臭氧改性碳纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究 被引量：11

1

作者 张荣 裴学良 +4 位作者 席先锋 欧阳琴 张坤玺 徐剑 陈友汜 《玻璃钢／复合材料》 CAS 北大核心 2019年第3期21-25,共5页

采用臭氧氧化的方法对碳纤维进行表面改性,并用作热塑性聚酰亚胺树脂的增强体。采用单丝拉伸试验、XPS研究臭氧处理时间对碳纤维单丝拉伸强度和表面官能团的影响。结果表明,臭氧处理时间越长,碳纤维力学性能的下降程度越大,而表面含氧... 采用臭氧氧化的方法对碳纤维进行表面改性,并用作热塑性聚酰亚胺树脂的增强体。采用单丝拉伸试验、XPS研究臭氧处理时间对碳纤维单丝拉伸强度和表面官能团的影响。结果表明,臭氧处理时间越长,碳纤维力学性能的下降程度越大,而表面含氧官能团含量越多。优选单丝拉伸强度保留率较高、含氧官能团含量较丰富的碳纤维与热塑性聚酰亚胺制成复合材料,并评价其层间剪切强度(ILSS)。结果表明,臭氧处理5 min就可使碳纤维/聚酰亚胺复合材料的ILSS提升43%,说明臭氧处理可显著提升碳纤维/热塑性聚酰亚胺的界面性能。 展开更多

关键词 碳纤维 臭氧氧化 聚酰亚胺 复合材料

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三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料(MXene)研究趋势与展望 被引量：20

2

作者 李勉 黄庆 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期1-7,共7页

近年来,三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料MXene受到了科学界的广泛关注。MAX相的晶体结构由Mn+1Xn结构单元与A元素单原子面交替堆垛排列而成,兼具金属和陶瓷的诸多优点,在高温结构材料、摩擦磨损器件、核能结构材料等领... 近年来,三元层状碳氮化合物(MAX相)及其衍生二维纳米材料MXene受到了科学界的广泛关注。MAX相的晶体结构由Mn+1Xn结构单元与A元素单原子面交替堆垛排列而成,兼具金属和陶瓷的诸多优点,在高温结构材料、摩擦磨损器件、核能结构材料等领域有较大的应用潜力。MAX相的A层原子被刻蚀之后获得成分为Mn+1XnTx(Tx为表面基团)的二维纳米材料,即MXene,具有丰富的成分组合以及可调谐的物理化学性质,在储能器件、电磁屏蔽、电子器件等领域表现出良好的应用前景。本文简要介绍近年来国内外MAX相和MXene材料领域在成分与结构、合成方法、性能与应用研究等方面的研究动态,据此展望未来几年该类新颖材料的发展方向。 展开更多

关键词 MAX相 MXene 层状材料 综述

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碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料研究进展综述 被引量：13

3

作者 秦刚 邹顺睿 +7 位作者 蒋龙飞 许洁 单旭 刘一贺 李勉 胡芳 周小兵 黄庆 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2023年第3期389-407,共19页

碳化硅纤维增韧碳化硅(SiC_(f)/SiC)复合材料具有优异的力学性能,以及耐高温、耐氧化、耐腐蚀、抗辐照和抗蠕变等一系列优点,在核能、航空航天、深海探测、轨道交通等诸多领域有着广阔的应用前景。从结构组成来看,SiC_(f)/SiC复合材料... 碳化硅纤维增韧碳化硅(SiC_(f)/SiC)复合材料具有优异的力学性能,以及耐高温、耐氧化、耐腐蚀、抗辐照和抗蠕变等一系列优点,在核能、航空航天、深海探测、轨道交通等诸多领域有着广阔的应用前景。从结构组成来看,SiC_(f)/SiC复合材料主要由三大结构单元组成:纤维、基体、界面相。高强度、近化学计量比、低氧含量碳化硅纤维的研制,是获得耐高温、耐氧化、抗辐照的碳化硅纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的关键。裂解碳/碳化硅多层复合界面相在航空航天领域具有较好的应用前景,新型的RE_(3)Si_(2)C_(2)涂层在耐高温氧化方面具有潜在的优势,而三元层状过渡金属碳化物界面层则可能是未来制备核用SiC_(f)/SiC复合材料的候选方案之一。而SiC_(f)/SiC复合材料的制备工艺各具优劣,针对不同的应用环境,可选择不同的制备工艺,多种制备工艺联用在制备高致密高热导力学性能优异的复合材料方面具有显著优势。此外,由于SiC_(f)/SiC复合材料难以一次成型制备出复杂形状的大尺寸构件,因此,SiC_(f)/SiC复合材料的可靠连接技术也是其走向应用必须解决的关键问题之一。针对SiC_(f)/SiC复合材料的研究热点问题,概述了目前国内外关于SiC_(f)、界面相、复合材料的制备方法以及连接技术等研究进展,以期为同行研究者与工程技术人员提供参考。 展开更多

