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2020年, 第48卷,第9期  刊出日期:2020-07-13
  • 吴文浩, 张海军, 葛胜涛, 李赛赛, 张少伟
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1353-1359. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190720

    以碳化硅及碳酸钙为造孔剂,采用发泡-注凝成型结合添加造孔剂法制备了具有大孔-介孔复合孔结构的莫来石多级孔陶瓷,研究了SiC加入量对莫来石多孔陶瓷常温物理性能和高温隔热性能的影响。结果表明:以莫来石粉体为主要原料,以CaCO3和SiC为造孔剂,采用发泡结合添加造孔剂法可制备具有较高闭气孔率的莫来石多孔陶瓷;当SiC加入量为4%(质量分数)时,所制备试样的导热系数最低,其孔隙率约为69.9%。

  • 谈翔, 李月明, 包亦望, 万德田, 孙熠, 潘国翔, 濮秦蘅
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1360-1366. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190797

    采用方解石、石英、氧化铝原料制备钙长石涂层,通过调控涂层的组成对坯体产生压应力来提高陶瓷弯曲强度。研究了料浆黏结剂种类、涂层中的Al2O3含量、弹性模量、涂层与基体的截面比等因素对涂层制备及陶瓷弯曲强度的影响。结果表明:当涂层配方中Al2O3含量为17.5%(质量分数)、1% PVA作为黏结剂、烧结工艺为1200 ℃保温0.5 h时,可获得厚度约80 μm的钙长石涂层,制得的陶瓷样品硬度为630 kg/mm2,弯曲强度从(62±3)MPa提升至(107±4)MPa,提升幅度为72.6%。

  • 张静, 周强, 王莹, 罗宏杰
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1367-1375. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20200032

    提出一种借助于人工智能的辅助鉴别方法鉴定具有蕉叶纹饰的古陶瓷年代及真伪,利用局部二值模式(LBP)和方向梯度直方图(HOG)技术从古陶瓷图像的蕉叶纹饰中提取古陶瓷的时代特征,通过蕉叶纹局部二值模式纹饰特征和方向梯度直方图纹饰特征的融合实现古陶瓷的智能断代,并采用纹饰相似度衡量古陶瓷的真、伪可能性。以博物馆现有馆藏古陶瓷图像资料为基础进行实验。结果表明:该方法不仅可以完成古瓷器准确断代,而且能够发现蕉叶纹饰的发展规律,从而强有力地辅助专家的断代工作。此外,基于纹饰特征的相似度分析能够对古陶瓷的真伪辨识提供较有力支撑。

  • 江羽键, 江向平, 陈超, 聂鑫, 黄枭坤, 庄俊生
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1376-1382. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190749

    采用传统固相法制备了(Li0.5Bi0.5)xBa1-xBi8Ti7O27共生铋层状结构无铅压电陶瓷,采用(Li0.5Bi0.5)2+复合掺杂取代A位的Ba2+以调节其晶体结构,提升其Curie温度及综合电学性能,从而达到拓宽该体系高温应用领域的研究目标。(Li0.5Bi0.5)2+的引入使陶瓷的压电常数d33从8 pC/N最高提升至18.5 pC/N,Curie温度从480 ℃提升至633 ℃。体系正交畸变程度增加,体系剩余极化强度与结构畸变有关,且与压电常数的变化规律一致。(Li0.5Bi0.5)0.6Ba0.4Bi8Ti7O27陶瓷的综合电性能最佳,为高温压电领域提供了潜在的候选材料。

  • 罗捷宇, 李月明, 李志科, 王竹梅, 洪燕, 沈宗洋
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1383-1389. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190806

    以EDTA为络合剂,采用聚合物前驱体法合成了0.65CaTiO3-0.35(La1-xCex)AlO3(CTLCA-x)微波介质陶瓷。研究了Ce3+取代La3+对陶瓷微波介电性能、显微结构以及晶体结构的影响。结果表明:采用聚合物前驱体法合成的CTLCA-x陶瓷,相比于传统固相法,烧结温度降低了125 ℃左右,在所研究的组成范围内均能形成正交相固溶体,随着Ce3+掺杂量x的逐渐增加,单位晶胞体积减小,陶瓷的品质因数Q×f和介电常数εr均增加,但频率温度系数τf下降。当x=0.2时,CTLCA-0.2陶瓷在1325 ℃保温3 h烧结后具有最佳的微波介电性能:εr=42.7,Q×f=39159 GHz,τf= -7×10-6/℃。

