Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷烧结阶段晶粒生长机理

Mo_(2)FeB_(2)基金属陶瓷是以Mo、Fe、Cr、Ni、FeB、C为原料,采用反应硼化烧结法制备而成,具有高硬度、高强度和高韧性的特点,并且制造成本相对低廉。本文采用真空液相烧结的方法制备Fe-44.4%Mo-4.9%B-2.5%Cr-2.9%Ni金属陶瓷,研究固相、液相烧结阶段金属陶瓷硬质相形貌及生长过程与机理。结果表明:在600℃前,Fe与片状FeB生成Fe_(2)B相,进入固相烧结阶段;随温度升高至900℃,在升温过程中Mo在Fe_(2)B界面上与Fe_(2)B反应形核生成Mo_(2)FeB_(2),生长方式表现为螺旋生长,并且形成生长台阶;温度继续升高至1000℃,Mo_(2)FeB_(2)晶粒继续长大,突破临界半径,开始析出小Mo_(2)FeB_(2)晶粒;温度升高至1050℃,溶解析出一直进行,Mo_(2)FeB_(2)开始长大成截面为正六方形的晶粒。期间经历形核、螺旋生长、溶解析出、形成截面为正六方形晶粒四个阶段,最终由Mo和FeB、Fe_(2)B相形成正六方形的Mo_(2)FeB_(2)晶粒。在1050℃后会进入液相烧结阶段,Mo_(2)FeB_(2)硬质相柱状生长,其长轴、短轴晶粒生长激活能分别为317 kJ/mol和402kJ/mol,因此Mo_(2)FeB_(2)晶粒更易沿长轴生长,最终生长为长条状。

0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢奥氏体晶粒生长行为

研究了0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的奥氏体化相变及加热与等温过程中晶粒的生长行为。结果表明:加热速率对实验钢奥氏体化相变的开始(As)与结束(Af)温度影响显著,随着加热速率增加,相变温度呈明显上升趋势;实验钢的奥氏体化过程存在严重的组织遗传,导致得到粗大的晶粒;在进一步升温过程中,新的奥氏体晶粒会在原奥氏体晶界自发再结晶形核并长大;新晶粒在等温过程中的生长行为可用动力学模型D^(6.6)=1.883×10^(20)t^(1.617)e^((-353691.03/RT))进行描述。

基于选区激光熔化316L不锈钢晶粒生长的仿真分析

目的针对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为难以被观测且观测成本高的问题,预测不同激光功率(P)、扫描间距(h)下选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒类型、尺寸大小及生长角度,探究不同P-h组合对晶粒生长行为的影响规律。方法基于元胞自动机模型,采用全因子法设计16种P-h组合,从微观尺度模拟不同成形面316L不锈钢的晶粒生长变化情况,并对模拟结果进行数据统计分析。结果在平行于激光扫描方向的xy平面上,分布着大量晶粒直径小于60μm的等轴晶;而在垂直于激光扫描方向的xz、yz平面上,晶粒直径大于120μm的柱状晶分布得更多。随着扫描间距的增大,xz、yz两平面上的平均晶粒尺寸不断减小,而xy平面上的平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。当P=150 W、h=0.18 mm时,xy平面上的平均晶粒尺寸最小,绝大部分晶粒直径小于20μm,晶粒生长角度均匀分布在0°~90°,没有出现晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。结论不同P-h组合能够通过改变熔池凝固时的冷却速率对选区激光熔化成形316L不锈钢的晶粒生长行为产生显著影响,在较低的激光功率下,适当提高扫描间距能够有效细化晶粒,减少晶粒生长向大角度偏移聚集的现象。

铸态7075铝合金均匀化过程中晶粒生长动力学研究

对铸态7075铝合金进行温度分别为435、465和480℃与时间分别为8、24和36 h的单级均匀化热处理,并在优化的单级均匀化制度上进行温度为475℃与时间分别为1、4、8和12 h的双级均匀化热处理;观察了铸态7075铝合金不同均匀化制度下的晶粒尺寸演变;计算了晶粒生长指数与生长活化能,并建立了晶粒生长动力学方程。结果表明:铸态7075铝合金在465℃/24 h制度下,平均晶粒尺寸由铸态的44μm增长至95μm,晶粒增长速度较快;而均匀化温度与时间分别超过465℃和24 h后,晶粒生长速度变得缓慢。双级均匀化过程中,当保温时间超过4 h后,铸态7075铝合金平均晶粒尺寸随着保温时间的延长增加不明显。铸态7075铝合金的晶粒生长指数为3.9,活化能为144.241 kJ·mol^(-1);铸态7075铝合金平均晶粒尺寸在生长动力学模型中的预测值与实验值之间的均方差R_(MSE)与平均绝对相对误差e_(AARE)数值分别为4.951和3.565%,模型具有较高的预测精度,表明采用所建立的晶粒生长动力学模型预测铸态7075铝合金在不同均匀化处理后的晶粒尺寸是可行的。