关键词 碳化硅 纤维 碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料 界面层 连接

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含氰基聚碳硅烷的合成及影响因素研究

4

作者 谢富成 陈豆 +2 位作者 莫高明 何流 黄庆 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2024年第1期109-116,共8页

聚碳硅烷(PCS)是碳化硅(SiC)纤维和陶瓷的重要先驱体之一。以PCS作为先驱体制备SiC纤维和陶瓷时,通常存在陶瓷产率低的问题,进而影响最终产品质量。利用含铑催化剂以及偶氮二异丁腈,使通常不易进行硅氢化反应的丙烯腈和PCS发生反应,将... 聚碳硅烷(PCS)是碳化硅(SiC)纤维和陶瓷的重要先驱体之一。以PCS作为先驱体制备SiC纤维和陶瓷时,通常存在陶瓷产率低的问题,进而影响最终产品质量。利用含铑催化剂以及偶氮二异丁腈,使通常不易进行硅氢化反应的丙烯腈和PCS发生反应,将氰基引入PCS分子中,合成出新型含氰基聚碳硅烷(PCSCN)先驱体。与PCS相比,以含铑催化剂合成的PCSCN的陶瓷产率可大幅提高至80%以上。用红外、核磁分析了PCSCN的分子结构,结果表明两种催化剂引发的硅氢化反应均是以α加成方式为主。此外,以含铑催化剂催化硅氢化反应时,反应程度初期随着反应时间延长、反应温度升高而加深,但反应5 h后或60℃以上基本不变;增加丙烯腈的量有利于增加反应程度,从而引入较多的氰基,但增加幅度不明显。 展开更多

关键词 丙烯腈 聚碳硅烷 硅氢化 陶瓷产率

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Ni、Fe杂质在LBE中的化学行为的深度势能分子动力学研究

5

作者 梁汝婷 薄涛 +3 位作者 聂长明 张蕾 柴之芳 石伟群 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2376-2387,共12页

液态铅铋共晶(LBE)与结构材料的相容性,是其在先进反应堆中应用的难题之一。实验方法研究材料腐蚀产生的杂质原子在LBE中的扩散性质等化学行为较为困难,而传统的理论计算包括密度泛函理论(DFT)和经典分子动力学(MD)方法分别存在模拟尺... 液态铅铋共晶(LBE)与结构材料的相容性,是其在先进反应堆中应用的难题之一。实验方法研究材料腐蚀产生的杂质原子在LBE中的扩散性质等化学行为较为困难,而传统的理论计算包括密度泛函理论(DFT)和经典分子动力学(MD)方法分别存在模拟尺度与模拟精度的限制。为了解决这一问题,本文采用近年提出的基于DFT计算、机器学习和深度神经网络的深度势能(DP)力场训练方法。该方法通过DFT计算生成数据集进行深度学习,得到能准确描述原子间作用力的DP模型。使用DP模型进行MD模拟,既能具有DFT的精度也能进行大体系和长时间尺度的模拟。本文研究了杂质原子Ni、Fe在LBE中的微观结构和扩散系数,同时计算了LBE的密度、热容、黏度等热物理性能参数。结果表明,杂质原子与Bi原子有更强的作用力,温度升高,原子间的作用力减小,两种杂质原子有着相似的配位情况,但Ni原子的配位数(CN)分布较为分散,Fe的CN较为集中,Ni相对于Fe在LBE中有更快的扩散速度。预测的密度、热容、黏度等热物理性能参数与实验结果吻合良好,并且优于经典力场MD的结果。 展开更多

