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  • 材料工程
      2017年, 第45卷, 第6期 刊出日期:2017-06-20 上一期    下一期
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    2017, 45 (6): 0-0.  
    摘要 ( 148 )   PDF (5369KB) ( 70 )   引文文本
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    研究论文
    AZ31镁合金管材挤压成型数值模拟与实验研究
    孙颖迪, 陈秋荣
    2017, 45 (6): 1-7.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000635
    摘要 ( 435 )   HTML( PDF (9053KB) ( 134 )   引文文本
    运用基于AZ31镁合金本构方程与ALE算法的HyperXtrude软件对典型AZ31薄壁管材的挤压过程进行数值模拟,并通过调整焊合室高度、焊合室大圆角及焊合室坡度3个结构参数,分析不同条件下应力分布与速率分布的变化情况。结果表明:焊合室内近工作带处压力随焊合室高度增加不断减小,分流孔与焊合室压力的最大值与平均值均随焊合室大圆角增大发生降低,分流孔与焊合室压力随焊合室入口坡度增大不断增大,并在焊合室高度为16mm、大圆角为18mm以及入口坡度为15°时金属流速均方差达到最小值。优化模具结构缓解了应力集中与流速不均等问题,在实验生产中得到合格产品,型材组织均匀细化。
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    Al-7Sn-1.1Ni-Cu-0.2Ti轴承合金微观组织与力学性能
    樊振中, 熊艳才, 陆政, 孙刚, 王胜强
    2017, 45 (6): 8-16.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001029
    摘要 ( 312 )   HTML( PDF (11359KB) ( 91 )   引文文本
    采用扫描电镜、能谱分析、金相显微镜与WDW-100KN万能拉伸试验机研究Al-7Sn-1.1Ni-Cu-0.2Ti轴承合金的微观组织与力学性能,结合盘-销式摩擦磨损试验机考察合金不同组织状态的润滑性能。结果表明:Al-7Sn-1.1Ni-Cu-0.2Ti合金凝固收缩率为1.13%,铸态抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为191,147MPa,15.6%与34.6HBS,随着低温时效与退火热处理过程的进行,抗拉强度略有上升,屈服强度保持不变,伸长率与布氏硬度均呈现出先上升后下降的变化趋势;沿晶界分布的共晶Sn相形貌受界面张力作用逐步由板片状与骨骼状转变为层片状与短棒状,部分吸热脱溶析出在晶界处形成空腔结构,初生α-Al基体平均晶粒尺寸为182μm。与铸态和340℃退火6h相比,经175℃时效10h后,摩擦因数降低了28.6%与78.6%,体积磨损量减少了157.1%与471.4%,断口形貌以沿晶断裂与韧窝断裂为主。
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    半固态触变挤压对ZA27合金组织和力学性能的影响
    刘占勇, 左孝青, 钟子龙, 李威威
    2017, 45 (6): 17-23.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000920
    摘要 ( 313 )   HTML( PDF (7638KB) ( 64 )   引文文本
    通过与常规铸造方法的比较,研究半固态触变挤压对ZA27合金变质、热处理组织和力学性能的影响。结果表明:半固态挤压态合金的密度较铸态合金提高了3%,合金经Sc变质或者半固态挤压都获得了细小而均匀的近似球状组织,而Sc变质结合半固态挤压的球状组织具有最高的圆整度;经T6热处理的半固态挤压合金由细小的初生α相和共析(α+η)组织组成,说明半固态挤压可促进ε相溶解、减少三元共晶(β+η+ε)组织的含量。力学性能测试表明,ZA27合金经半固态挤压+Sc变质+T6热处理后其抗拉强度,伸长率和布氏硬度分别达到586.01MPa,17.57%及171HB。
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    激光熔覆原位自生TiC颗粒增强镍基复合涂层的组织与耐磨性
    马世榜, 夏振伟, 徐杨, 施焕儒, 王旭, 郑越
    2017, 45 (6): 24-30.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001215
    摘要 ( 309 )   HTML( PDF (7329KB) ( 95 )   引文文本