  • 李海涛, 李冉, 王广欣, 张晗, 王亚军, 王小兵, 张小振
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1396-1404. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190269

    采用传统固相技术和微波技术合成铌酸钾钠基陶瓷(Na0.535K0.48)Nb0.91Sb0.09O3(NKNS)粉体,用微波技术合成的粉体为原料,分别采用传统烧结和微波烧结制备(Na0.535K0.48)Nb0.91Sb0.09O3+x%CaO-B2O3(NKNS-xCB)陶瓷样品,并研究了掺杂剂含量、两种烧结工艺对陶瓷相结构和性能的影响。结果表明:在相同温度下,微波技术合成NKNS陶瓷粉体所用的时间是传统固相技术所用时间的1/6。与传统烧结相比,微波烧结使NKNS-xCB陶瓷的烧结时间缩短3/4,且在相同的温度下微波烧结的样品具有较高的致密度和较好的电学性能。x=0.50的陶瓷样品在1020℃微波烧结30 min具有优异的电学性能:d33=225 pC/N,kp=40.2%,εr=647。表明微波技术是一种很有应用前景的NKN基陶瓷制备技术。

  • 马翠英, 杜慧玲, 刘佳, 杜娴, 袁科, 郗雪艳, 冉宏培
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1405-1413. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20200181

    采用化学沉淀法还原制备了不同Ag含量[0%、1%、3%、5%(质量分数)]包覆的BaTiO3纳米颗粒,通过烧结制备出BaTiO3@Ag复合陶瓷。研究了复合陶瓷的相组成、微观形貌、介电性能以及阻抗谱。结果表明:Ag包覆后BaTiO3颗粒呈“核-壳”结构,主相为单一钙钛矿相,烧结陶瓷晶粒细化均匀。随着Ag包覆量的增加,BaTiO3@Ag复合陶瓷的峰值介电常数和损耗均降低,损耗最小为0.00487。Curie峰弥散展宽,弥散因子γ从1.08提高到1.42。温度稳定性提高,介电常数温度稳定性系数TCP由0.194降低到0.0048。另外,BaTiO3@Ag复合陶瓷在200 ℃左右出现热激活介电弛豫现象,阻抗谱计算拟合所得电导激活能和弛豫激活能表明,此类弛豫现象由氧空位的双电离产生的导电电子与周围离子形成的缺陷偶极子短程跳跃所引起。

  • 陈娜, 张欢, 罗旭东
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1414-1423. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190774

    利用硅溶胶/热空气复合活化法改性石墨毡,并对其表面形貌、微观结构以及电化学性能进行了分析研究。结果表明:硅溶胶/热空气复合活化使石墨毡电极的亲液性增强、比表面积增大、氧官能团数量提升,由此组装的钒电池电化学性能显著提高;活化后石墨毡表面的C—O氧官能团是钒电池氧化还原反应的有效活性位点,当硅溶胶添加量为50%(质量分数)时,石墨毡表面的C—O氧官能团数量达到4.18%;当电流密度为40 mA/cm2时,以硅溶胶添加量50%的石墨毡为电极组装钒电池,其库仑效率达到95.58%,能量效率达到86.07%,电压效率达到92.35%,比未活化石墨毡为电极组装的钒电池分别高出10.93%、9.16%、3.22%。

  • 单科, 杨艾嘉, 翟凤瑞, 姚喆, 李楠, 谢志鹏, 易中周
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1424-1429. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190763

    采用固相反应法合成钇铁共掺杂锆酸钙(Y0.08Ca0.92Zr1-xFexO3-δ(x=0.3,0.4,0.5))混合导体材料,以钇铁共掺杂锆酸钙为致密扩散障碍层,以YSZ为泵氧层,制备了极限电流氧传感器。结果表明:Y0.08Ca0.92Zr1-xFexO3-δ的主晶相为菱方钙钛矿结构;随Fe掺杂量的增加,Y0.08Ca0.92Zr1-xFexO3-δ材料的总电导率和离子电导率均增大;在800~950 ℃范围,氧传感器具有良好的极限电流,出现极限电流的温度随Fe掺杂量的增加而降低,极限电流(lgIL)与1000/T呈线性关系:lgIL=3.215-2.1013×(1 000/T),氧离子扩散激活能为0.417 eV。在750℃、1.0%(摩尔分数)≤x(O2)≤7.5%时,极限电流IL与氧含量x(O2)间的关系式为:IL=7.0476+3.8751×x(O2)。

