瓷为研究对象，设计了一维应力波和平面冲击波加载测试方法，研究了材料动态强度及其应变率效应、高压Hugoniot曲线以及不同受力特征下的材料局部变形机制。结果表明：不同的宏观受力特征下复相陶瓷对应有不同的微观断裂机理；冲击加载下材料的宏观变形主要是脆性破坏，但从微观角度观察，大尺寸晶粒穿晶断裂以及小尺寸晶粒沿晶断裂存在明显的局部塑性变形特征；第二相SiC颗粒在晶界和晶粒内部诱导裂纹传播，起到了冲击能量再分配的作用。

闪烧技术自发现以来已经被广泛研究了10多年，但其实际应用却极少被讨论，闪烧应用的主要挑战是烧结大尺寸样品时的困难。在典型直流电闪烧中，电流主要集中在样品的中心，样品内部和表面之间存在显著的温度梯度，导致最终样品的微观结构不均匀，甚至样品中的内应力会致使样品开裂。本工作利用不同频率的交流电来研究频率对闪烧中这种不均匀性问题的影响。结果表明，增加频率显著提高了样品的均匀性，其原因主要是由于交流电闪烧中存在显著的“趋肤效应”，即电流密度集中在样品的表面而不是样品中心，这补偿了表面较高的辐射热损失，从而导致更均匀的样品温度。本工作提供了一种潜在的方法，可以显著提高闪烧在工业领域的实际应用。

水泥中的硫酸盐含量过高会带来后期体积膨胀的风险。 采用纳米TiO2和纳米SiO2对含有CaSO3·0.5H2O的半干法烧结烟气脱硫灰改性, 以纳米改性半干法烧结烟气脱硫灰为混合材制备固废型纳米高硫水泥, 解决混合材中CaSO3·0.5H2O含量高带来的耐久性不良问题。 根据固废型纳米高硫水泥的安定性、 标准稠度用水量, 凝结时间以及抗压强度等性能的发展变化规律, 确定了各组分的掺量配比和制备参数。 采用LPSA分析了原材料的粒径分布区间, 采用接触角测量仪分析了硬化浆体的浸润性能, 采用XRD分析了原料及硬化浆体的矿物成分, 采用FTIR分析了原料及硬化浆体的组织结构的变化规律, 采用SEM分析了原料及硬化浆体的微观形貌。 结果表明, 半干法烧结烟气脱硫灰的粒径分布区间为0.31~127.38 μm比水泥颗粒粒径分布区间更宽、 粒度更细, 能够优化水泥的级配范围。 半干法烧结烟气脱硫灰的加入对水泥水化起到一定的缓凝作用, 延长了凝结时间, 掺量较大会带来同龄期硬化浆体抗压强度的降低。 纳米SiO2与纳米TiO2的加入能够降低高硫水泥体系的标准稠度用水量, 提高其抗压强度。 3 Wt%的纳米TiO2与2 Wt%的纳米SiO2协同改性能够有效稳定半干法烧结烟气脱硫灰中的CaSO3·0.5H2O, 进一步激发半干法烧结烟气脱硫灰的潜在活性, 提高水泥硬化浆体的力学性能。 改性后固废型纳米高硫水泥28 d的抗压强度为64.72 MPa比未改性的高硫水泥提高了83%, 比纯水泥提高了16%。 纳米改性后, 润湿边角增大向疏水转变, 有利于耐久性的提高; XRD分析结果显示水化产物中类AFm’含量很低, 降低了膨胀的风险; FTIR分析结果显示水化产物中Ca(OH)2中含有的—OH的伸缩振动峰增强, 进一步提高了硬化浆体的抗化学侵蚀能力; SEM分析结果显示水化产物质地均匀, 组织缺陷少。 纳米TiO2与纳米SiO2协同改性半干法烧结烟气脱硫灰可以稳定其中含有余有的硫酸盐、 亚硫酸盐, 制备出高性能固废型纳米高硫水泥, 有利于降碳减碳, 节能环保。