    采用预置粉末法在45钢表面进行激光熔覆镍基Ni60A+x%(SiC+Ti)(质量分数,下同)复合粉末涂层的实验研究。使用往复式磨损试验机对不同涂层材料的熔覆层进行干摩擦磨损实验,利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察和分析熔覆层的显微组织与磨损形貌。结果表明:复合粉末通过原位反应生成弥散分布的TiC颗粒增强复合涂层,随着(SiC+Ti)含量的增加,颗粒状TiC的尺寸和数目逐渐增加;复合粉(SiC+Ti)含量达到60%时,微观组织有气孔和夹杂缺陷;复合粉(SiC+Ti)含量为48%时,熔覆层耐磨性最佳;复合涂层的磨损主要为磨粒磨损,机理为微观切削和挤压剥落。
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    钛合金表面Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜制备及性能
    林松盛, 周克崧, 代明江, 石倩, 胡芳, 侯惠君, 韦春贝, 刘建武
    2017, 45 (6): 31-35.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000612
    摘要 ( 349 )   HTML( PDF (3647KB) ( 96 )   引文文本
    采用多靶位真空阴极电弧沉积技术,在TC11钛合金表面制备24周期的Ti-TiN-Zr-ZrN软硬交替多元多层膜。用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、结合力划痕仪、球-盘摩擦磨损试验仪、砂粒冲刷试验仪和3D表面形貌仪,研究多层膜的表面及截面形貌、相结构、厚度、硬度、膜/基结合力、摩擦磨损性能和抗砂粒冲蚀性能。结果表明:所制备Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜厚度约为5.8μm,维氏显微硬度为28.10GPa,膜基结合力为56N;TC11钛合金表面镀多层膜后耐磨性提高了一个数量级,体积磨损率由7.06×10-13m3·N-1·m-1降低到3.03×10-14m3·N-1·m-1;多层膜软硬层交替的结构,受砂粒冲蚀时裂纹扩展至金属软层时应力的缓冲而出现偏转,对TC11钛合金有良好的抗砂粒冲蚀保护作用。
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    有利于铸造TiAl合金增压器涡轮叶片可靠性的组织设计
    朱春雷, 李胜, 张继
    2017, 45 (6): 36-42.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001169
    摘要 ( 315 )   HTML( PDF (8323KB) ( 114 )   引文文本
    针对增压器涡轮应用背景,详细分析定向层片组织铸造TiAl合金的室温拉伸塑性、断裂韧度以及高温热暴露后的剩余塑性等反映叶片抗损伤能力的性能,并讨论在叶片中形成这种定向层片组织的工艺可行性,以获得一种有利于增压器涡轮可靠性的组织设计。结果表明:定向层片组织铸造TiAl合金具有优异的室温拉伸塑性和断裂韧度,并且在高温热暴露后仍能保持较高的室温拉伸塑性,这些优异性能均依赖于定向层片取向一致性特征。通过控制凝固冷却条件和Ti/Al原子比,在增压器涡轮叶片中可以获得层片界面近似平行叶片表面的定向层片组织,有利于提高叶片的抗损伤能力,从而改善TiAl合金增压器涡轮的使用可靠性。
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    一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能
    刘臣, 田素贵, 王欣, 吴静, 梁爽
    2017, 45 (6): 43-48.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001145
    摘要 ( 324 )   HTML( PDF (8270KB) ( 75 )   引文文本
    通过对一种等温锻造GH4169镍基合金进行直接时效处理,蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了该合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,GH4169合金的组织结构由γ基体,γ'相、γ"相和δ相组成,且各相之间保持共格界面。测定出合金在660℃/700MPa条件下的蠕变寿命为123h。合金在680℃/700MPa的蠕变寿命为39h,在实验温度和应力范围内,计算出直接时效合金的蠕变激活能为588.0kJ/mol。合金在蠕变期间的变形机制是位错滑移和孪晶变形,其中,沿晶界析出的粒状碳化物,可抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。随蠕变进行,开动的滑移系中位错运动至晶界受阻,并塞积于该区域引起应力集中,当应力集中值大于晶界的结合强度时,可促使其在与应力轴垂直的晶界处发生裂纹的萌生与扩展,直至断裂,是合金在蠕变期间的断裂机制。
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    135°ECAP+旋锻变形工业纯钛的热稳定性研究
    宋小杰, 杨西荣, 刘晓燕, 赵西成, 罗雷
