陶瓷结合剂金刚石团聚磨料探索

细粒度金刚石微粉大量积压是目前金刚石微粉制造行业面临的问题之一,为促进其应用,以铝硼硅结合剂为黏接剂、Si粉和Ti粉为添加剂制造团聚磨料试样,并将制成的团聚磨料加入铝硼硅结合剂中制成陶瓷结合剂试样,对所制试样的抗弯强度、物相构成和微观形貌进行分析。结果表明:添加Si或Ti的铝硼硅黏结剂均能起到团聚金刚石的作用;当团聚磨料中Si或Ti的质量分数为10.0%时,所制得的陶瓷结合剂试样抗弯强度最大,且添加Si的团聚磨料试样抗弯强度为43.74 MPa;当Si或Ti的质量分数超过10.0%时,团聚磨料试样中出现大量Si或者TiO2峰,其抗弯强度急剧下降;添加Si的团聚磨料试样与添加Ti的团聚磨料试样相比,其具有更大的粒度和更均匀的粒度分布,添加Si的铝硼硅黏结剂可将1~2μm的磨料团聚为5~10μm的磨料。

金属磷化物在电解水制氢中的应用研究进展

电解水被认为是目前最有前途的制氢方法之一。基于商用贵金属基催化剂成本高和储量有限的情况,开发低成本、高性能的电催化剂是实现电解水制氢产业化的关键。过渡金属磷化物因具有独特的物化性质和高催化活性而被广泛关注,但导电性和活性位点密度的不足限制了其在工业化制氢中的应用。首先阐述电解水析氢的机理及过渡金属磷化物的重要作用。然后从单金属磷化物、双金属磷化物、改性金属磷化物和结构调控过渡金属磷化物4个方面分析不同种类的过渡金属磷化物以及提升其催化性能的途径,并比较了当前过渡金属磷化物的常用制备方法。最后总结提升催化性能的主要策略,展望过渡金属磷化物未来的机遇和挑战。期望本综述有助于过渡金属磷化物电催化剂的设计开发与应用。

碳化硅陶瓷热导率影响因素研究

碳化硅陶瓷是一种应用广泛的高热导率材料。结合国内外研究,讨论了碳化硅陶瓷的导热机理和影响因素,认为杂质、气孔和晶界是影响碳化硅陶瓷热导率的主要因素,减少杂质、气孔和晶界有利于提高热导率。给出了制备高热导率碳化硅陶瓷的建议:提高碳化硅陶瓷致密度以减少气孔;增大碳化硅晶粒尺寸以减少晶界;在不降低致密度的前提下,降低烧结助剂含量、减少烧结助剂种类,且添加的烧结助剂不固溶进入碳化硅晶格、烧结助剂之间不反应形成结构复杂的低热导率相,烧结助剂容易结晶晶化,不残留或少残留玻璃相;添加高热导率第二相。

自蔓延高温合成法制备Ni-Al基金刚石复相材料

利用自蔓延高温合成法,以Ni粉、Al粉和金刚石为原料,制备Ni-Al基金刚石复相材料。利用XRD、SEM、DSC表征手段,分析研究自蔓延反应产物的物相、组织结构以及微观反应过程。研究表明:试样在600℃、700℃、800℃能够被引燃发生自蔓延反应;当Ni、Al摩尔比为1∶1时,NiAl为其SHS反应产物;当Ni、Al摩尔比为3∶1时,其SHS反应产物为Ni3Al、NiAl。适量的金刚石对两种配比的Ni-Al体系反应放热存在一定减缓作用,但不影响最终产物。不同配比的Ni-Al体系生成的主晶相—NiAl基体、Ni3Al基体能够与金刚石紧密结合。

金刚石表面形成Ti_3SiC_2的反应机理

采用Ti、Si、TiC、金刚石磨料为原料,通过放电等离子烧结(SPS),制备了Ti3SiC2陶瓷结合剂金刚石材料.研究结果表明,Ti-Si-2TiC试样经SPS加热的过程中位移、位移率和真空度在1200℃时发生明显变化,表明试样发生了物理化学变化.XRD分析结果表明1200℃时试样发生化学反应生成了Ti3SiC2.随着温度升高,试样中Ti3SiC2含量逐渐增加.当烧结温度为1200℃、1300℃、1400℃和1500℃时,产物中Ti3SiC2含量分别为65.9%、79.97%、87.5%和90.1%.在Ti/Si/2TiC粉料中添加适量的金刚石5%和10%进行烧结,并未抑制Ti3SiC2的反应合成.SEM观察表明,金刚石与基体结合紧密,同时其表面生长着发育良好的Ti3SiC2板条状晶粒.提出了一种金刚石表面形成Ti3SiC2的机制,即金刚石表面的碳原子首先与周围的Ti反应生成TiC,然后TiC再与Ti-Si相发生化学反应,生成Ti3SiC2.

