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1、材料课题集锦2005.10.81.激光选择性烧结在纳米材料烧结中的应用研究背景与目的烧结是通过加热使微细粉体产生颗粒粘结,经过物质的迁移而使粉体变成具有一定强度的致密体的过程。除了传统的材料外,现代工业技术中使用的高熔点金属材料、硬质合金材料、高温耐热材料以及纳米材料等,也都是利用粉末烧结反应制备或合成的。从微细材料开始,最好以压紧(成形)的形式将其加热至接近固相线的温度,就会发生固相反应。纳米材料由于颗粒尺寸微小,致使其产生一些特异的性能,在应用过程中,把纳米粉末材料成形为大体积的材料及成形纳米零件产生了巨大的困难。激光选择性烧结成形纳米材料是利用激光烧结能量集中,能迅速加热、剧冷的特性,最
2、大限度地控制纳米材料在烧结过程中颗粒生长的纳米材料成形的方法。为了利用纳米材料的特性,成形保持纳米特性的大块纳米材料以及具有纳米特性的零件,已成为实际的需要。在纳米粉末烧结中,遇到的主要问题是纳米粉末的结块趋向、低密度的烧结母体和晶粒长大的问题。2.氧化铝陶瓷注凝成型（gelcasting）的研究课题背景 成型工艺是制备高性能陶瓷材料的前提，也是制备形状复杂部件的关键技术，是目前限制高性能陶瓷大规模生产业化的重要环节。陶瓷材料烧结后很难进行机械加工，且成本十分昂贵，故人们一直在寻找一种适合复杂形状陶瓷部件的净尺寸成型技术。90年代初美国橡树岭国家重点试验室发明的陶瓷材料湿法成型技术注凝成型（g
3、elcasting）满足了这一要求，它通过制备低粘度，高固相体积含量的浓悬浮体，基本实现了净尺寸成型复杂形状的陶瓷部件。该工艺的基本原理是在低粘度，高固相含量的料浆中加入有机单体，在催化剂和引发剂的作用下，使料浆中的有机单体交联聚合成三维网状结构，从而使料浆原位固化成型，获得高密度，高强度，均匀性好的坯体。它是将传统的注浆成型与胶体化学理论巧妙地结合在一起。氧化铝陶瓷主要应用于高温结构材料。它可以在高达1750下稳定工作。是重要的工程陶瓷材料之一。本课题主要通过注凝成型（gelcasting）工艺出发, 获得表面光洁，密度均匀且高强度，高密度的陶瓷材料。3.利用工业废渣制备高性能辅助性胶凝材料
4、及其在混凝土中的试用研究课题背景随着现代工业文明的进步，人类社会不断向前发展的同时，现代工业带来的危害也不容忽视。工业所产生的大量废水、废渣、废烟气严重危害着我们赖以生存的环境。粉煤灰、矿渣、钢渣等是大宗工业废渣，它们的肆意排放、堆放不仅占用大量土地，而且可能引起二次污染。所以，怎样处理这些工业废渣，甚至是将它们变废为宝的有效利用起来一直是广大科研人员研究的热点。水泥混凝土是使用量最大的建筑材料，若以混凝土的质量配合比计，水泥12%，水8%，集料80%。则每年需砂石113.3亿吨，水11.3亿吨，总和为141.6亿吨。而每年用于制造水泥的原材料需要31.8亿吨。由此可见水泥混凝土工业，每年固液
5、体物料处理量总和达173.4亿吨。而固体废渣的利用，在建筑业占主导作用，虽然可以开展其他领域的综合利用13，但数量极其有限，只有用于水泥混凝土中才有可能根本解决问颗。我国2002年水泥产量已达7.25亿吨，以每方混凝土用量250千克计，则混凝土方量达29亿方。若以每方混凝土中水泥:水:砂石二12: 8: 80(质量比)计，则用水量4.83亿吨，砂石材料48.3亿吨，总计约60亿吨。在水资源并不丰富，砂石材料在很多地方都出现紧缺的情况下，节约资源问题就显得特别突出4。由此可见，如果能把工业废渣大量的用于混凝土的生产中，不但可以有效利用资源、保护环境，而且可以带来巨大的社会效益和经济效益。但是，由