关键词 LBE 热物理性质 扩散系数 第一性原理 分子动力学 机器学习

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铀、锆以及铀锆合金精确原子间势的深度学习 被引量：2

6

作者 尹晚秋 薄涛 +3 位作者 赵玉宝 张蕾 柴之芳 石伟群 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期450-461,I0002,共13页

铀锆合金作为一体化快堆的重要核燃料,使用先进的计算方法研究其高温下的基础物理性质意义重大。使用深度势能分子动力学方法分别计算了体心立方铀、锆和铀锆合金材料的基础物理性质,该方法兼具第一性原理的高精度和经典分子动力学的高... 铀锆合金作为一体化快堆的重要核燃料,使用先进的计算方法研究其高温下的基础物理性质意义重大。使用深度势能分子动力学方法分别计算了体心立方铀、锆和铀锆合金材料的基础物理性质,该方法兼具第一性原理的高精度和经典分子动力学的高效率。首先,通过使用深度神经网络机器学习训练了体心立方锆(Zr-BCC)、体心立方铀(U-BCC)和体心立方铀锆合金(U-Zr(BCC))的深度势能(DP)模型,其预测的平衡状态方程、晶格常数、弹性性质和声子谱能够达到第一性原理的精度。接着,使用DP模型预测了Zr-BCC、UBCC和U-Zr(BCC)的恒压热容和密度随温度的变化,并且结果能够很好地与实验值吻合。该研究结果表明机器学习方法为成功探索更复杂的核燃料性质提供了重要的路径。 展开更多

关键词 铀锆合金 机器学习 第一性原理 分子动力学 热力学性质

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轰击离子能量对V2AlC MAX相涂层结构及力学性能的影响 被引量：4

7

作者 赵公澍 葛芳芳 +1 位作者 程晓英 黄峰 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期80-87,共8页

采用物理气相沉积(PVD)磁控溅射沉积方法,通过改变轰击离子能量制备高密度的V2AlC涂层,并探究不同轰击离子能量对涂层结构和性能的影响。利用能谱仪测试、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、原子力显微镜对涂层的化学组成、相结构、表面... 采用物理气相沉积(PVD)磁控溅射沉积方法,通过改变轰击离子能量制备高密度的V2AlC涂层,并探究不同轰击离子能量对涂层结构和性能的影响。利用能谱仪测试、X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、原子力显微镜对涂层的化学组成、相结构、表面与截面形貌进行分析,同时利用纳米压痕测试评价V2AlC涂层力学性能。结果表明,提高轰击离子能量从15 eV到35 eV可以有效使得V2AlC涂层致密化,且降低涂层表面粗糙度~50%(从~20.2 nm到~11.9 nm),同时提高涂层的硬度~50%(从~14 GPa到~21 GPa),与杨氏模量~20%(从~309 GPa到~363 GPa)。但当轰击离子能量升高到50 eV时,Al元素含量急剧下降,涂层由V2AlC相转变为V2C与VC多相混合。轰击离子能量的提高有效改善V2AlC涂层的结构,提高V2AlC涂层的硬度,杨氏模量,但需控制轰击离子能量改变范围才可实现结构与性能最优化。 展开更多

关键词 离子辅助 MAX相涂层 磁控溅射 微观结构 力学性能

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电流辅助下CoFeCrNiCuTi_(2)高熵合金钎焊SiC陶瓷接头组织与性能 被引量：1

8

作者 刘一贺 王刚 +2 位作者 周小兵 王秒 王微 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期140-147,共8页

采用电流辅助连接技术,以CoFeCrNiCuTi_(2)高熵合金为连接层材料,在1125℃的温度下,实现了SiC陶瓷的快速钎焊,提高了连接效率的同时保证了元素的充分扩散,系统研究了钎焊温度对连接接头界面微观结构和力学性能的影响。结果表明:所获得... 采用电流辅助连接技术,以CoFeCrNiCuTi_(2)高熵合金为连接层材料,在1125℃的温度下,实现了SiC陶瓷的快速钎焊,提高了连接效率的同时保证了元素的充分扩散,系统研究了钎焊温度对连接接头界面微观结构和力学性能的影响。结果表明:所获得的钎焊接头无明显缺陷,焊缝组织主要由高熵FCC相、TiC相、Cr_(23)C_(6)相组成。界面致密的TiC反应层的形成在一定程度上抑制了高熵合金的分解和金属间化合物的生成,并缓解了SiC基体界面与高熵合金钎料之间的热应力。同时,由于高熵合金钎料的迟滞扩散效应,焊缝中心主体钎料仍保持高熵合金的FCC结构。力学性能测试表明:钎焊接头强度随钎焊温度升高呈先降低后增大的变化趋势。当连接温度为1125℃时,碳化硅接头获得最大弯曲强度,达到37 MPa,高于普通镍基钎料约21.3 MPa。 展开更多

