微波法原位合成V8C7-Cr3C2纳米复合粉末的热动力学及机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51304063
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    赵志伟
  • 依托单位：
    河南工业大学
  • 学科分类：
    E0413.粉末冶金与粉体工程
  • 结题年份：
    2016
  • 批准年份：
    2013
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Vanadium and chromium carbides nano-composite powders have the advantages of high stiffness, high strength, high abrasion resistance and oxidation resistance, which have important application values in high performance cemented carbides and superhard materials. To obtain nano-composite carbides with high purity and well dispersibility is the key problem to realize its industrial application and to significantly improve material performance. This project will combine the thermodynamics calculation and kinetics experiment, systematically study controllable in situ synthesis technology and its mechanism of vanadium and chromium carbides nano-composite powders. Firstly, two thermodynamics research methods of classical and Φ function methods will be adopted to research the temperature conditions of microwave synthesis and quantitatively forecast the reaction degrees. Secondly, kinetics analysis on the reaction process will be performed by using unconstant temperature and chemical reaction methods, and the reaction mechanism will be comprehensively revealed. Finally, in situ synthesized mechanism of nanoscale composite carbides and influence factors on products properties will be explored by studying the change rule of dielectric loss, dielectric constant, product composition and structure. The controllable reaction mechanism of microwave synthesis of nano composite carbides and the key factors affecting the purity, dispersibility and microstructure will be obtained. The breakthrough of the key problem will provide important theoretical basis for the in situ preparation of nanometer composite carbides, and key technical support for the innovation preparation and application of high-quality nano composite carbides.
纳米碳化钒/铬复合粉末兼有高硬度、高强度、高耐磨和抗氧化等优点，在高性能硬质合金和超硬材料领域具有重要应用价值。获得具有高纯度和良好分散性的纳米复合碳化物是实现其工业化应用、显著提升材料性能的关键问题。本课题拟结合热力学计算和动力学实验，系统研究纳米碳化钒/铬复合粉末的可控原位合成技术及其机理。首先采用经典法和Φ函数法两种热力学计算方法，研究微波合成的温度条件，定量化预测反应难易程度。然后采用不定温和化学反应法研究合成过程的动力学，全面揭示反应机制。最后通过研究介质损耗和介电常数变化特点及产物组成和结构变化规律等，探究原位合成纳米尺度复合碳化物的机理及产物性质的影响因素。研究结果将获得微波合成纳米复合碳化物的可控反应机理及影响产物纯度、分散性和微观结构等的关键因素。该课题关键问题的突破将为原位法制备纳米复合碳化物提供重要理论依据，并为高品质纳米复合碳化物的创新制备及应用提供关键技术支撑。