6、于这些工业废渣早期水化活性低，如果在混凝土中用大量的工业废渣代替水泥的使用，所配制而成的混凝土的早期性能往往不能满足工程的需要。所以，为了保证混凝土工程的早期工作性和安全性，工业废渣在混凝土中的使用量被限制在一定范围内，使大量工业废渣堆积，给环境造成污染、资源造成浪费。所以如何提高这些工业废渣的早期活性至关重要变成提高工业废渣在混凝土中使用量的关键。本文利用工业废渣粉煤灰、矿渣以及自制矿物激发剂制备高性能辅助性胶凝材料并以之高比例替代水泥在混凝土的使用量。通过矿物激发剂激发粉煤灰、矿渣的早期水化活性，参与混凝土的早期水化过程，提高混凝土的早期力学性能，制备能满足工程需要的高性能混凝土。4.低
7、密 度 油 井 水 泥 的 研 究课题背景油井水泥是油、气井钻井工程固井作业中必不可少的胶凝材料，它对固井工程质量乃至油气井的采油率和采油寿命均起到了重要作用。因此，它在国内外石油工业中越来越倍受重视1。固井作业与油井完井投产后的油井质量及油气产量密切相关。随着众多深井、超深井、定向并、水平并技术的推广，给固井技术带来很多问题，也对固井材料提出了更高的要求。在油田固井的注水泥施工中，当遇到特殊情况时，如低压渗漏性地层，为了，防止水泥浆注入后压漏地层造成油气层污染以及使环形空间水泥浆返高不够等现象的发生必须使用较低密度的水泥浆来代替一般的水泥浆。因此，开发低密度油井水泥已成为油井水泥研究的一个重
8、要方面。6.注凝成型制备ZTA复相陶瓷的研究背景：注凝(Gel-casting)成形工艺是美国橡树岭国家实验室Mark A Janney教授等人于九十年代初发明的一种新的胶态成形工艺,它通过制备低粘度高固相体积分数的浓悬浮体，可净尺寸成型复杂形状的陶瓷部件，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯体。其思路是将低粘度高固相体积分数的浓悬浮体，在催化剂和引发剂的作用下，使浓悬浮体中的有机单体交联聚合成三维网状结构，从而使浓悬浮体原位固化成型。由注凝成型工艺制备的陶瓷基复相材料克服了陶瓷材料的制造和加工成本高、难近净尺寸成型、坯体强度低、均匀性差、重复性差和可靠性低等缺点，而使陶瓷基材料具有很多突出的
9、优点。目的：本课题的目的是利用注凝成型工艺制备高性能ZrO2Al2O3复相陶瓷。研究在Al2O3基复相陶瓷中,应用注凝成型工艺结合纳米微米复相陶瓷的增韧机理制备高性能ZTA复相陶瓷。通过查阅最新文献了解这方面的进展。7.煤矸石机械化学活化的研究课题的背景和目的煤矸石是采煤业排出的废渣，是一种由泥质页岩、碳质页岩、砂岩等岩石组成的混合废渣。据统计，目前我国煤炭生产中，年排煤矸石量为1.2-1.6亿吨。而利用率仅占20%(指煤矸石和粉煤灰两项)，历年堆积的煤矸石达几十亿吨，占用大量农田，且污染大气、水源，影响人们的健康。 目前，我国利用煤矸石主要有煤矸石制砖、煤矸石生产轻骨料、煤矸石生产空心砌块、
10、煤矸石作原料生产水泥熟料和混合材以及磨细煤矸石作为混凝土掺合料。世界各国也很重视煤矸石的处理和应用。波兰水泥工业采用海尔得克斯公司的选煤矸石作水泥原料。原苏联在顿巴斯、库兹巴斯、卡拉干达等产煤地区广泛选用煤矸石作原料，采用挤出法或半干法成型，生产实心或空心砖。苏联建工研究所介绍，利用煤矸石制砖，燃料消耗可以减少80%,产品成本降低19%-20%。近年来，许多国家在大力发展煤矸石轻骨料方面也作了不少工作。煤矸石活性以比较低，如果能提高其活性，把它作为水泥混合材不仅可以为消耗煤矸石作出一定的贡献，而且可以降低水泥熟料的需求量，这将具有经济和环境双重效应。8.金属材料在酸性土壤中腐蚀行为的研究课题背
11、景和目的金属在大自然中经常遭到各种类型的腐蚀，如大气腐蚀、土壤腐蚀和海水腐蚀等。材料腐蚀不仅给国家带来重大的经济损失和大量资源与能源的消耗，还会给设备、装备、建筑物及人身安全带来威胁。尤其是现今地下设备逐渐增多，金属材料遭到的腐蚀日趋严重，其中酸性土壤的腐蚀就是一个典型。因此有必要对金属在酸性土壤中的腐蚀行为进行分析，进而采取相应的防护措施减少设备的腐蚀。9.用稻壳制备生物活性纳米二氧化硅课题背景: 纳米SiO2是一种无机精细化学品，和块状SiO2相比具有不同寻常的特性，即极小的粒径(一次结构的粒径为7- 16 nm )，巨大的比表面积(100- 400m2/g)，高纯度(99.8%)和它的成
