极低温区循环载荷作用下Nb_(3)Sn复合超导体的变形损伤及其应变率效应数值模拟

Nb_(3)Sn超导体在循环载荷下的变形损伤行为研究对揭示超导体临界性能不可逆退化背后的力学机制具有重要意义。采用分子动力学模拟方法研究了极低温条件下单晶和多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的变形损伤行为,同时分析了应变率对Nb_(3)Sn/Nb复合材料变形损伤和断裂行为的影响。结果表明:单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷作用后,Nb_(3)Sn层出现滑移,当滑移带交错处的局部应力大于材料强度时,在滑移带交错处微裂纹萌生,致使复合材料中Nb_(3)Sn层断裂失效;而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料则由于晶界处应力在循环载荷下得不到松弛,当应力峰值超过晶界强度时,在晶界处萌生微裂纹,导致复合材料中Nb_(3)Sn层发生沿晶断裂。Nb_(3)Sn/Nb复合材料在不同应变率下表现出不同的断裂方式。随着应变率的增加,单晶Nb_(3)Sn层中的滑移带数量增加,导致单晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料的韧性增强。而多晶Nb_(3)Sn/Nb复合材料中,晶界对材料强度的影响随着应变率的增加而降低,高应变率下,复合材料在Nb_(3)Sn层局部断裂后具有较大的剩余强度。研究结果将有助于理解Nb_(3)Sn/Nb复合材料在循环载荷下的损伤演化过程,为材料的性能优化设计提供一定的理论指导。

Mo对于Nb/Nb_5Si_3原位复合材料室温韧性的影响

利用真空电弧熔炼制备了Nb/Nb5Si3复合材料,在1200℃×100h热处理后,利用单边切口悬臂梁法 (SENB)测定了Nb-Si合金的室温断裂韧性。研究了合金化元素Mo对Nb/Nb5Si3复合材料微观结构和室温韧性的影 响。结果发现适量Mo的加入明显地改善了Nb-18Si的室温韧性。

基于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉的压磁复合材料研究

研究了基于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉的柔性压磁复合材料制备技术及其性能,讨论了橡胶种类,磁粉粒径、含量及工艺因素等对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9/橡胶复合材料压磁性能的影响。结果表明:采用粒径为45μm,用量约15%的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉与高温硫化有规共聚硅氧烷在171℃,15MPa条件下,硫化45min制备的、厚度约150μm的压磁复合材料薄膜具有较好的应力敏感特性和压磁稳定性能,有望作为新一代柔性、薄型接触应力传感器的敏感元件材料。

W和W-Mo对等离子烧结Nb／Nb5Si3复合材料显微组织的影响

利用等离子烧结(SPS)技术,对Nb-20Si,Nb-20Si-10W和Nb-20Si-10W-10Mo试样进行了烧结,主要研究了W和W-Mo对Nb/Nb5Si3复合材料显微组织的影响。利用扫描电镜(SEM)观察显微组织,X射线衍射仪(XRD)分析相组成,电子探针微观分析(EPMA)进行成分分析。结果表明:烧结样品相对密度达到99.59%;W可以很好地固溶在Nb/Nb5Si3复合材料中,且显微组织没有变化;W-Mo固溶后显微组织有明显变化,出现了单质Nb相,W和Mo复合固溶的Nb相固溶体,并且有部分Nb固溶在W相中,在Nb5Si3相中没有发现固溶现象。

原位Nb/Nb_5Si_3复合材料的放电等离子烧结及结构形成机理

以Nb,Si粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术,原位合成了近理论密度的Nb/Nb5Si3复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)分析了材料的组织结构;通过对SPS过程中不同阶段试样的液淬分析,探讨了复合材料的结构形成机理。结果表明,制备的复合材料由Nb和原位合成的Nb5Si3两相组成,Nb以颗粒状均匀分布在Nb5Si3基体上;Nb5Si3是在Nb,Si颗粒的界面开始反应合成的,随着SPS过程的进行,界面反应不断发生,直至反应物中的Si粉完全转变为Nb5Si3。

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶粉/硅橡胶压磁复合材料的制备与性能研究

采用机械共混法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉/硅橡胶压磁复合材料,并对其压磁性能进行研究。结果表明,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉/硅橡胶复合材料具有良好的压磁性能,且压磁性能稳定性和阻抗蠕变性能优异,可用于新型压力传感器用力敏元件。

原位热压合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料

利用Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的放热反应,原位热压合成了Nb掺杂Al2O3/TiAl复合材料。借助DTA结合XRD探讨了Al-Ti-TiO2-Nb2O5体系的反应过程,并采用XRD、OM和SEM研究了复合材料的物相组成及显微结构。结果表明:Al熔化的同时,体系发生了Al和Nb2O5的铝热反应,生成了NbO2和Nb等中间产物,并放出了较多热量,这些热量促使Ti和Al较早化合生成TiAl3,随即引发Al和TiO2较早的还原反应,进而促使材料在较低温度下致密烧结;产物由-γTiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的团聚;Nb2O5的引入,对基体-γTiAl相和α2-Ti3Al相的的分布有一定的影响,使得基体晶粒细化,较好地改善了材料的力学性能。

Si含量对放电等离子烧结原位Nb/Nb_5Si_3复合材料显微结构的影响

Nb/Nb5Si3是一种新型的高温结构复合材料,为了降低该材料的制备成本并有效控制材料的显微结构,本文作者以Nb、Si粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术原位合成了近理论密度的Nb/Nb5Si3复合材料,着重研究了Si含量对Nb/Nb5Si3复合材料显微结构的影响.结果表明:制备的复合材料由合成的Nb5Si3和均匀分布的Nb颗粒组成;在原子分数为6%～20%Si范围内,随着Si含量增加,复合材料中Nb5Si3数量增加,Nb颗粒尺寸减小,复合材料的致密性和硬度提高.