中碳钢奥氏体晶粒生长动力学的研究

本文研究了中碳钢奥氏体晶粒的生长规律,发现平均晶粒直径D随时间的变化符合Beck关系式:=Kt~[t]。根据实验结果,分别求出了n值和奥氏体晶粒生长激活能Q,并对晶粒生长机制进行了讨论。

晶粒生长的双区域动力学蒙特卡洛模拟

现有的动力学蒙特卡洛方法模拟晶粒生长过程的结果与理论计算值之间大多存在偏差,其中重要的原因是现有方法大多采用只适用于计算小角度晶界Read-Shockley公式。针对此问题,本文提出了一种对大、小角度晶界都适用的双区域动力学蒙特卡洛模拟方法。该方法通过基于势函数的格点能量获得取向概率,从而避免使用Read-Shockley公式。为了解决引入势函数导致计算量大的问题,划分动力学蒙特卡洛的单区域结构为晶界区域和非晶界区域的双区域结构,并将势函数的计算限制在晶界区内,从而减少了计算时间。实验模拟结果表明:与传统的和改进的动力学蒙特卡洛方法相比,双区域动力学蒙特卡洛方法的微观组织演变更符合晶粒生长特征,晶粒生长指数也更接近理论值。

活性炭载体对TiO_2/活性炭中二氧化钛晶粒生长及相变的影响

以活性炭为载体,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2／活性炭(TiO2／AC)复合体,并利 用SEM和XRD手段对复合体进行表征,通过Dt2=ktnexp(-E／RT)方程的计算,分析,研 究活性炭对复合体中TiO2晶粒生长及其相变的影响.结果表明:TiO2／AC复合体晶粒粒径 增长的时间比TiO2本体短;TiO2／AC复合体纳米粒子平均尺寸为50nm比TiO2本体小;锐 钛矿向金红石转变的相变温度和晶粒生长最快温度TiO2／AC复合体比TiO2本体高.锐钛矿 和金红石晶粒生长的表观活化能TiO2／AC复合体分别为6.21±1.27和46.5±1.56kJ／mol,TiO2 本体分别为5.76±1.02和36.4±1.14kJ／mol.在锐钛矿阶段和金红石阶段TiO2／AC复合体反应 指数分别为0.19和0.35,而TiO2本体分别为0.13和0.26.原因是活性炭的强吸附力和非晶相 层对TiO2晶粒生长的阻遏作用.

钛合金β晶粒生长规律及晶粒尺寸对损伤容限性能的影响

分别对α+β两相区及β单相区锻造的TC4合金在相变点以上温度保温,然后对不同温度条件下原始β晶粒尺寸进行统计,并测试了几种不同晶粒尺寸下的疲劳裂纹扩展速率及断裂韧性。晶粒尺寸统计结果显示:原始β晶粒尺寸不仅与热处理温度和时间有关,也与锻造工艺有关。原始β晶粒尺寸与保温时间呈指数关系;在1h条件下原始β晶粒尺寸并不总是随温度的升高一直增大,在某个温度范围内有一极值;锻造工艺不同,原始β晶粒尺寸波动也不同。从晶粒生长的热力学及动力学两方面对上述现象进行了分析。力学性能结果显示晶粒尺寸对裂纹扩展速率及断裂韧性均有影响,并对影响机理进行了分析。

纳米Y-TZP材料烧结过程晶粒生长的分析

分析了无压烧结、热压烧结及SPS烧结过程中晶粒生长的行为及表现活化能．结果表明：在1100～1300℃之间，纳米Y-TZP材料在以上几种烧结条件下的晶粒生长行为不同．无压烧结时晶粒生长较慢，而热压烧结和SPS烧结时晶粒生长较快．对晶粒生长的活化能分析可在一定程度上解释以上现象．分析结果显示：无压烧结的表观活化能为281kJ／mol与纳米Y－TZP材料的晶界扩散活化能相近；热压烧结过程中，由于外压对扩散的促进作用，活化能比无压烧结时略有降低；在SPS烧结过程中，由于外加的脉冲电流能使晶粒表面大大活化，所以活化能与无压烧结相比大幅度下降．