Ti_3AlC_2陶瓷结合剂/立方氮化硼复合材料的自蔓延法制备及其组织结构

以Ti、Al、C粉、立方氮化硼磨料为原料,采用自蔓延高温合成法制备Ti3AlC2陶瓷结合剂立方氮化硼复合材料。研究Al的摩尔量、CBN浓度对复合材料制备的影响。通过XRD、SEM、EDS表征方法,对制备的复合材料进行物相及组织结构分析。研究结果表明:添加CBN浓度25%的3Ti/1.2Al/2C的试样,自蔓延反应生成的Ti3AlC2较多,且晶体发育良好。CBN参与Ti-Al-C体系的反应,在CBN表面与基体之间形成了硼化物、氮化物的过渡层,实现了磨料与结合剂的化学键合,提高了基体对磨料的把持力。

热压法制备Ti_3SiC_2陶瓷结合剂/金刚石复合材料的组织结构

以Ti、Si、C粉、金刚石磨料为原料,添加适量Al粉,采用热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料,通过X射线衍射、扫描电镜及能谱分析对该复合材料的组织结构进行观察与分析,并研究烧结温度、助熔剂Al含量以及金刚石浓度对复合材料的影响。结果表明,因金刚石的反应活性较差,较低温度下热压时金刚石表面未能生长出Ti3SiC2,1300℃高温下热压形成的Ti3SiC2晶粒发育良好;适量添加Al粉有助于Ti3SiC2的合成;金刚石颗粒浓度从25%增加到50%时,金刚石参与并促进Ti3SiC2的合成,Ti3SiC2含量明显增加;金刚石表面生成晶型发育良好的Ti3SiC2晶粒,实现了磨料与结合剂的化学键合,从而提高结合剂与磨料间的结合力。

自蔓延高温法在金刚石表面涂覆钛铝涂层的研究

采用Ti/Al/金刚石粉体为原料,通过自蔓延高温反应技术,制备了钛铝化合物结合剂金刚石复合材料。研究了不同原料配比和引燃温度对结合剂与金刚石结合状态的影响。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析试样。研究结果表明:经700℃温度引燃,试样会发生自蔓延反应,生成钛铝化合物,并在金刚石表面形成涂层。当试样中金刚石的质量分数较低(25%),n(Ti)∶n(Al)=3∶1时,试样得到的涂层更致密,钛铝组织发育更好。

实际烧结条件下铁元素对金刚石形貌和性能的影响

本文以还原铁粉为结合剂,通过金刚石工具实际制备条件下的烧结试验,分析了在实际生产环境下,铁元素对金刚石的形貌和性能的影响,总结了在铁元素作用下,烧结温度和保温时间对金刚石冲击韧性等机械性能以及形貌的影响规律。结果表明:随着温度的升高和时间的延长,铁元素对金刚石冲击韧性的影响愈加严重,但在一定的温度、时间范围内,铁元素对金刚石冲击韧性的影响并不明显,可以在T=900°C^1100℃t≤15 min范围内选择合适的工艺规范;铁元素的加入,对金刚石的抗静压强度影响不大;在一定的温度和保温时间等条件下,铁元素对金刚石形貌的影响主要表现在表面的刻蚀,从而在金刚石表面形成蜂窝状结构,这种作用优先发生在{100}面族。

金刚石表面镀覆碳化硅的研究

采用硅粉与金刚石颗粒混合粉体为原料,通过高温热处理在金刚石表面镀覆SiC晶体,用XRD、SEM和EDS分析产物的物相组成与显微形貌,同时研究金刚石镀钛对金刚石表面涂覆SiC状态的影响。研究结果表明:采用硅粉和金刚石混合粉体为原料,高温1400℃处理后,在金刚石表面上形成了SiC,但并没有形成连续的涂层,同时金刚石发生一定程度的石墨化。选用镀钛金刚石后,在较低温度(1200℃),金刚石表面上会形成TiC和Ti3SiC2;当温度升高到1300℃时,金刚石表面形成TiC、Ti3SiC2和SiC;温度升高到1400℃时,金刚石表面镀覆了较厚的SiC和Ti3SiC2涂层。

自蔓延高温合成Ti(C,N)材料

采用Ti粉和一种CNx前驱物粉体为原料,通过自蔓延高温合成技术,制备了单相Ti(C,N)材料。并研究了添加过量Ti对反应合成Ti(C,N)材料的影响。研究结果表明,自蔓延反应会产生很高的温度,温度达2782 K。燃烧产物组织均匀,Ti(C,N)颗粒平均大小约为3μm。当原料中Ti含量过量时,容易生成多种C和N配比不同种类的Ti(C,N)材料。最后,通过淬熄实验提出了一种自蔓延反应合成Ti(C,N)的机理。

喷射共沉积技术在金属结合剂金刚石工具制备中的应用研究

喷射共沉积技术在颗粒增强金属基复合材料的制备中已经有了较为成熟的应用,本文在分析了金属结合剂金刚石工具和颗粒增强金属基复合材料的相似性基础上,研究了利用喷射共沉积技术制备金属结合剂金刚石工具制备的可行性。并通过试验对比分析,探讨了该工艺在金刚石工具生产中的适用性。发现用该工艺试制的试样有金刚石热损耗低、金刚石分布均匀、基体金属对金刚石有较高的把持力、较高的耐磨性和磨削效率等特点。该工艺在大规格、高厚度的金刚石工具制造中会有较高的使用价值。

