材料学院课题集锦

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1、材轩课题集邻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冇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屈材料、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屮，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屮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I•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卜，使料浆屮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，均匀性好的坯休。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。它口J以在高达1750°C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，获得表而光洁，密度均匀月•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

4、凝材料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吋，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

5、年固液休物料处理量总和达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⑴〜⑶，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⑷。由此可见，如果能把工业废渣大量的用于混凝土的生产屮，不但可以冇效利用资源、保护环境，而月•可以带来巨大的社会效益和经济效益。但

6、是，由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屮使用量的关键。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，捉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

7、•低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屮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屮越来越倍受重视⑴。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，给固井技术带來很多问题，也对固井材料提出了更高的要求。在汕皿固井的注水泥施工中，当遇到特殊情况时，如低压渗