Mo_(2)C-TiN_(0.3)复合材料的高温高压制备及性能

将Mo_(2)C和TiN_(0.3)粉体采用机械合金化和高温高压烧结相结合的方法进行分层烧结,并制备30%Mo_(2)C-70%TiN_(0.3)的烧结体复合材料,分析Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的物相组成、微观组织结构及力学性能。结果表明:Mo_(2)C和TiN_(0.3)间存在明显的相互扩散,且形成了2层不同的扩散层;随着烧结温度不断升高,Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的晶粒尺寸逐渐变大,会导致烧结体的机械性能变差;在烧结过程中有高硬高脆的MoC生成,能够维持Mo_(2)C-TiN_(0.3)烧结体的硬度在19.0~20.0 GPa,但会降低其断裂韧性。

高含量β相PVDF薄膜的制备技术及相形成机理研究进展

压电材料广泛应用于滤波器、微位移器、驱动器和传感器等电子器件中,在卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域也有着重要的地位。压电材料主要分为单晶体压电材料、多晶体压电材料、高分子压电材料和聚合物-压电陶瓷复合材料。其中高分子压电材料如PVDF具有良好的柔韧性、优异的热电和铁电性能,从而受到学者的广泛关注。本文对溶液浇铸、静电纺丝和拉伸这三种制备高含量β相PVDF的工艺方法进行了总结,指出了工艺种类和工艺参数对β相生成的影响,探讨了不同加工工艺下相转变的机理,并对高含量β相PVDF薄膜制备技术、相形成机理及PVDF薄膜的应用发展趋势进行了展望。

制备块体纳米/超细晶材料的大塑性变形技术

综述了采用SPD技术制备块体超细晶(UFG)和纳柬晶(NC)材料的几种新方法,如等通道角挤压、高压扭转、多向锻造、多向压缩、板条马氏体冷轧法、累积轧焊法、冷拔、反复弯曲平直法等,分析了采用这些工艺制备的块体纳米材料所共有的微观组织特点。着重阐述了SPD技术的研究进展。

石墨烯/Si/SiO_(x)纳米复合材料的制备及储锂性能研究

本文以三乙氧基硅烷为原料,在氧化石墨烯悬浮液中采用原位溶胶-凝胶反应和随后的H2/Ar气氛下热还原反应制备了石墨烯/Si/SiO_(x)(G//Si/SiO_(x))纳米复合材料。G//Si/SiO_(x)纳米复合材料中,粒径约20 nm的Si纳米粒子分布到非晶SiO_(x)基体中组成粒径为100~200 nm的Si/SiO_(x)纳米球随机分布在二维石墨烯片表面和层间。G//Si/SiO_(x)电极独特的纳米结构能够提供快速的电子传递通道和有效缓解循环过程中Si纳米粒子体积变化,促使电极具有良好的电化学储锂性能。作为锂离子电池负极材料,G//Si/SiO_(x)电极在电流密度200 mA/g下呈现出722.45 mAh/g的高初始可逆容量,300个循环后,可逆容量高达853.76 mAh/g,以及优异的倍率性能。

结合剂比例和cBN粒度配比对PcBN复合材料微观结构和性能的影响

在高温高压条件下制备了聚晶立方氮化硼(PcBN)复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等研究了结合剂配比和立方氮化硼(cBN)粒度对PcBN复合材料的成分、微观结构、显微硬度和磨耗比的影响。实验结果表明:在压力5.5 GPa,温度1400℃,保温10 min的烧结条件下,当V(TiN_(0.3))∶V(AlN)=70∶30时,PcBN复合材料性能较为优异,硬度最高达到22.7 GPa,磨耗比达到149.2;当PcBN复合材料中cBN粒度组合为V(0.5~1μm)∶V(2~5μm)∶V(5~10μm)=3∶5∶2时,颗粒之间的堆积密度达到最高,性能也达到最优。

热电材料及其高压合成

着重分析了高压合成技术在方钴矿、Bi_(2)Te_(3)基、SnSe基、PbTe基、Mg_(2)Si基等典型热电材料的制备及性能调控中的应用,阐释了该技术在推动热电材料发展的独到之处,对高压合成技术在热电材料领域今后的研究发展方向进行了展望。

高压技术及其在材料科学中的若干应用

介绍了高压科学中常用的几种高压发生设备,以及高压技术在材料科学中的若干代表性工作。物质在高压下发生物理、化学和结构等一系列变化。压力因此是发现新材料、新现象、新效应的源泉,在材料科学中起着越来越重要的作用。高压不仅是合成新材料的重要手段,而且在材料显微组织和性能调控方面作用明显,是发展高性能材料的重要途径。

1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题,首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型;随后开发了轧制过程中的厚度控制系统,并进行了辊缝调节量优化;最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象,选择两种典型的超高强钢进行生产测试,测试结果表明:超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

