先进陶瓷材料

2024, 18(1):1-8. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000101

[摘要](154) [HTML](70) [PDF 1.61 M](697)

摘要:
以建筑废弃物为主要原料、氧化铝为补充铝源、氟化铝为晶须催化剂、氧化硼为烧结助剂、玉米淀粉为造孔剂，采用添加造孔剂法和原位晶须生成法制备具有高孔隙率、高机械强度的多孔结构整体式陶瓷载体。通过浸渍工艺使多孔陶瓷负载钯基催化剂，探究氟化铝及氧化硼含量对其晶相、微观结构、开口孔隙率、抗折强度等性能的影响，同时研究负载催化剂后处理亚甲基蓝模拟废水的可行性。结果表明：在原料中建筑废弃物含量（质量分数）为40%、氧化铝为44 %、氟化铝为13%、氧化硼为3%，造孔剂添加量（质量分数）为上述无机粉体10%，烧结温度1 150 ℃、保温120 min条件下，所制得的多孔陶瓷性能最佳，开口孔隙率62.99%、抗折强度7.44 MPa；浸渍时间12 h的多孔陶瓷催化性能最佳，以其为载体负载钯基催化剂降解亚甲基蓝模拟废水，废水褪色时间9.31 h，较未负载前降解效率提升57.91%。由此证明，多孔陶瓷作为催化剂载体处理染料废水的可行性，并提供了理论借鉴和工艺参考。

2 Ti₄O₇/Ti电极电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液

乔永莲，轩立卓，单英吉，解二伟，李茹，刘会军

2024, 18(1):9-16. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000102

[摘要](46) [HTML](36) [PDF 3.64 M](273)

摘要:
铝合金化学铣切过程产生的清洗废液具有高碱度和富含有机物的特性，常规的生化处理方法难以有效处理，直接排放会对环境造成严重危害。采用电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液，以亚氧化钛涂层的钛电极作为阳极、不锈钢作为阴极，研究了化铣清洗废液中的典型有机物在Ti₄O₇/Ti电极表面的氧化和降解机制及电解工艺参数（如初始pH、电流密度、搅拌方式、污染物初始浓度及处理时间等）对清洗液COD_Cr去除率的影响。结果表明：铝合金化铣清洗废水中的三乙醇胺无法在Ti₄O₇/Ti电极表面直接氧化，其降解机制为Ti₄O₇/Ti电极表面产生·OH对其间接氧化；采用曝气搅拌方式，在溶液pH=7、电流密度5 mA?cm^-2优化条件下，处理后的铝合金化铣清洗废液的COD_Cr由初始5 210 mg?L^-1降至42 mg?L^-1，低于300 mg?L^-1环保排放标准。因此，以Ti₄O₇/Ti为阳极的电催化氧化法可有效地处理铝合金化铣清洗废液，使其达到环保排放标准。本研究为含醇胺类有机废水的处理提供可靠的理论和技术支持，在降低企业生产成本、改善人类生存环境等方面具有重要理论和实际意义。

3 Ba/Fe双掺LaCoO₃热敏陶瓷材料低温离子传输机制研究

丁宇宁，张惠敏，潘叶，谢俊涛，荣景豪

2024, 18(1):17-23. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000103

[摘要](44) [HTML](37) [PDF 2.13 M](232)

摘要:
为了开发电学性能优异的深低温材料，采用传统高温固态法制备了Ba/Fe双掺杂的LaCoO₃负温度系数热敏陶瓷材料，结合XRD、SEM、XPS等测试手段，研究了材料的物相结构、微观形貌、离子价态分布等，并在22—80 K和80—290 K范围内进行了低温电学性能测试。结果表明：双掺杂改性降低了LaCoO₃材料的应用温区，ρ（22 K）在1.85×10⁵—6.94×10⁶Ω·cm范围内变化，材料常数B（22—100 K）在146.09—162.75 K范围内变化；在深低温环境下，材料的导电机理由80 K以上时的小极化子跳跃导电转变为80 K以下时的双交换导电，导致了材料常数B发生突变。由此证明，该双掺杂热敏陶瓷材料在极低温测试中具有可开发的应用潜力。

4 基于BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ空气电极的可逆质子陶瓷膜电池性能研究

宋雅雯，张小珍，周成志，袁列鹏，王禧斌

2024, 18(1):24-30. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000104

[摘要](32) [HTML](22) [PDF 3.28 M](266)