12、链倾向等，且具有特殊的结构层次和特殊光、电特性、高磁阻现象等。纳米SiO2具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性，表现出卓越的补强性、增稠性、触变性、消光性、分散性、绝缘性、防粘性等。因而纳米S102可被广泛应用于各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。由于自身的优异特性和广泛的应用范围，已经引起很多国内外学者的研究兴趣。我国是水稻生产大国，产量大，分布地区广，如东北、长江中下游地区以及南方大部分地区。稻壳的价格便宜，100公斤稻壳只要10元左右。且稻壳中富含二氧化硅，主要分布在稻壳的外表内层，颗粒大小为50nm左右，
13、主要是以生物矿化方式、无定形状态存在，在稻壳中占13.022.0%。用稻壳制备纳米SiO2方法简单，能耗低。本研究的目的在于用稻壳为原料制备SiO2并进行分散处理，使颗粒尺寸达到纳米级别,对制得的纳米SiO2粉体生物活性进行表征。10.油井水泥缓凝剂检索背景目前,国内生产和使用的用于井温80以上的油井水泥缓凝剂普遍存在着缺陷,其适用温度范围一般仅为40的跨度;对温度的敏感性较大,多数产品在井温增加或减小10时,加量会增加一倍或减少一半。这易对固井作业安全产生负面影响,并且对于深井、超深井一般具有温度高、注水泥井段上下、地层温差大的特点,因此要求对井底温度的预测精度更高。而目前中国使用的高温缓凝
14、剂多数存在对温度敏感的缺陷，开发新型超高温油井水泥缓凝剂势在必行。这就是本次检索的主要课题背景。11.超声化学法制备纳米材料的研究进展课题背景纳米材料是近几年来快速发展起来的新型材料。由于其微粒具有处于晶界和晶粒内缺陷中心的大量原子，因而具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等，性质介于本体和原子之间，在催化、光学、力学、磁性等方面具有许多特异的性能，纳米材料在化学、电子、冶金、宇航、生物和医学等领域已展现出广阔的应用前景，被誉为“21世纪最有前途的材料,因而其制备方法受到广泛的关注。在20世纪70年代，纳米颗粒材料的研究就已经开始，至今已有30多年的历史。自80年代中期在实验室里
15、成功合成了块体纳米材料以后，纳米材料的研究与制备逐步成为材料科学与凝聚态物理学研究的前沿热点。纳米粒子的制备方法很多。按制备体系和状态分有固相法、液相法和气相法;按反应性质分又有物理法(沉淀法、相转变法、气溶胶反应法等)、化学法(蒸汽冷凝法、爆炸法、电火花法、离子溅射法和机械合金化法和低温等离子法等)和综合法(等离子加强化学沉淀法(PECVD)、激光诱导化学沉淀法(LICVD)等。超声化学是近年来发展起来的新型制备方法，显示出许多传统方法无法比拟的优点,现在己广泛应用到合成化学、材料科学、生物和化工等许多领域。超声在材料科学中的应用主要是合成具有纳米结构的金属或合金、氧化物、碳化物、硫化物等功
16、能化合物，特别是催化剂、生物材料的制备、聚合物的合成及其表面修饰改性等,因而受到人们的广泛重视。12.PVC的紫外光稳定性研究课题的背景和目的 聚合物在加工、贮存和使用过程中常受到光、热、氧、臭氧、水份、工业有害气体、微生物等外界环境因素的作用而老化，尤其是极易受紫外光和热引发而自动氧化降解或交联，从而使聚合物的使用性能逐渐下降，以致最后失去使用价值。聚氯乙烯（PVC）是五大通用塑料之一，应用非常广泛。特别是户外的大量使用，对聚氯乙烯提出更高的要求。但聚氯乙烯在紫外光照过程中发生降解和交联，此外，还生成共轭多烯相氯化氢，脱氯化氢反应改变了聚氯乙烯的吸收光谱生成的多烯结构使聚氯乙烯变色，结构发生变化，物理机械性能下降，化学性质改变等。因此提高聚氯乙稀的耐紫外光稳定性是急需解决的问题。本课题以此出发，探讨PVC在紫外光下是如何