  • 张琦, 王娟, 郑开宏, 杨红旺
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1430-1436. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190744

    采用Ni-Ti钎料实现ZrO2陶瓷自身的钎焊连接,研究接头组织结构以及钎焊保温时间对界面组织和力学性能的影响。结果表明:在1350 ℃保温10 min的钎焊条件下,陶瓷与钎料界面处生成TiO+Ni2Ti4O反应层,TiO紧靠陶瓷呈非连续层状分布,Ni2Ti4O呈连续层状分布,焊缝中心区域由NiTi和Ni3Ti构成。随着保温时间的延长,反应层中TiO逐渐减少直至消失,Ni2Ti4O层的厚度逐渐增大;当保温时间为40 min时,Ni2Ti4O层中出现明显的裂纹。接头剪切强度随着保温时间的延长呈先增大后减小的趋势,当保温时间为30 min时,接头剪切强度达到最大值88.7 MPa。

  • 陈征, 陈庆华, 陈显锋, 廖正福
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1437-1445. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190752

    采用Sol-gel法制备了[Pb(Zr0.53Ti0.47)O3](PZT)溶胶,并对PZT溶胶稳定性进行120 d跟踪表征。结果发现:随时间演化PZT溶胶pH值保持在4.81~5.52,溶胶粒径1.3~17.1 nm时,Zeta电位处于-10.23~-17.57 mV之间,PZT溶胶存储稳定性能良好。通过同步热分析、热重-红外联用分析、X射线衍射和X射线能谱分析,发现PZT溶胶热分解过程分为3个阶段;经透射电子显微镜与选区电子衍射分析,进一步表明热处理产物暴露晶面族为(110)和(101)。最后,通过热失重-微商热重法并结合Flynn-Wall-Ozawa法、Achar法和Satava法对PZT溶胶热解机理和动力学进行研究,结果表明:第1阶段活化能Eα=58.24 kJ·mol-1,遵循一级Mample单行法则;第2阶段活化能Eα=171.46 kJ·mol-1,遵循三维扩散(Jander)法则;第3阶段活化能Eα=319.56 kJ·mol-1,遵循相边界反应收缩圆柱体法则。

  • 李德东, 江民红, 李林, 许亚萍, 姚小玉, 李文迪, 倪双阳, 饶光辉
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1446-1454. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20200074

    采用无籽固相晶体生长法制备了铌酸钾钠基压电单晶,研究了晶体生长降温阶段的冷却速率对该单晶的结构和性能的影响。结果表明:通过优化降温速率有利于单晶的生长,易生长尺寸更大的单晶体;当降温速率较低时,晶体表面更平坦,晶体质量较高;在研究范围内,降温速率的改变对单晶的晶体结构的影响较小;当降温速率为2.0 ℃/min时,所制备的铌酸钾钠基压电单晶表现出优异的压电性能,其正压电系数d33达510 pC/N,逆压电系数d*33达1425 pm/V,同时晶体还具有较低的介电损耗tanδ=0.02,且Curie温度较高TC =416 ℃,和剩余极化强度Pr=20 μC/cm2。通过优化降温速率采用无籽固相法生长的铌酸钾钠基单晶是一种较有前景的压电铁电单晶材料,具有较大的潜在应用价值。

  • 张学建, 张守丰, 夏晨阳, 谢芳, 刘卉昇, 李永涛, 杨益民, 杜傲宸
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1455-1459. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190757

    采用溶胶凝胶法制备Tm,Ho:YAG纳米粉体以及透明陶瓷,并对纳米粉体和透明陶瓷进行了分析。结果表明:在经过了900 ℃煅烧后,纳米粉体已经形成了YAG晶相,在785~398 cm-1这一范围的特征振动峰是YAG特有的晶格所引起的振动。Tm,Ho:YAG透明陶瓷结构致密。在1.97~2.03μm的测试波长范围内,透过率大于84%。经过780 nm的泵浦光源激发后,能够稳定的发出波长为2.03 μm的激光。