基于曲率驱动机制的晶粒生长元胞自动机模型

结合晶粒生长的统计分析理论和概率性转变规则,建立了基于曲率驱动机制的晶粒正常生长的二维元胞自动机模型.该模型的一个显著特点是晶粒生长速率和晶界曲率(1/RC-1/R)之间满足线性关系,而传统的元胞自动机模型则难以满足这种线性关系.模拟结果比较全面地反映了等温条件下晶粒正常生长的各种现象:平均晶粒面积与时间的关系,晶粒尺寸、晶粒边数的分布规律及其时间不变性,晶粒边数与尺寸的关系,以及晶粒生长速率与鼎粒尺寸和曲率的关系等.模拟结果与晶粒生长的动力学理论预测相符合.

氧化硅对二氧化钛纳米晶相变和晶粒生长的抑制作用

通过让正硅酸乙酯先水解,用溶胶－凝胶法制备了织构均匀的二氧化硅/二氧化钛复合粉体．用紫外－可见吸收光谱、傅里叶红外、透射电镜、Ｘ射线衍射和比表面仪对复合粉体进行了表征．发现添加少量的二氧化硅有效地抑制了二氧化钛晶粒生长和锐钛矿向金红石的相变．选择性溶解能除去复合粉体中９０%以上的氧化硅,得到高比表面积、骨架为锐钛矿相的介孔二氧化钛．复合粉体中二氧化硅主要形成了连通的网络结构,这种网络结构在８００℃仍有很好的稳定性．

纳米TiO_2晶粒生长动力学研究

研究了纳米ＴｉＯ２粒子热处理过程的晶粒生长,结果表明:低于８２３Ｋ锐钛矿晶粒的长大速率较小,８２３Ｋ后锐钛矿晶粒的长大速率显著增加．锐钛矿晶粒的生长动力学符合五次方方程,表观生长活化能由于纳米尺寸和相变效应的影响在高温区和低温区表现不同,高于８２３Ｋ时为(２０１．５５±５．６２)ｋＪ/ｍｏｌ,低于８２３Ｋ时为(３８．６７±６．３７)ｋＪ/ｍｏｌ;金红石晶粒的生长符合二次方方程,表观生长活化能为(１０８．７２±５．０６)ｋＪ/ｍｏｌ．

沉淀法合成纳米CeO_2的晶粒生长动力学

以Ce(NO3)3·6H2O为铈源,(NH4)2CO3·H2O为沉淀剂,并加入一定量表面活性剂PEG4000,采用液相沉淀法制备前驱体Ce2(CO3)3·H2O,前驱体经热处理合成纳米CeO2。根据XRD线宽法研究了纳米CeO2热处理过程的晶粒生长动力学,结果表明:随焙烧温度升高,CeO2晶粒尺寸显著增大;300℃下焙烧时间对CeO2晶粒尺寸影响不明显,700℃下CeO2晶粒随焙烧时间延长而长大,且焙烧初期粒径增长较快,超过180min后增长速率变慢;700℃时CeO2晶粒生长指数为5,即符合5次方动力学方程,晶粒生长速率常数为1.9865×104nm5/min;由于纳米尺寸效应,使得CeO2晶粒生长活化能在低温区和高温区不同,低于400℃时为25.64kJ/mol,高于400℃时为87.64kJ/mol;认为热处理过程CeO2的晶粒生长为扩散生长机制。

水解法制备的掺铁二氧化钛超微粉的热分析、晶粒生长和结构相变

研究了用四氯化钛水解制备的纯二氧化钛和分步沉淀，共沉淀方式制备的掺铁二氧化钛的热分解状况，晶化过程。采用Ｘ射线衍射和Ｖｏｉｇｔ单峰分析法计算了这三种样品在各个煅烧温度下的晶体晶粒度。结果表明，四氯化钛水解方法得到的二氧化钛粉为无定形，无定形二氧化钛加热晶化过程是一个持续的过程，并没有以往文献中所报道的明显的晶化温度和晶化放热峰。应用非晶物质晶化晶核生长速率方程计算了晶粒生长活化能并且进行了讨论。