结项摘要

纳米碳化钒/铬复合粉末兼有高硬度、高强度、高耐磨和抗氧化等优点，在高性能硬质合金和超硬材料领域具有重要应用价值。获得具有高纯度和良好分散性的纳米复合碳化物是实现其工业化应用、显著提升材料性能的关键问题。本课题拟结合热力学计算和动力学实验，系统研究纳米碳化钒/铬复合粉末的可控原位合成技术及其机理。研究发现：. （1）以纳米氧化钒、纳米氧化铬和纳米碳黑粉末为原材料，采用微波加热原位合成方法可在1100℃、 1h的条件下合成纳米碳化钒/铬复合粉末。反应产物主要由Cr3C2、V3Cr2C5和Cr2VC2组成，颗粒形状为球形或者类球形，分散性良好，无明显的团聚现象发生，平均颗粒尺寸为30nm左右。与传统的碳热还原法相比，反应温度降低了将近400℃，反应时间缩短了近3h。. （2）热力学分析表明：以V2O5(Cr2O3)为钒（铬）源制备碳化钒（铬）时，V2O5(Cr2O3)不会直接碳化成碳化钒（铬），会发生高价氧化物向低价氧化物的逐级氧化还原反应，然后由低价氧化物转化成碳化钒（铬）；降低CO的分压，可以降低反应温度，随着CO分压的降低，还原温度逐渐降低。. （3）纳米碳化钒/铬复合粉末在制备过程中的物相演变规律为：V2O5→V2O3→VO→VCxOz→Cr2VC2→V3Cr2C5，Cr2O3→Cr2VC2→V3Cr2C5，Cr2O3→Cr3C2-x→Cr3C2。. （4）采用KAS法进行动力学分析，发现碳化钒的反应活化能为654.27KJ/mol，指前因子为1.381×1022；碳化铬的反应的活化能为385.24kJ/mol，指前因子为1.82×108。. （5）将合成的纳米碳化钒/铬复合粉末作为晶粒抑制剂添加到WC-8Co硬质合金中进行试验，结果表明，纳米碳化钒/铬复合粉末可以有效细化硬质合金的晶粒尺寸，优化硬质合金的显微结构，减小孔隙缺陷，提高硬质合金的综合性能。. （6）本项目通过对纳米碳化钒/铬复合粉末的热力学、反应动力学、制备工艺和微观结构的研究，揭示了相关反应机制及其纯度、粒度、分散性和显微结构与合成工艺、影响因素等之间的内在关系，探讨了从氧化物到复合碳化物的形成机理。. 上述研究将为原位法制备纳米复合碳化物提供重要理论依据，并为高品质纳米复合碳化物的创新制备及应用提供关键技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（2）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Microwave-assisted synthesis of vanadium and chromium carbides nanocomposite and its effect on properties of WC-8Co cemented carbides
微波辅助合成钒铬碳化物纳米复合材料及其对WC-8Co硬质合金性能的影响
  • DOI：
    10.1016/j.scriptamat.2016.04.024
  • 发表时间：
    2016-07
  • 期刊：
    Scripta Materialia
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    赵志伟
  • 通讯作者：
    赵志伟
Synthesis of vanadium and chromiium carbides (V8C7-Cr3C2) nanocomposite via an in situ precursor method
原位前驱体法合成碳化钒铬（V8C7-Cr3C2）纳米复合材料
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    Rare Metals
  • 影响因子：
    8.8
  • 作者：
    赵志伟
  • 通讯作者：
    赵志伟
纳米碳化钒粉末制备的研究现状
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    粉末冶金工业
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    胡文萌;赵志伟;陈飞晓;王明超
  • 通讯作者：
    王明超
Low temperature synthesis of chromium carbide (Cr3C2) nanopowders by a novel precursor method
新型前驱体方法低温合成碳化铬（Cr3C2）纳米粉末
  • DOI：
    10.1016/j.ijrmhm.2014.07.026
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Shaojing Liu;Jianhong Shen;Weiqiang Song;Jinshen Chen
  • 通讯作者：
    Jinshen Chen
Synthesis and characterization of chromium carbide nanopowders processed by mechanical alloying assisted microwave heating route
机械合金化辅助微波加热途径碳化铬纳米粉体的合成与表征
  • DOI：
    10.1016/j.ijrmhm.2016.05.003
  • 发表时间：
    2016-08
  • 期刊：
    International Journal of Refractory Metals and Hard Materials
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    赵志伟;胡文萌
  • 通讯作者：
    胡文萌

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  • 通讯作者：
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  • 作者：
    陶辉;3. College of Architecture;Civil Engineering,B;赵志伟;陈卫;刘成;李星;王花平;李圭白;TAO Hui1,2,ZHAO Zhi-wei1,CHEN Wei2,LIU Cheng2,LI X;2. Key Laboratory of Integrated Regulation;Res
  • 通讯作者：
    Res
铝镁合金固-液界面能分子动力学模拟与计算
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  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    西安工业大学学报
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  • 作者：
    李娜;董广志;赵志伟;坚增运
  • 通讯作者：
    坚增运

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SPS原位构筑多元WC基复合材料的形成机理及协同作用机制研究
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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