高能球磨技术制备Fe_(78-x)MxSi_(13)B_9磁性材料

采用高能球磨技术制备Fe78-xMxSi13B9软磁非晶合金粉体,利用X射线衍射仪、差示扫描量热分析仪、扫描电镜和振动样品磁强计分析过渡金属元素M(Zr、Nb、Mo)的添加对合金粉体微观组织结构、热稳定性及软磁性能的影响。结果表明,Zr、Nb的添加有利于Fe-Si-B系合金的非晶转变,其最大过冷液相区ΔTx为70.62 K,玻璃转变温度Tg和开始晶化温度Tx分别为785.05、855.67 K;饱和磁化强度Ms为111 emu/g,矫顽力Hc约为2 028.443 A/m。

钽掺杂FTO薄膜的制备及其光学电学性能的影响

采用气溶胶辅助化学气相沉积(AACVD)以单丁基氯化锡(MBTC)为锡源、氟化铵(NH 4F)为氟源、甲醇做溶剂、五氯化钽(TaCl_(5))为钽源在钠钙玻璃上成功沉积Ta掺杂的FTO(TFTO)薄膜。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X光电子能谱(XPS)、分光光度计、霍尔效应测试仪等设备分析了薄膜的物相组成、微观形貌、光学性能、电学性能和低辐射性能。结果表明,钽掺杂的FTO薄膜具有四方金红石结构,为N型半导体。当Ta/Sn为1%(原子比分数)时,可见光区段透射比T为74.18%、电阻率ρ为2.78×10^(-4)Ω·cm、载流子浓度n为1.44×10^(21)cm^(-3)、迁移率μ为18.73 cm^(2)/V·s、红外反射率R IR为94%、辐射率ε为0.12。

磁性微米二氧化硅和磁性微米聚苯乙烯微球的制备及表面功能化方法综述

磁性微米二氧化硅微球和磁性聚微米苯乙烯微球由于具备粒径可调控、表面富含官能团、易于磁性分离等优点,在生物医学、污水处理等领域发挥着重要作用,并且随着需求的提升,对微球的粒径等性能要求也越来越高。磁性二氧化硅微球和磁性聚苯乙烯微球由于其优良的性能受到了广泛地研究和关注,本文对磁性微米二氧化硅微米微球的制备、磁性微米聚苯乙烯微米微球的制备以及两种微球的表面功能化方法进行了综述,并介绍了利用微流控技术制备磁性微球新方法,微流控技术有望成为制备性能优良磁性微球的重要方法。

新型单相超材料的低频带隙和振动特性研究

低频振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题。本文提出了一种新型的单相超材料结构,有望应用于噪声控制。基于布洛赫(Bloch)定理和有限元方法(FEM),数值分析了这种新型结构的带隙特性和带隙形成机制,参数化分析了带隙与几何尺寸的依赖关系,用三维色散曲面、频率等值线、相速度和群速度等探究了波在结构中的传播特性,而且分析了有限尺寸晶格中的弹性波衰减,验证了带隙的存在对弹性波的有效抑制作用。结果表明,该新型结构具备优异的带隙特性,带隙对几何尺寸较敏感,可由此实现带隙的可调性,该新型结构能对1000Hz频率以内的弹性波起到很好的抑制。为低频超材料结构的设计开辟了一条思路。

镁基非晶复合材料制备、性能及应用的研究进展

综述了镁基非晶复合材料的制备,主要包括内生复合法和外加复合法;介绍了用这2种方法制得的镁基非晶复合材料的力学性能;讨论了其塑性变形机理,认为其综合力学性能得到很大改善的原因是在复合材料中的纳米相或第二相限制了剪切带的增殖和扩展。通过介绍其腐蚀性能发现,目前这方面的研究还较少,并介绍了镁基非晶复合材料目前的工程应用,提出将来的研究重点应是镁基非晶复合材料的制备和耐腐蚀性能。

机械合金化和放电等离子烧结技术制备Ti基大块非晶合金

将0.075mm的Ti,Cu,Ni,Sn4种金属粉按合金成分为Ti50Cu23Ni20Sn7进行配比,并在行星式球磨机中进行机械合金化(MA)球磨。试验中的球磨机转速为300r/m,球料比为10:1。XRD和DSC分析结果表明,经过30h球磨之后,金属粉末已经全部合金化,并且为非晶态结构。继续进行球磨只能减小粉末颗粒尺寸,却会引入更多的杂质,所以30h是制备Ti50Cu23Ni20Sn7非晶合金粉末最为合适的时间。SEM下观察发现,经机械合金化所获得的非晶粉为层状团聚结构。将所制备的非晶合金粉装入碳化钨模具中,并在放电等离子烧结(SPS)设备中进行快速烧结。其烧结的温度分别为480、490、500和510℃,烧结压力为500MPa,保温时间为1min。从XRD和DSC分析结果可以看出,烧结后的合金基体为非晶结构,并伴有少量晶化相。烧结件放在光学显微镜下观察可以看到少许缩孔和疏松等烧结缺陷。将温度为490℃下烧结的试件破碎,并将断口在SEM下观察可以发现,试件断裂方式为层状脆性断裂。试验结果表明采用机械合金化和放电等离子烧结技术可以成功制备出Ti基大块金属玻璃。