自蔓延高温合成铝碳氮材料

采用Al粉和CNx前驱体粉末为原料,通过自蔓延高温合成技术,制备铝碳氮材料。利用燃烧波淬熄实验并结合XRD、SEM和EDS测试技术,研究自蔓延反应合成铝碳氮的机理。研究结果表明,自蔓延高温合成铝碳氮材料可分为3个阶段,第一阶段为Al融化和蔓流,形成的Al熔体包覆CNx前驱体粉末;第二阶段,Al与CNx分解的产物C和N2发生反应,生成AlN和Al4C3等二元相;反应放出大量的热,引发其它未反应的原料发生自蔓延反应,使反应自维持;第三阶段,AlN和Al4C3反应生成三元铝碳氮化合物。

基于有限元对Ag-Cu-Ti钎焊金刚石膜残余应力分析

采用Ansys有限元分析软件运用非线性分析的方法对Ag-Cu-Ti钎焊金刚石膜后的残余应力进行了数值模拟。在模拟中考虑了温度对材料性能的影响,计算了钎料对金刚石的热应力,并给出了钎料不同厚度情况下的残余应力。而后采用激光拉曼光谱对应力进行测量表明,有限元模拟结果与试验测试数据相吻合,相对误差不超过10%。

亚稳超硬功能材料B-C-N的研究

B -C -N系列材料中 ,由于BC和N的组分含量不同 ,使其原子排布和晶体结构出现差别 ,性能上也出现料功能材料和超硬材料的两个系列。利用量子力学第一性原理 ,对可能存在的B -C -N系列材料进行计算 ,并对不同B、C、N含量的BxCyNz进行分析其原子排布和晶体结构 ,可以预测BCN系材料可分为功能材料和超硬材料的两个系列。合成方法千差万别 ,可人们只对BCN型化合物进行研究 ,而忽视了其它成分化合物的分析。同时触媒的作用也未引起人们重视。笔者针对研究中现存的问题提出了自己的高温高压合成技术路线。强调触媒的选择是解决大颗粒单晶产生的关键 ,而计算材料、设计材料、材料合成、材料分析是研究B -C -N的必由之路。

单独开设材料科学工程专业《基本技能实验》课程的探讨

根据材料科学工程专业课程体系特点,结合本校的培养目标和办学条件,提出了单独提前开设基本技能实验,促进学生对本专业知识情况的提前了解,激发专业课学习兴趣,进一步优化专业课程实验内容。

SiC_p/ZL101复合材料与可伐合金4J29钎焊的分析

以增强相体积分数为55%的SiCp/ZL101复合材料和可伐合金4J29为母材,首先在复合材料表面电镀镍,然后在420℃保温7min的条件下,采用Zn-Cd-Ag钎料对SiCp/ZL101复合材料与可伐合金进行了保护气氛钎焊试验.利用扫描电镜及EDS能谱分析的方法对接头的界面组织及断口形貌进行了研究.结果表明,经过镀镍提高了钎料对复合材料的润湿性,钎焊过程中钎料与可伐合金、钎料与镀层界面处均形成了过渡层,镀层与复合材料通过扩散形成了冶金结合.断口分析表明,钎焊接头的断口位于复合材料内部,但离镀层较近.

CuSnNiCr真空钎焊金刚石界面微结构分析

为降低钎焊金刚石的热损伤和制造成本,采用CuSnNiCr单质金属粉作为钎料,对金刚石磨粒进行了钎焊实验。采用SEM、EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构、钎料组织进行了分析。结果表明：适合钎焊金刚石的活性成分为Cu75Sn15Ni5Cr5,该钎料能与金刚石实现化学冶金结合,熔点适中,润湿性较好。金刚石焊后形貌完整,表面基本光滑,表面生成了连续片状（Cr,Fe）7C3。钎料凝固过程先结晶出α-Cu枝晶,经包晶转变和共析转变,形成了α-Cu枝晶、Cu5.6Sn和共析α-Cu,钎料的显微硬度大约为200～250HV0.2。

氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展

六方氮化硼(hBN)、立方氮化硼(cBN)和聚晶立方氮化硼(PcBN)等系列氮化硼材料,具有优异的耐热、高硬度等多种物理性能,应用领域广阔。hBN有许多产品形态,如微粉、纤维、陶瓷、薄膜和纳米材料等。hBN可以通过添加触媒,采用静态触媒法超高压高温合成cBN,cBN是硬度仅次于金刚石的超硬材料。利用cBN的超硬特性,cBN经超高压高温再进行烧结,制备PcBN,得到理想的机械加工刀具材料。以hBN、cBN和PcBN三种主要氮化硼系列材料为研究对象,综述了氮化硼系列材料的合成制备方法、性能及应用研究进展。建议重点研发的相关课题有:hBN、cBN和PcBN之间的关联性转变、hBN的绿色合成、粗粒度cBN的合成,以及高韧性PcBN的合成等。