关键词 钎焊 SIC 高熵合金 连接 电场辅助烧结技术

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N含量对Cr-N涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响 被引量：1

9

作者 白羽 黄平 +1 位作者 葛芳芳 黄峰 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期87-96,共10页

为提高锆(Zr)合金的抗高温水蒸气性能,采用磁控溅射技术,通过改变沉积过程中的N2流量,在Zr合金表面制备不同Cr/N比的涂层,研究不同N含量对涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对涂层氧化前后的表... 为提高锆(Zr)合金的抗高温水蒸气性能,采用磁控溅射技术,通过改变沉积过程中的N2流量,在Zr合金表面制备不同Cr/N比的涂层,研究不同N含量对涂层结构和抗高温水蒸汽氧化性能的影响。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对涂层氧化前后的表面与截面形貌、化学组成、相结构进行观察和分析,利用纳米压痕仪测量涂层的力学性能,通过高温水蒸汽氧化试验评估涂层的抗氧化性能。结果表明,随N含量的增加,涂层的生长结构分别为"疏松柱状"、"致密非柱状"、"致密柱状"。其中,"致密非柱状"结构的涂层具有最高的硬度,是"疏松柱状"涂层的2倍。同时,该涂层在氧化过程中生成的Cr2O3氧化层均匀致密,可以有效防护Zr合金基底6h不被氧化。 展开更多

关键词 N含量 Cr-N涂层 磁控溅射 微观结构 抗高温水蒸汽氧化性能

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基于聚硅氧烷疏水改性聚酰亚胺气凝胶 被引量：6

10

作者 厉旭 裴学良 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期10018-10022,10026,共6页

气凝胶由于孔径小、孔道相互连通且比表面积大,易吸收水分。水分的存在对其性能和结构都有显著的负面影响。为降低聚酰亚胺气凝胶的亲水性,通过聚酰亚胺结构中酰氯侧基与氨丙基三甲氧基硅烷和10%(质量分数)的端氨丙基聚二甲基硅氧烷反应... 气凝胶由于孔径小、孔道相互连通且比表面积大,易吸收水分。水分的存在对其性能和结构都有显著的负面影响。为降低聚酰亚胺气凝胶的亲水性,通过聚酰亚胺结构中酰氯侧基与氨丙基三甲氧基硅烷和10%(质量分数)的端氨丙基聚二甲基硅氧烷反应,将聚二甲基硅氧烷与三甲氧基硅烷共同引入聚酰亚胺结构中。基于三甲氧基硅烷侧基的水解和缩合反应得到具有化学交联网络结构的聚酰亚胺凝胶,经冷冻干燥得到聚酰亚胺气凝胶,其密度为0.20g/cm^3,具有相互连通的三维网络结构。红外和热失重结果表明疏水的聚二甲基硅氧烷已引入聚酰亚胺结构中,X射线光电子能谱表明聚二甲基硅氧烷在聚酰亚胺气凝胶骨架表面富集。相比较未引入聚二甲基硅氧烷的聚酰亚胺气凝胶,其疏水性得到显著提高。 展开更多

关键词 气凝胶 聚酰亚胺 聚硅氧烷 疏水性 接触角

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采用第一性原理计算U3Si2核燃料的进展综述

11

作者 王坤 乔英杰 +3 位作者 都时禹 王晓东 张一鸣 张晓红 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1060-1071,共12页