    2017, 45 (6): 49-54.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000872
    摘要 ( 252 )   HTML( PDF (22455KB) ( 84 )   引文文本
    对经过135°ECAP+旋锻变形后的工业纯钛100,150,200,250,300,350,400,450℃和500℃下保温1h退火。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉伸试验机及显微硬度仪等技术研究ECAP+旋锻变形工业纯钛退火后的组织与性能变化。结果表明:在400℃以下退火时,显微组织中位错密度降低,晶界逐渐清晰,变形组织未发生明显变化,材料的抗拉强度和显微硬度略有降低,伸长率增加不明显;在400℃以上退火时,随着退火温度的升高,发生再结晶,晶粒尺寸明显增大,平均晶粒尺寸约为5μm,材料的抗拉强度和显微硬度均出现明显降低,伸长率增加。拉伸断口表明,ECAP+旋锻变形退火后工业纯钛的拉伸断裂均为韧性断裂。随着退火温度的升高,韧窝尺寸变大,韧窝深度变深。
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    钕铁硼器件表面电沉积铜层及性能
    李悦, 朱立群, 李卫平, 刘慧丛, 南海洋
    2017, 45 (6): 55-60.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001426
    摘要 ( 258 )   HTML( PDF (3607KB) ( 105 )   引文文本
    针对钕铁硼器件现有Ni/Cu/Ni镀层防护体系存在的磁性能衰减问题,用碱性HEDP络合剂镀液在钕铁硼磁体表面直接电沉积铜层,并在其上电镀镍,构成Cu/Ni镀层防护体系代替通常的Ni/Cu/Ni镀层体系。通过电化学测试研究镀铜液中HEDP络合剂浓度对铜沉积过程的影响;应用SEM,XRD,TEM对铜层微观形貌进行了表征;分别用热震实验和热减磁实验对铜层结合力和钕铁硼器件的热减磁性能进行测试。结果表明:镀铜溶液中HEDP对铜离子沉积过电位影响较大,铜晶粒在钕铁硼晶界处优先沉积,并以(111)晶面取向为主;钕铁硼磁体上镀铜层结构致密,与钕铁硼的结合力良好,满足SJ 1282-1977的要求;Cu/Ni镀层体系的钕铁硼热减磁衰减率相比于Ni/Cu/Ni镀层显著减小。
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    高温处理对几种玄武岩纤维成分和拉伸性能的影响
    陈菁, 顾轶卓, 杨中甲, 李敏, 王绍凯, 张佐光
    2017, 45 (6): 61-66.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001191
    摘要 ( 261 )   HTML( PDF (1515KB) ( 72 )   引文文本
    选取5种国产玄武岩纤维,采用X射线荧光光谱法和纤维单丝拉伸测试等方法,研究200~800℃空气气氛和氮气气氛处理前后纤维的化学成分、物理特性和拉伸性能等变化,以揭示玄武岩纤维的耐高温性能。结果表明:空气气氛下高温处理后由于表面处理剂的去除,玄武岩纤维表面更加光滑,直径略微变小,同时质量减少;SiO2,Al2O3质量分数减小,而FeO+Fe2O3,CaO,MgO质量分数都增大,其中FeO+Fe2O3的质量分数增加最多,增幅最大达到21%。200℃处理后玄武岩纤维单丝拉伸强度有一定降低,强度保留率最大为98.3%,400℃处理后强度明显下降,强度保留率最高达到64.6%,800℃处理后强度保留率均不足20%。此外,纤维断裂伸长率随温度的升高而减小,弹性模量增大。与空气气氛相比,氮气气氛下纤维强度保留率更高,拉伸性能更稳定。
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    基于吸附性能的生物质基多孔活性炭制备方案的响应面法优化
    张浩, 黄新杰, 宗志芳, 刘秀玉
    2017, 45 (6): 67-72.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000979
    摘要 ( 310 )   HTML( PDF (3392KB) ( 103 )   引文文本
    以废弃核桃壳作为原料,采用微波加热法制备生物质基多孔活性炭。基于响应面法和数值模拟方法研究活性炭前驱体进行物理活化过程中微波功率、活化时间以及磷酸质量分数对生物质基多孔活性炭吸附性能的影响,对生物质基多孔活性炭制备方案进行优化,并对最优条件下制备的生物质基多孔活性炭进行表征。结果表明,3个因素均对生物质基多孔活性炭的吸附性能有影响,其影响显著性为:微波功率>磷酸质量分数>活化时间。优化的制备条件为:微波加热法对活性炭前驱体进行物理活化过程中的微波功率为746W、活化时间为11.2min以及磷酸质量分数为85.9%。优化生物质基多孔活性炭的碘吸附值为1074.57mg/g,亚甲基蓝吸附值为294.4mL/g,获得率为52.1%。
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    PVC/CPE/CaCO3复合材料熔体的动态流变行为
    李学锋, 黄大华, 龙世军, 李坚, 李晗