摘要:
采用柠檬酸络合-硝酸盐燃烧法合成的BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ (BCFZY)作为空气电极材料，组装了燃料电极支撑的可逆质子陶瓷膜电池(R-HCMC)，并且探讨了单电池在不同工作模式下的电化学性能。结果表明：在900 ℃下合成的BCFZY表现为单一立方钙钛矿结构，在700 ℃燃料电池模式下，单电池最大输出功率为424.7 mW?cm^-2、最低的极化阻抗为0.23 Ω?cm²；在电解模式下，电解电压为1.4 V时，最大电流密度为1 084 mW?cm^-2、氢气产率为3.1 mL?min^-1?cm^-2。说明，BCFZY空气电极在中低温条件下表现出良好的电催化活性和结构与性能稳定性。

5 氮化硅陶瓷微波烧结几何参数对电磁场分布影响规律的研究

杨辉，徐伟伟，石子雨，闫国栋，周钧豪

2024, 18(1):31-36. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000105

[摘要](34) [HTML](17) [PDF 2.11 M](300)

摘要:
在微波烧结过程中，烧结试样内部电场分布情况对试样烧结过程起决定性的作用。采用HFSS仿真软件，对一种加载氮化硅试样的5馈口微波烧结腔进行模拟仿真。同时，研究了试样的半径、高度及放置位置对微波电场的影响规律。模拟结果表明：当试样半径在42—44 mm左右时,内部电磁场分布均匀；随着试样高度的增加，电场的均匀性先下降后上升到最大值后又下降，试样高度在92—94 mm处附近时内部电磁场分布较为均匀、场强梯度小；随着放置高度的增加，试样内均匀性上升，但超过一定高度后电磁场均匀性下降；经比较研究，得出电磁场分布均匀、符合烧结要求的最佳烧结试样尺寸为高度93 mm、半径44 mm、放置高度215 mm。

6 Magnéli相亚氧化钛陶瓷的制备及其应用研究进展

刘会军，肖浩宇，乔永莲，杨凌旭，曾潮流

2024, 18(1):37-50. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000106

[摘要](87) [HTML](27) [PDF 6.05 M](357)

摘要:
Magnéli相亚氧化钛是一系列非化学计量比氧化钛的统称，主要包括Ti₄O₇、Ti₅O₉、Ti₆O₁₁和Ti₈O₁₅等相，其中以Ti₄O₇的导电性最好，其理论电导率可达1 500 S·cm^-1，约为石墨的二倍。此外，Magnéli相亚氧化钛在强酸、强碱环境中均表现出极强的耐蚀性能，并且能够在水溶液中保持3.0 V以上的稳定电位窗口。Magnéli相亚氧化钛优异的性能使其在化学电源如铅蓄电池、液流电池、锂硫电池、可再生燃料电池，电解水的催化剂载体，热电及光电材料，光催化制氢以及电催化氧化降解有机污染物等领域中展现出良好的应用前景。目前，科研人员已经开发出一系列制备亚氧化钛的方法。但是在高纯度、单相、纳米或亚微米尺度亚氧化钛粉体，大尺寸的一体式亚氧化钛电极和金属基亚氧化钛涂层电极的规模化生产和应用中依然存在许多问题，限制了亚氧化钛系列产品在上述领域中的广泛应用。基于Magnéli相亚氧化钛陶瓷的固有特性，重点介绍了亚氧化钛粉体、一体式电极和涂层电极的制备方法及应用现状，同时对亚氧化钛相关材料的应用前景进行了简要概述，为科研院所及相关企业提供了参考依据、研究思路和解决办法。

7 钌基析氢电催化剂的研究进展

陈佳丽，陈丽娟，郭晓慧，王伟

2024, 18(1):51-61. DOI: 10.20038/j.cnki.mra.2024.000107

[摘要](95) [HTML](60) [PDF 7.26 M](502)

摘要:
能源消耗持续增长以及化石燃料燃烧带来的能源安全与环保问题日益突出，开发安全、清洁、高效的新能源是人类可持续发展的重要课题。氢气具有能量密度高、无污染、资源丰富的优点，被视为最具发展潜力的石油与天然气的替代清洁能源。制氢最常用的方法是电解水，为实现高效制氢，通常需要添加催化剂（钌及钌基材料）提高析氢效果。本文详细介绍了铂（Pt）族元素中最便宜的金属元素钌（Ru）和钌基材料作为高效电催化剂的制备方法，阐明了析氢促进机理以及析氢效果，并提出了钌基析氢电催化剂的未来发展方向。