ZnO压敏陶瓷的晶粒生长和电学性能

研究了不同价态Co、Mn添加物对低压ZnO压敏陶瓷晶粒生长和电学性能的影响，分析了由于不同价态Mn和Co掺杂所产生的缺陷类型，应用晶粒生长的动力学方程：确定了晶粒生长的动力学指数和激活能．实验结果表明：对于低压ZnO压敏陶瓷，其晶粒生长的动力学指数n＝6，激活能E＝224±17kJ／mol，随着Mn、Co价态的增加，ZnO压敏陶瓷的平均晶粒大小增加，提高烧结温度，ZnO压敏陶瓷的压敏场强E1mA降低，漏电流IL增加，非线性系数α降低．在低压ZnO压敏陶瓷的制备过程中，烧结温度以不超过1250℃为宜．

多晶材料晶粒生长的Monte Carlo计算机模拟方法 Ⅱ 模拟异常晶粒生长

晶粒生长的显微结构的演化是一种受诸多因素影响的复杂过程。前文已简述模拟二维正常晶粒生长所采用的基本蒙特卡罗（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ）方法。异常晶粒生长的最直接原因是总体系能的改变。而导致体系能变化的因素很多。本文在重点分析由于晶界能和迁移率的各向异性引起体系能量变化的基础上，介绍模拟异常晶粒生长的基本方法，为解决如何将实际生长环境复杂性引入生长模型中及如何进一步模拟生长的问题提供重要思路。

载体对TiO2/硅藻土中TiO2相变及晶粒生长的影响

以硅藻土为载体,采用水解沉淀法制备了纳米TiO2/硅藻土复合粉体,利用X射线粉末衍射和透射电镜对样品进行了表征和计算分析,并对负载在硅藻土载体上的TiO2晶型转变和晶粒生长规律进行了探讨。结果表明:硅藻土载体对TiO2/硅藻土复合粉体中的TiO2晶型转变和晶粒生长都有一定的阻碍作用,TiO2粉体的晶型转变温度为750℃左右,复合粉体中TiO2晶型转变温度为900℃左右;随温度的升高,TiO2粉体的晶粒生长速度比复合粉体中TiO2晶粒快;TiO2粉体的锐钛矿和金红石晶粒生长的表观活化能分别为18.04kJ/mol和53.96kJ/mol,复合粉体中TiO2的分别为20.04kJ/mol和117.89kJ/mol。

氧化物添加剂对TiO_2相变和晶粒生长的影响机制

添加氧化物可抑制或促进锐钛矿相变,并有效抑制TiO2晶粒生长,从而对TiO2的功能性质产生重要影响。本文归纳了氧化物影响TiO2相变和晶粒生长的机制。对于一种特定的氧化物添加剂,其对相变的影响效果取决于氧化物阴离子的离子半径、价态、配位情况、氧化物的添加工艺、添加量以及材料的处理温度和时间等多种因素的共同作用。氧化物添加剂抑制TiO2晶粒生长的机制与其在显微结构中的分布状况密切相关。

焙烧过程晶粒生长的Monte Carlo模拟

基于Monte Carlo(MC)方法,根据晶粒生长机理建立改进的转换概率模型,在不同焙烧温度、焙烧时间和激活能条件下可实现晶粒生长过程结构演化的计算机模拟,对模拟和实验数据进行分析,结果表明:当晶粒生长指数为2.17时,模拟与实验具有较好的一致性,从而得出焙烧过程晶粒的生长动力学模型;该模型能够较好地解释焙烧过程晶粒的生长过程,对晶粒生长动力学研究等具有一定的指导意义。

模板晶粒生长技术制备织构化SrBi_2Nb_2O_9陶瓷

以熔盐法合成各向异性的片状单相SrBi2Nb2O9(SBN)陶瓷粉体作为模板,采用模板晶粒生长(templated grain growth,TGG)技术制得织构化SBN陶瓷。研究结果表明:随着烧结温度的升高和模板数量的增加,其晶粒取向率升高。当模板数量(质量分数)为20%时,在1300℃烧结3h可获得晶粒取向率为0.86的织构化SBN陶瓷。同时,TGG技术制得的织构化SBN陶瓷的相对体积密度在烧结温度低于1300℃时,随烧结温度的升高而升高;在1300℃时为91.22%;在高于1300℃时开始下降。