中和渣(NS)是矿物开采和冶金处理过程中生成的以硫酸钙为主要成分的工业废渣, 中和渣大量堆积储存会给环境带来巨大威胁, 因此, 迫切需要探索一种回收利用中和渣的新技术。研究了不同粒化高炉矿渣掺量的中和渣基地质聚合物的力学性能, 并通过X射线衍射测试、反应热测试、压汞测试、傅里叶变换红外光谱测试和扫描电子显微镜测试等手段, 对中和渣基地质聚合物的物相组成、水化速率、孔结构及微观形貌进行了表征。结果表明: 在激发剂作用下, 中和渣与粒化高炉矿渣间地质聚合反应的主要产物为C(N)-A-S-H凝胶。粒化高炉矿渣的掺入可提高聚合反应速率, 生成更多的地质聚合物凝胶, 使得中和渣基地质聚合物微观结构更致密, 力学性能也更高。粒化高炉矿渣掺量为30%(质量分数)的中和渣基地质聚合物28 d抗压强度可达178 MPa。

电瓷材料的组成和结构是决定其性能的两个本质因素。本文系统研究了三种典型直流特高压(UHVDC)用工业氧化铝电瓷在组成、结构和力学性能方面存在的差异, 并分析了原因。结果表明, 与日本碍子株式会社(NGK)的瓷件相比, 国内两个厂家在瓷件配方中加入了更多的煅烧工业氧化铝、更少的钾长石和石英, 并且没有根据配方适当提高烧结温度, 因此国内两厂家瓷件表现出如下特点: 1)Al2O3质量含量分别为47.22%和45.24%, 比NGK高7.31%和5.33%, SiO2质量含量分别为46.32%和48.44%, 比NGK低7.09%和4.97%、K2O+Na2O总质量分别为3.21%和3.14%, 比NGK低0.41%和0.48%; 2)真气孔率分别为5.24%和4.18%, 比NGK低3.46%和4.52%, 内部气孔以5 μm以下的小气孔为主, 孔径普遍更小, 存在较多扁平、细长、裂纹状的异形气孔, 以及环绕颗粒周边的环状气孔和裂纹; 3)内部总晶相含量分别为48.10%和49.04%, 比NGK高近10%, 其中刚玉相高10%,石英相高4%,莫来石相少4%, 莫来石相更细更短、交联程度更低; 4)瓷件头部试条三点弯曲强度平均值分别为155和158 MPa, 比NGK高, 但是国内两厂家瓷件的强度分散性更大。

为了解决废弃农作物青稞秸秆的资源处置问题, 将废弃青稞秸秆在室外自然焚烧后再经过煅烧及研磨处理, 从而制备成新型生物质硅掺合料。通过正交试验设计对青稞秸秆灰(HBSA)的制备条件及设计参数进行初步分析与二次验证; 采用响应面优化分析方法建立响应面预测模型, 对HBSA的制备条件进一步优化分析, 从而验证正交试验结果的合理性; 基于灰熵关联分析, 确定了HBSA的活性影响因素的主次关系; 采用多种微观测试技术对最优条件下制备的HBSA的微观结构进行测试分析, 进而揭示HBSA能够作为活性掺合料的原因。结果表明, 当二次煅烧温度为600 ℃、煅烧时间为2 h、研磨时间为2 h时, HBSA的活性最高, 相对活性指数高达1.06。响应面优化方法能够有效用于HBSA的活性制备参数设计, 响应面预测模型具有较高的预测精度, 较好地验证了正交试验结果的准确性。煅烧温度的灰熵关联度最大, 应作为HBSA制备过程中的首要控制因素。HBSA具有较细的粒度、较大的比表面积和较高的活性SiO2含量, 有效促进了HBSA的活性效应。

蛇纹石混凝土具有优异的中子屏蔽性, 国外已将其广泛用于核工业及医疗行业屏蔽中子辐射。我国核事业发展迅速、蛇纹石矿产丰富, 本应对蛇纹石混凝土有大量研究及应用, 但事实上, 蛇纹石混凝土在我国不仅研究较少, 其应用更是远不及国外。基于此, 本文归纳了蛇纹石骨料特性, 对比了三种蛇纹石亚类骨料的物理性质、粒形特征和化学成分, 详细阐述了蛇纹石骨料对混凝土性能的影响, 并分析了当前蛇纹石混凝土研究存在的不足之处, 梳理了蛇纹石混凝土应用现状。最后, 为促进蛇纹石混凝土在我国的进一步研究与应用, 对该领域未来发展进行展望。