  • 慕楠, 刘艳改, 惠壮, 周兴汶, 郭伟, 金超, 彭鹏
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1460-1467. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20200284

    以有机染料罗丹明B为目标降解物,采用水热法制备了不同负载比例的银纳米线(Ag NW)@TiO2核壳复合结构光催化剂,评价其可见光催化活性。结果表明:核壳结构经煅烧后为Ag NWs和锐钛矿型TiO2,TiO2带隙减小可实现可见光范围内的激发。当TiO2与Ag NWs的摩尔比为84%时,光催化活性最高,对罗丹明B的降解率可达82.2%,主要活性氧化物为超氧自由基。该结构稳定性强,放置263 d后无氧化和相变发生。

  • 李倩, 张彪, 史忠旗, 康永锋
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1468-1473. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190719

    采用高温固相法合成了Y2O3:xBi3+[x=0.05-1.00%(摩尔分数)]荧光粉,研究了Bi3+掺杂浓度对荧光粉相组成、微观形貌及发光性能的影响。结果表明:Bi3+掺杂量增加会引起Y2O3基质晶格膨胀和晶胞体积增大;荧光粉呈等轴状颗粒形貌,且随着Bi3+掺杂量的增加,粒径逐渐从250 nm增加到600 nm。Y2O3:xBi3+荧光粉在波长为335 nm的紫外光激发下,其发射光谱由370、410和483 nm 3个宽带发射组成。370 nm紫外光发射和410 nm蓝光发射分别是由Bi3+的S6位点的3Au→1Ag和3Eu→1Ag电子跃迁产生,483 nm蓝绿光发射是由C2位点的3B→1A电子跃迁产生。当Bi3+掺杂浓度为0.25%时,荧光粉发光性能最优;掺杂量大于0.25%时,由于Bi3+间的偶极-偶极相互作用,产生浓度猝灭现象。所制备的Y2O3:0.25%Bi3+荧光粉的色坐标为(0.1592、0.2181),显色指数Ra为69.27,表明这种蓝绿色荧光粉在白光LED领域具有良好应用前景。

  • 沈杰, 胡丽娜, 程园园, 周静, 陈文, 张威, 蔡辉
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1474-1481. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190077

    采用固相法制备了不同Zr4+取代量的(Ba0.97Eu0.03)(Mg(1-x)/3Nb2(1-x)/3Zrx)O3荧光粉,研究了Zr4+取代量对荧光粉的晶体结构以及荧光特性的影响规律。随着Zr4+取代量的增加,当x=0.05时,体系发生了从六方相到立方相的转变,发光行为有所减弱;当x>0.05时,体系为立方相,Zr4+的引入使BO6八面体扭转程度增强,能级简并消除,B—O成键范围变大,基质对近紫外光区域的光吸收增强,来源于基质的电荷迁移带强度增加,增强了对Eu3+的敏化作用,使稀土Eu3+在近紫外与蓝光区域的激发与发射均得到增强。Zr4+取代后,荧光粉的色坐标由从(0.658,0.342)移动到(0.642,0.358),是一种适用于近紫外(395 nm) LED芯片激发的红色荧光粉。

  • 刘建科, 谢鑫, 曹文斌, 乔毅楠, 徐亚宁, 张瑞婷
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1482-1487. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190274

    采用化学沉淀法制备出了平均颗粒尺寸分别为12、82和229 nm、Fe含量相同的Fe3+掺杂α-Al2O3颗粒,并对其晶胞参数、显微结构、禁带宽度及发光性能进行了研究。结果表明:不同尺寸Fe3+掺杂α-Al2O3颗粒均为纯α-Al2O3相;随着样品颗粒尺寸增大,禁带宽度减小,晶胞参数先减小后增大;平均颗粒尺寸为12 nm的Fe3+掺杂α-Al2O3纳米颗粒晶格常数为a=b=0.4783 nm、c=1.3047 nm,禁带宽度为4.06 eV,305 nm激发下展现出了良好的发光性能,且其颗粒完全分散、尺寸分布较窄(5~55 nm),在超纯水中可形成稳定胶体。