    2017, 45 (6): 73-79.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001181
    摘要 ( 298 )   HTML( PDF (6015KB) ( 78 )   引文文本
    以聚氯乙烯(PVC)为基体,采用熔融共混法制备了PVC/氯化聚乙烯(CPE)/碳酸钙(CaCO3)复合材料,对不同CPE含量的PVC/CPE/CaCO3复合材料的动态流变行为与力学性能进行了研究。结果表明:随着CPE含量的增加,复合材料熔体的储能模量(G')与损耗模量(G")先升高后降低,而松弛指数(λ1)、特征松弛时间(τ2)则分别呈现减小与增大的趋势,当CPE含量由0phr变为10phr时,复合材料冲击性能提高了约133.5%。通过对复合材料熔体动态流变行为进行分析,可以推测出CPE与CaCO3颗粒之间逐渐形成部分包覆、全包覆、过包覆的结构模型,从而解释了CPE增韧复合材料的机理。
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    APP对PUI泡沫泡孔结构及燃烧后炭层结构的影响
    张琪, 刘娟, 王莹, 桑晓明
    2017, 45 (6): 80-86.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001125
    摘要 ( 263 )   HTML( PDF (10752KB) ( 64 )   引文文本
    以聚磷酸铵(Ammonium Phosphate,APP)为阻燃剂,采用PI (poly-imide)预聚法制备了APP阻燃聚氨酯-酰亚胺泡沫塑料。利用偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TGA)观察分析了APP对泡沫泡孔结构、热稳定性和炭层形貌的影响。重点探讨了泡孔结构的变化对燃烧后的炭层形貌的影响,并模拟了炭层的形成过程。结果表明,随着APP添加量的增加,泡孔直径由540.39μm下降到277.83μm,泡沫密度增加;APP的加入使泡沫的残炭率增加了30%;泡孔的棱边和顶点分别炭化膨胀为炭层上的棒状炭层和球状炭层,而泡孔薄膜破裂成孔洞;并且随着APP添加量的增加,棒状炭层和球状炭层尺寸增加,孔洞变小。
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    冷轧压下率及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响
    梁瑞洋, 杨平, 毛卫民
    2017, 45 (6): 87-96.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000350
    摘要 ( 414 )   HTML( PDF (16798KB) ( 104 )   引文文本
    以不同高斯取向度的取向硅钢成品板为初始原料,采用一次冷轧法制备0.06~0.12mm厚的取向硅钢薄带。利用EBSD取向成像技术研究冷轧压下率以及初始高斯晶粒取向度对超薄取向硅钢织构演变与磁性能的影响。结果表明:随着冷轧压下率增大和厚度减小,退火后再结晶织构增强,当压下率为70%时,再结晶织构中RD//〈001〉织构最锋锐,磁性能最佳;初始样品高斯取向度越高,制备的薄带样品磁性能越好;因此,生产高性能的取向硅钢薄带应选用初始高斯晶粒取向度较高的成品板。
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    GCr15轴承钢热处理过程中碳化物的析出与演变行为
    马超, 罗海文
    2017, 45 (6): 97-103.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.001092
    摘要 ( 525 )   HTML( PDF (6892KB) ( 178 )   引文文本
    采用定量金相的方法研究GCr15轴承钢在球化退火、奥氏体化淬火、低温回火等不同热处理工序后其碳化物的演变行为,通过ThermoCalc软件进行数值模拟计算分析碳化物尺寸和成分对其在奥氏体化时固溶动力学的影响。结果表明:球化退火处理后形成的碳化物粒子尺寸呈多峰分布,奥氏体化和回火后的碳化物粒子尺寸分布为单峰分布,奥氏体化后碳化物中Cr含量略有增加;Cr含量高的碳化物粒子具有较大尺寸;球化退火形成的碳化物在奥氏体化时大量固溶形成了富碳奥氏体,淬火后转变为高碳马氏体并导致高硬度;奥氏体化时碳化物固溶发生Cr的配分导致碳化物中Cr含量增加;直径200nm的碳化物即使其Cr含量接近基体成分,也不能在奥氏体化热处理时完全固溶,未溶的碳化物颗粒将影响后续回火过程的碳化物析出。
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    对流扩散-多相相变体系内柱状晶/等轴晶形成过程的数值模拟
    何银花, 王发展
    2017, 45 (6): 104-111.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.000367
    摘要 ( 255 )   HTML( PDF (3625KB) ( 87 )   引文文本