U_(3)Si_(2)核燃料因其具有较高的热导率以及良好的综合性能,已被预测为核反应堆先进燃料,是事故容错核燃料的候选材料。近年的研究结果表明,U_(3)Si_(2)较U3Si表现出更好的非晶化行为,具有更高研究价值。然而,有关U_(3)Si_(2)在第一性... U_(3)Si_(2)核燃料因其具有较高的热导率以及良好的综合性能,已被预测为核反应堆先进燃料,是事故容错核燃料的候选材料。近年的研究结果表明,U_(3)Si_(2)较U3Si表现出更好的非晶化行为,具有更高研究价值。然而,有关U_(3)Si_(2)在第一性原理计算方面工作的系统性综述较少。因此,本文通过总结近几年U-Si核燃料的理论计算工作,重点综述了U_(3)Si_(2)的晶体结构、电子结构、力学性质、抗氧化性质以及裂变产物行为在第一性原理计算方面的研究进展。可以发现,与其他核燃料相比,采用第一性原理计算U_(3)Si_(2)核燃料相对滞后且相关的物理化学数据短缺。本文可为进一步开发耐事故U_(3)Si_(2)核燃料提供重要参考。 展开更多

关键词 耐事故燃料 U-Si核燃料 非晶化行为 第一性原理 电子结构 力学性质 氧化行为 裂变产物行为

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熔盐辅助合成Dy3Si2C2包裹SiC粉体及其陶瓷的烧结行为 被引量：3

12

作者 万朋 李勉 黄庆 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期49-54,共6页

碳化硅陶瓷因自身优良的物理化学性能而具有广泛的应用前景。碳化硅的化学键结合特性决定了其难以烧结成型,因此如何制备高质量碳化硅陶瓷是领域内的难点之一。本研究以三元稀土碳化物Dy3Si2C2作为新型SiC陶瓷的烧结助剂,依据Dy-Si-C体... 碳化硅陶瓷因自身优良的物理化学性能而具有广泛的应用前景。碳化硅的化学键结合特性决定了其难以烧结成型,因此如何制备高质量碳化硅陶瓷是领域内的难点之一。本研究以三元稀土碳化物Dy3Si2C2作为新型SiC陶瓷的烧结助剂,依据Dy-Si-C体系的高温相转变原位促进碳化硅的烧结致密化。采用放电等离子烧结技术,利用金属Dy与SiC反应生成Dy3Si2C2,对Dy3Si2C2包裹的SiC粉体进行烧结。在1800℃、45 MPa的烧结条件下,得到了致密度为99%、热导率为162.8 W·m^–1·K^–1的高纯度碳化硅陶瓷。进一步的研究表明,高温下Dy3Si2C2与SiC发生共晶反应,在晶界处产生的液相促进了SiC陶瓷的致密化,表明稀土层状碳化物Re3Si2C2(Re=La,Ce…)有助于SiC的烧结致密。 展开更多

关键词 SIC Dy3Si2C2 放电等离子烧结 熔盐

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无压烧结碳化硅在高温熔融Na_(2)SO_(4)中的腐蚀行为

13

作者 史晓光 代书信 +6 位作者 李炳生 刘海勇 李朋 周洁 黄庆 闵永安 葛芳芳 《陶瓷学报》 CAS 北大核心 2021年第4期569-576,共8页

将无压烧结碳化硅(SiC)样品放入氩气(Ar)气氛中,于900℃-1000℃的熔融硫酸钠环境中进行浸泡实验。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)及拉曼光谱等测试对样品的显微结构与成分演变进行了分析。实验显示,... 将无压烧结碳化硅(SiC)样品放入氩气(Ar)气氛中,于900℃-1000℃的熔融硫酸钠环境中进行浸泡实验。通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDS)、X射线衍射(XRD)及拉曼光谱等测试对样品的显微结构与成分演变进行了分析。实验显示,样品发生了严重的溶解,尤其是在碳(C)富集的晶界处发生了晶间腐蚀,导致晶粒从基体上脱落。样品的失重随着浸泡时间呈线性增加。在900℃条件下浸泡8 h后,样品失重量达到了31%。温度升高至1000℃后,样品浸泡4 h后的失重量达到了95%。通过对腐蚀及其机制进行分析,结果发现,样品的腐蚀机制主要是表面缺少具有保护性的氧化层以及游离碳容易富集的晶界处发生优先腐蚀从而导致晶粒脱落。 展开更多

关键词 碳化硅 腐蚀 晶界

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