  • 郭艺鸣, 李勇, 孙洋, 吴晓芳, 徐德亭, 马晨红, 和弦
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1488-1493. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20200045

    以烧结刚玉和金属钛粉为主要原料、酚醛树脂为结合剂制备Ti-Al2O3复合耐火材料样品。将样品置于石墨坩埚中,在碳管炉氮气气氛下1600 ℃烧成。对烧后样品的物相演变进行分析,结果表明:钛与氮气反应形成氮化钛,即使金属钛含量达到12%,也能完全氮化;形成的氮化钛多呈片状,也有一定量的晶须状碳氮化钛固溶体存在。氮气气氛中存在的微量一氧化碳气体扩散到样品内部,最终形成稳定的碳氮化钛固溶体。添加3%金属钛的样品中,添加3%石墨粉后样品强度降低约50%。添加或不添加石墨的Ti-Al2O3样品中均形成碳氮化钛固溶体,且碳氮化钛固溶体生成量相近。刚玉样品中出现了Al5O6N,在添加钛的样品中未检测到Al5O6N。添加金属钛的Ti-Al2O3样品中刚玉能稳定存在。建立了Ti-Al2O3样品中相演变的演变机理模型。

  • 张成林, 肖国庆, 丁冬海, 任耘, 臧云飞, 陈建军
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1494-1504. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190796

    以鳞片石墨(GF)和钛粉(Ti)为原料,通过自蔓延高温合成法(SHS)在GF表面制备碳化钛(TiC)包覆层,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对产物物相组成和显微结构进行研究,并分别通过Zeta电位测试、沉降实验及水滴角测试考察TiC包覆GF[碳化钛包覆鳞片石墨(CT)]的水润湿性。结果表明:GF表面形成了连续、厚度均匀(约为763 nm)的TiC包覆层,与GF和n(GF):n(TiC)=1:1(n为摩尔)时的机械混合粉(GT)相比,CT具有最高的Zeta电位绝对值,在水中未出现分层现象,且水润湿角为26°。并研究以GF为碳源的Al2O3-MgO质耐火浇注料(CGF)、以GT为碳源的Al2O3-MgO质耐火浇注料(CGT)、以CT为碳源的Al2O3-MgO质耐火浇注料(CCT)和未引入碳源的Al2O3-MgO质耐火浇注料(C0)的物理性能、抗氧化性能和抗渣性能。结果表明:经110 ℃烘干,CCT浇注料的显气孔率为13.4%,比CGF、CGT浇注料分别降低39.37%和11.26%;CCT浇注料的脱碳层厚度为8.0 mm,比CGF、CGT浇注料分别降低14.89%和8.05%;CCT浇注料的熔渣侵蚀面积为29%,比C0、CGF、CGT浇注料分别降低19.44%、6.45%和3.33%。

  • 张秀华, 李勇, 田志宏, 郑清瑶, 邢东明, 和弦, 薄钧
    硅酸盐学报. 2020, 48(9): 1505-1510. doi: 10.14062/j.issn.0454-5648.20190733

    以结晶硅石为原料、石灰乳及铁鳞为结合剂,成型后经隧道窑1450 ℃烧成制得硅砖。取残余石英含量(按YB/T 172测量)不同的烧后砖7块,按照GB/T 5073—2005进行压蠕变实验。结果表明:样品的蠕变特性按形变率变化可分为3个阶段:分别为室温至900 ℃左右的明显膨胀,膨胀量与残余石英量呈正相关;900 ℃至1450 ℃的明显收缩,收缩量与残石英量呈负相关;1450 ℃恒温期间趋于稳态蠕变状态,残余石英量低的样品蠕变曲线变化较平缓。按照GB/T 5073得到的蠕变曲线与硅砖在整个加热升温过程的膨胀或收缩不一致,因蠕变温度≤1470 ℃,方石英最终将向鳞石英转变,低残余石英量的样品可能为负值(收缩),高残余石英量的样品通常为正值(膨胀)。残余石英量对蠕变结果影响大,只是按GB/T 5073—2005压蠕变实验方法评述硅砖蠕变性能对准确评价硅砖的高温性能易产生歧义。