    采用扩散支配相变动力学方法对Fe-Bi-Mn系易切削合金侧向快速凝固过程进行数值研究。建立对流扩散-多相相变体系三维凝固模型,考虑固、液、气三相扩散流动相变对合金凝固的影响,模拟研究合金中MnS和Bi (易切削相)的柱状晶/等轴晶形成过程。结果表明:合金凝固过程中MnS和Bi的柱状晶/等轴晶形成模式强烈受对流扩散和多相相变影响;对流扩散为正值处,溶质的多相质量相变速率较大且富集程度较低,流动稳定易形成柱状晶;对流扩散为负值处,溶质的多相质量相变速率较小且富集程度较高,当晶尖处溶质富集到一定程度,对流扩散与多相相变产生的紊流使柱状晶尖端断裂,成为等轴晶形核中心,此处为等轴晶稳定形成区域。
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    超超临界锅炉材料TP310HCbN(HR3C)持久及析出行为
    方旭东, 王岩, 范光伟, 夏焱, 王志斌, 韩培德
    2017, 45 (6): 112-117.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001068
    摘要 ( 465 )   HTML( PDF (7541KB) ( 86 )   引文文本
    采用持久试样方法,结合Gleeble、硬度分析、SEM、EDS、TEM等分析手段,对TP310HCbN耐热钢热变形以及在650℃与700℃条件下持久及析出行为进行了分析。结果表明:两种持久温度条件下,硬度变化趋势差别不大;随着持久时间延长,TP310HCbN耐热钢晶内析出物由颗粒状转变为棒状,并存在大量与位错相互作用的蠕虫状NbCrN析出物;太钢生产的TP310HCbN耐热钢650℃/700℃-100000h外推持久强度均满足标准要求。
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    综述
    氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展
    郑玉婴, 曹宁宁
    2017, 45 (6): 118-128.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2016.000353
    摘要 ( 667 )   HTML( PDF (8213KB) ( 131 )   引文文本
    氧化石墨烯纳米带杂化粒子是将氧化石墨烯纳米带(GONRs)与其他纳米粒子经π-π键、氢键等结合方式复合在一起,通过这种特殊的结合形态一方面可以有效地防止GONRs的聚积,另一方面新的纳米粒子的引入能够赋予该杂化材料某些特殊的性能,从而有利于充分发挥GONRs杂化材料在聚合物改性等领域的综合性能。本文综述了氧化石墨烯纳米带杂化粒子的制备方法、性能和应用现状。此外,针对GONRs的还原产物石墨烯纳米带(GNRs)的结构、性能、制备方法及其应用领域也进行了系统性地论述。相关研究表明,氧化石墨烯纳米带杂化粒子的设计与制备是氧化石墨烯纳米带迈向实用领域的一个有效途径,而石墨烯纳米作为石墨烯的一种特殊结构的二维变体,继承了石墨烯优良的导电和导热等性能,同时特殊的边缘效应,因而呈现出了更广阔的应用潜力。
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    可见光响应型ZnO基纳米复合光催化材料的研究进展
    赵燕茹, 马建中, 刘俊莉
    2017, 45 (6): 129-137.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2015.001083
    摘要 ( 433 )   HTML( PDF (13983KB) ( 165 )   引文文本
    本文综述了ZnO基纳米复合光催化材料的基本结构与性能、光催化效果及其作用机理;系统概述了可见光响应型ZnO基纳米复合光催化材料在有机物污染物降解、光催化制氢和抗菌等方面的应用,并对其进一步研究提出了思路和建议。相信随着基础研究与应用实践的不断深入,ZnO基纳米复合光催化材料最终会在高效催化剂、环境净化、太阳能转换等方面得到长久发展与广泛应用。
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    锂离子电池Sn基负极材料研究进展
    马昊, 刘磊, 苏杰, 路雪森
    2017, 45 (6): 138-146.   DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.001463
    摘要 ( 487 )   HTML( PDF (6215KB) ( 175 )   引文文本
    综述了锂电池用Sn基负极材料近年来的发展现状,着重讨论了Sn基氧化物、Sn基复合氧化物、Sn基合金以及Sn基复合物等Sn基负极材料的制备方法、性能特点、存在问题以及改善途径。指出单一方法难以全面改善Sn基负极材料的性能,综合运用结构优化、成分控制、掺入基质以及优化还原剂、黏合剂和电解质添加剂等途径才能更好地改善Sn基负极材料的电化学性能。最后,对Sn基负极材料的研究趋势进行了展望,并指出以石墨烯为基质的Sn基复合材料是今后研究的重要方向。
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