Nb对Ti/Al_2O_3复合材料力学性能的影响

研究了热压烧结条件下Nb元素对Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]复合材料相对密度、抗弯强度、断裂韧性及维氏硬度等力学性能的影响 ,分析了其影响机理。结果表明 ,在Ti/ [φ(Al2 O3 ) =80 % ]的Al2 O3 复合材料中掺入Nb元素 ,材料的微观组织形貌得以细化 ,性能有了较大提高。随Nb掺量的增加 ,材料的相对密度、维氏硬度与抗弯强度先增大后减小 ,当掺量为 φ =1.5 %时 ,其相对密度、抗弯强度、维氏硬度达到最高 ,分别为 98.13%、5 0 1.0 6MPa和 2 0 .31GPa ,断裂韧性随Nb掺量的增加而增大 ,当掺量为 φ =2 %时 ,其断裂韧性为5 .2 4MPa·m1/ 2 。

多元合金化对Nb/Nb_5Si_3复合材料高温抗氧化性能的影响

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了Nb-20Si-5Al-15Ti-3Cr-5W(原子百分数)多元铌硅系原位复合材料。采用循环氧化试验研究了其高温氧化行为。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和电子探针微区分析(EPMA)进行了微观组织结构分析。结果表明,该复合材料的组织主要由(Nb,Ti,W)_(ss)、Ti、α-Nb_5Si_3、γ-Nb_5Si_3和(Nb,Ti)_5Si_3组成;该材料分别经800℃/100 h、1100℃/100 h循环氧化后,都会在表面生成一层氧化膜。800℃下的氧化膜主要成分为AlNb_(11)O_(29)、Ti_2Nb_(10)O_(29)、TiO_2、SiO_2、Nb_2O_5、Nb_4W_3O_(47)和Cr_2Ti_6O_(15),在多孔氧化膜下,会发生严重的内氧化现象。在1100℃时的氧化膜主要成分为AlNb)_(11)O_(29)、Ti)2Nb_(10)O_(29)、TiO_2、SiO_2、Nb_2O_5及Cr_2WO_6,氧化膜致密性较好,可减缓氧的扩散速率,从而提高合金的抗氧化性,经1100℃,100 h循环氧化后仍有基体剩余。

Nb/Nb_5Si_3复合材料的研究进展

Nb/Nb_5Si_3复合材料具有高熔点、低密度以及良好的室温韧性和高温强度,被认为是下一代航空发动机中极具竞争力的超高温结构材料。本文介绍了这种复合材料的主要制备方法、组织结构和力学性能,并展望了其发展前景。

掺杂Nb_2O_5对自生Al_2O_3强化TiAl复合材料结构的影响

采用原位反应热压法制备了自生Al2O3增强TiAl间金属化合物复合材料,通过第三元素(氧化铌)掺杂的形式,对其进行强化研究。采用DTA结合XRD分析对其反应过程进行了探讨。SEM,XRD及其它测试分析显示,引入氧化铌使铝热反应生成了更高的热能,材料能够在较低的温度下烧结。同时,Nb2O5的掺入对基体相生成比例(TiAl:Ti3Al)有一定的调控作用,也使材料中的自生氧化铝成分增强,对材料结构及性能产生了较大影响。

烧结温度对SPS Nb/Nb_5Si_3原位复合材料组织结构的影响

以Nb、Si粉末为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术,原位合成Nb/Nb5Si3复合材料,研究了烧结温度对材料组织结构的影响。结果表明,Nb/Nb5Si3复合材料的反应SPS烧结存在一个临界烧结温度Tc=1400℃;当烧结温度低于Tc时,合成的材料致密性较低,且存在Nb3Si中间相;当烧结温度高于Tc时,可获得所需的Nb/Nb5Si3复合材料,而且随着烧结温度的提高,Nb颗粒尺寸变小,材料的致密性高达99.59%。

SPS熔铸制备Nb/Nb_5Si_3原位复合材料

利用SPS熔铸工艺成功制备了近理论密度的Nb/Nb5Si3原位复合材料,并用XRD、扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和电子能谱分析(EDS)研究复合材料的相组成和微观结构。结果表明,SPS熔铸的Nb/Nb5Si3复合材料组织由近球状的初生Nb颗粒与(Nb+Nb5Si3)共晶组织组成,且随着冷却速度增加,复合材料组织中的初生Nb颗粒和共晶组织变得细小。SPS熔铸工艺可同步实现Nb/Nb5Si3复合材料的原位合成与液态成形一体化,所制备Nb/Nb5Si3原位复合材料的密度达到理论密度的99.69%。