g-C_(3)N_(4)催化石墨化碳质材料的制备及光催化性能研究

通常采用以氢氧化物作为造孔剂,过渡金属硝酸盐或氯化物作为石墨化催化剂的传统两步法策略制备多孔石墨化碳材料。然而制备过程中多涉及有毒和腐蚀性试剂,且多步骤的过程耗时较长。本文以双氰胺为原料通过热缩聚反应得到g-C_(3)N_(4),采用高铁酸钾为催化剂一步法实现g-C_(3)N_(4)的同步碳化-石墨化,并研究其光催化性能。与传统的两步法相比,该方法耗时少、效率高、无污染。与初始的g-C_(3)N_(4)材料相比,石墨化g-C_(3)N_(4)衍生碳质材料不仅显著改善了可见光的吸收,而且大大增强了光催化活性。研究了不同石墨化温度对g-C_(3)N_(4)衍生碳质材料在可见光下降解甲基橙溶液的影响。700℃下制备的衍生碳质材料的降解率为12.4 mg/g。光电化学测试结果表明,多孔g-C_(3)N_(4)衍生碳质材料的光生载流子密度、电荷分离和光电流(提高了5.4倍)均得到显著提高。因此,该简便、灵活方法为提高g-C_(3)N_(4)衍生碳质材料的吸附和光催化性能提供了一种有前景的、高效的途径。

反应烧结制备TiC-Ti_3SiC_2梯度材料

采用Ti、Si、TiC粉末为原料,通过放电等离子反应烧结制备TiC-Ti3SiC2梯度功能材料。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段,分析梯度材料的相组成和微观结构特征。结果表明,采用放电等离子烧结,升温速度为100℃/min时,在1 350℃保温15 min、加压40 MPa,可制备出由TiC、TiC-20%Ti3SiC2、TiC-60%Ti3SiC2和Ti3SiC2（均为质量分数）4层组成的致密TiC/Ti3SiC2梯度功能材料。该梯度材料的各个分层均由TiC和Ti3SiC2两相组成。烧结后TiC晶粒有所长大,在TiC层中,TiC晶粒尺寸约4~10μm。反应生成的Ti3SiC2可抑制TiC晶粒长大,随着层中Ti3SiC2含量增加,TiC晶粒逐渐减小。Ti3SiC2晶粒呈板条状,长约10μm,宽约4μm。含Ti3SiC2梯度层间的界面结合较好,有一定厚度的过渡层。各层的硬度值随TiC含量的增加而增加。

机械合金化+热处理制备Ti_3AlC_2材料

采用3Ti/1.1Al/2C粉体为原料,通过机械合金化与热处理,制备高纯Ti3AlC2材料。采用XRD、SEM和EDS对试样的物相组成、微观形貌和微区成分进行分析与表征。结果表明,3Ti/1.1Al/2C粉体机械合金化9 h后,元素粉末间会发生化学反应,合成了TiC和Ti3AlC2的复合粉体材料。粉体材料的晶粒比较细小,颗粒直径约为0.5～2μm。同时产物中有一些坚硬、细小的块体出现,小块体中的TiC和Ti3AlC2晶粒发育良好,TiC晶粒大小约2μm,Ti3AlC2晶粒长约10μm、宽约2μm。对得到的机械合金化粉体进行热处理,经900℃保温2 h可获得组织细小（颗粒直径0.5～1μm）、高纯（96.6%）的Ti3AlC2材料。继续升温,会导致Ti3AlC2材料分解。温度升至1 300℃时,物相分析表明试样仅由TiC相组成,组织致密,TiC晶粒大小约5～10μm。

反应烧结制备Ti_2AlN-TiN复合材料

采用2Ti/2Al/3TiN粉体为原料,通过反应热压烧结,以制备Ti2AlN-TiN复合材料。采用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）结合能谱仪（EDS）分析试样。研究结果表明,在1350℃保温2h,压力为30MPa,可烧结得到组织细小、致密的Ti2AlN-TiN复合材料。材料中层片状Ti2AlN晶粒长约5m,TiN晶粒大小为1~2m。复合材料具有良好的机械性能,其显微硬度与弯曲强度分别达8.57GPa和450MPa。

谈金属材料开放与创新实验平台的建设

培养创新型人才是实验教学改革的重点,实验室是培养学生具有创新能力的最基础的教学环境。通过建立金属材料开放与创新实验平台,开展各种科技创新活动、项目式教学、专业技能比赛、学科竞赛、专业知识讲座和开设实验通识选修课,建立创新实验教师队伍,构建材料学院金属材料工程创新基地,进一步完善工程型人才教学培养模式。金属材料开放与创新实验平台的建立激发了学生的学习兴趣,提高了学生的动手能力,提高了教师的业务水平和素养,提高了仪器设备的使用率,学生取得了喜人的成绩,从而全面提高了学生的理论应用能力和工程实践创新能力,培养出了金属材料工程专业创新能力强、实践能力强的工程型创新人才,实现了人才培养战略。