浆料直写技术作为陶瓷材料成形新兴技术3D打印中的主要技术之一,可以实现对简单形状工件的快速成形。以单螺杆挤出机为出料结构,以SiO2陶瓷粉末为主要原材料,制备成形所需的混合浆体,利用流变仪进行流变实验,通过MATLAB进行拟合后获得浆体的流变方程,提出修正格子Boltzmann方法(LBM),对浆体在螺杆中流动进行数值模拟分析,结果表明提出的修正LBM可以有效模拟陶瓷浆体的流动。数值分析结果显示SiO2陶瓷浆体的流动主要集中在相邻螺棱的中部且在不同位置处的速度存在明显的差异。

利用浆料直写技术对SiO2粉末进行成型时,将受到诸多因素的影响,其中颗粒大小即为其中重要因素之一。利用不同颗粒大小SiO2粉末制备对应的陶瓷浆体,针对流变实验中浆体呈现的典型非牛顿特征,提出一种修正格子Boltzmann方法(LBM)对浆体在挤出机中的流动进行分析,从流体力学角度探究颗粒大小对浆体流动性的影响,结果表明不同颗粒大小导致了流线中心位置及流速大小的差异,较小粒径的陶瓷粉末将有助于浆体的流动。对于不同颗粒大小制成的浆体,其在挤出机中的流动均主要集中在中部位置,在后期设计挤出机结构时可考虑增加螺距,增大有效流动区域。

设计了一种新型的铁基二元合金-Fe-3％Si合金，并对其进行表面渗碳处理。借助于SEM、XRD、EPMA、硬度测定及摩擦实验等分析手段，研究了合金渗碳层的组织及其性能。结果表明：Fe-3％Si合金渗碳层组织中形成大量SiO2颗粒，基体主要由马氏体和残余奥氏体组成。渗碳初期，si元素促进了碳在奥氏体中扩散并有利于奥氏体稳定性提高。但氧原子沿奥氏体晶界扩散并与晶界及其附近的Si结合形成网状SiO2，阻碍碳原子进一步扩散．渗碳处理后的Fe-3％Si表面硬度达到66HRC，干摩擦条件下抗平面滑动摩擦磨损性能优于高铬铸铁。

在混凝土中同时加入钢纤维和纳米矿粉,对比研究了钢纤维和纳米矿粉掺量以及基体强度对钢纤维纳米混凝土劈拉性能和抗折性能的影响规律。结果表明,钢纤维的加入及增大掺量,改善了试件的破坏特征,劈拉和抗折强度均显著增长;基体强度提高的同时,拉压强度比和折压强度比降低;纳米Si O2和纳米Ca CO3掺量的增大,可小幅度提高劈拉和抗折强度,但脆性也相应提高。钢纤维增强增韧作用、纳米矿粉微填充及促进水化作用共同改善了混凝土的力学性能。

分别以不同粒径的SiO2粒子作为触变剂,以羰基铁粉为磁性颗粒,制备了矿物油基磁流变液。通过测量零场粘度、流变曲线、沉降率,以及摩擦系数等,考察了SiO2的粒径对磁流变液流变特性、稳定性以及摩擦学性能的影响。实验结果表明,(1)中等粒径的SiO2作为触变剂会明显增加磁流变液的零场粘度;(2)小粒径SiO2粒子的填补空隙作用,使得磁流变液在强磁场下磁致剪切应力明显增强;(3)磁流变液的沉降稳定性随着粒径的增大而明显改善,再分散性能下降;(4)较大粒径(100 nm)的SiO2粒子的磁流变液表现出良好的减摩性能。

以羰基铁粉为磁性颗粒,不同比表面积(150,200,380m^2·g-1)纳米SiO_2粒子为触变剂制备了磁流变液,研究了不同比表面积SiO_2对磁流变液流变特性和沉降稳定性的影响。结果表明:SiO_2的比表面积越大,磁流变液的饱和磁化强度和相对磁导率越大;随着SiO_2比表面积的增大,磁流变液的零场黏度先快速增大后略微减小,剪切应力、屈服应力和沉降稳定性增大;当SiO_2比表面积为380m^2·g-1时,磁流变液表现出优良的可控性。

过滤器具备自清洁、重复利用、长寿命等特性是未来绿色发展的要求。采用改性纳米SiO2粉末和聚二甲基硅氧烷组成的悬浮涂液一步喷涂制备仿生自清洁涂层,该涂层对多种基体和复杂液体环境具有普适应。通过调节悬浮涂液中改性纳米SiO2粉末的质量分数来控制涂层的润湿性能,当改性纳米SiO2粉末质量分数为30%时制备的涂层具有超疏水特性。所制备的仿生涂层具有出色的耐酸碱溶液性能、机械耐久性能和自清洁性能,特别是其高效的油水分离性能有望用于高品质油水分离过滤器的设计,进而提高流体动力系统中液体的洁净度,延长流体元件寿命。