Al_2O_3P/Cu基复合材料与Nb钎焊研究

采用 Ag-20Cu-5Ti 对 Al2O3P/Cu 基复合材料与 Nb 的钎焊性进行了初步探讨。研究表明,通过在钎料中加入活性元素 Ti,可以减少和消除钎缝中的 Al_2O_3P颗粒,避免 Al_2O_3P颗粒在钎缝中的聚集,实现离子共价键 Al_2O_3P 向类金属键 TiO 转化,从而提高钎缝基体与颗粒相之间的匹配性。

Li_5La_3Nb_2O_(12)颗粒增强铝基复合材料阻尼性能的研究

Li5La3Nb2O12陶瓷颗粒作为添加剂并利用粉末冶金的方法制备金属铝基复合材料Li5La3Nb2O12/Al-80%。该复合材料在325 K的温度下阻尼值可以达到0.011(测量频率为1.6 Hz),是同温度范围下金属铝阻尼性能的5倍左右,并且该复合材料在室温附近的阻尼性能均超过了0.008,使得其在工业、科技方面有着十分广阔的应用前景。

原位反应合成Nb掺杂Al_2O_3/TiAl复合材料的显微结构分析

利用A l-Ti-TiO2体系原位反应合成了Nb掺杂A l2O3/TiA l复合材料。借助XRD和SEM研究了Nb掺杂A l2O3/TiA l的显微结构以及Nb引入量对复合材料显微结构的影响。结果表明,复合材料由TiA l、Ti3A l、A l2O3、Nb和NbA l3相构成,细小A l2O3颗粒分布于基体晶粒交界处,存在一定的团聚;Nb元素引入量的高低,可调节产物中TiA l和Ti3A l的相对含量,随Nb含量的增大,TiA l含量逐渐减少,Ti3A l则逐渐增大;同时,基体晶粒和A l2O3颗粒均有所细化,且分布逐渐均匀,材料的均匀性得到改善。

掺杂Nb_2O_5对RHP合成Al_2O_3-TiAl复合材料的影响

采用反应热压(RHP)工艺,利用Ti、Al、TiO2及Nb2O5之间的放热反应,在较低温度下制备了Nb2O5强化Al2O3/TiAl复合材料。借助XRD、OM及SEM等手段,考察了Nb2O5对Al2O3/TiAl复合材料的相分布及组织结构的影响。结果表明:材料产物由γ-TiAl、α2-Ti3Al、Al2O3和NbAl3相构成,Al2O3颗粒分布于基体交界处,存在一定的偏聚。Nb2O5的引入,使得γ-TiAl相含量减少,α2-Ti3Al相含量增大;基体晶粒有所细化,且分布逐渐趋于均匀。当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,组织主要由α2-Ti3Al/γ-TiAl层片状晶团组成,出现了较完整的γ-TiAl晶粒,属于近片层(NL)组织结构,层片状晶团的尺寸小于50μm,γ晶粒尺寸小于5μm。力学性能测试表明,当Nb2O5的引入量(质量分数)为6%时,材料的抗弯强度达到最大值,约为593MPa,硬度为4·77GPa;断裂韧度达到最大值,为8·93MPa·m1/2,具有可接受的力学性能。

添加Nb_2O_5对Al_2O_3/TiAl基复合材料在900℃空气中氧化行为的影响

利用热压工艺制备了添加2%、6%和10%Nb_2O_5的Al_2O_3/TiAl基复合材料,并研究了该材料在900℃空气中的高温氧化行为。结果表明:随着Nb_2O_5含量的增加,复合材料的氧化速率明显下降,其氧化动力学曲线近似于抛物线规律;所有材料氧化120 h后均形成了多层的氧化膜;Nb在表层的富集起到了扩散障的作用,既阻挡了氧原子的继续渗入,也阻碍了Ti原子向外扩散,使得复合材料的抗氧化性能随Nb_2O_5含量的增加而提高。

Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料组织和性能的影响

以Nb、Si、CNTs和Al粉末为原料,采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了Nb-20Si-2 mass%CNTs-xAl(x=0、1、2、3、4 mass%)复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)等对复合材料的组织结构进行了分析,研究了Al对CNTs增强Nb/Nb5Si3复合材料的组织和性能的影响。结果表明:Al能部分固溶于Nb5Si3和Nbss相中,多余的Al会与Nb反应生成AlNb3相,较均匀地分布中Nb5Si3相中,并大部分聚集在Nb/Nb5Si3的界面处。Al元素的加入能明显改善Nb/Nb5Si3复合材料的断裂韧性,随着Al含量的增加,复合材料的断裂韧性先升高后降低,其中Al含量为2 mass%时达到最大值,即6.94 MPa·m^1/2,相对于未加时提高了约56.9%。同时Al元素还能有效降低Nb/Nb5Si3复合材料高温氧化速度,提高高温抗氧化性能,而Al元素的加入量越高,其高温抗氧化性能越好。