超硬材料制品金属结合剂发展现状及未来发展需求

文章简要介绍超硬材料制品金属结合剂的国内外发展现状,阐述了目前单质金属粉末及预合金粉末的质量状态及评价体系对制品性能的影响,并提出了今后超硬制品用金属粉末的发展方向。

新型超硬材料I-4碳的第一性原理研究

应用基于粒子群优化算法的卡里普索(CALYPSO)晶体结构预测方法 ,发现了一种新型的具有四方结构的C的同素异形体,空间群为I-4,将其命名为I-4碳.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对I-4碳的电子能带结构、电子态密度、声子谱、弹性常数以及体弹模量进行研究.计算结果发现:I-4碳动力学稳定,并且具有较大的体弹模量(432.12 GPa)和剪切模量(488.46 GPa);同时,从理论上算出其维氏硬度值可达到83.35 GPa.计算结果表明:I-4碳有望成为一种潜在的超硬材料.

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

新型超硬正交BN同素异形体的第一性原理研究

应用第一性原理计算,提出一种具有正交结构的BN化合物(O-BN),空间群为Pbam.计算结果表明:O-BN具有较强的抗压缩性和较大的体弹模量(397.38 GPa),其理论硬度值可达到65.10 GPa.同时,与先前理论提出的BN同素异形体相比,O-BN的能量更为稳定.理想拉伸强度计算进一步表明O-BN是一种潜在的超硬材料.我们的研究结果为实验上合成BN化合物起到了重要的理论指导作用.

超硬MgB_2导体的高温高压合成

本文在国产六面顶高温高压设备上成功制备出具有超高硬度和良好导电特性的二硼化镁(MgB2)聚晶体材料.样品制备的压力和温度条件分别为5.5GPa和700～1000℃.光学显微镜观测表明,合成样品具有褐色金属光泽.通过X射线衍射对合成样品进行了晶体结构的表征.X射线衍射谱表明,二硼化镁晶体具有典型的六角结构,空间群为P6/mmm(191).晶格常数为,a=0.308nm,c=0.352nm.常态下,合成样品的显微硬度、体密度和电阻率分别被测量.其显微硬度为4109.5 kgf/mm2,常态下电导率为2.42×10-6Ωm.这些特性决定着硼化镁聚晶有着潜在的应用价值.

高温高压下利用金刚石压腔实验技术对材料Raman光谱的研究

金刚石对顶砧装置(diamond anvil cell,DAC)是静态超高压装置的一种,由于金刚石具有高的硬度和良好的透光性,因此这种装置所实现的压力和能测量物性的种类都优于其他高压装置。Raman光谱是表征物质结构及其变化的一种重要手段,DAC超高压实验技术与激光Raman光谱测试方法相结合,为高压下物质结构相变研究提供了一种有效途径。实验利用金刚石压腔实验技术在高温高压条件下对氧化镓、硫酸锶固体材料进行了Raman光谱的测量。

超纯与掺杂金刚石大单晶的高温高压合成

金刚石是集最高硬度、最高热导率、最宽透光波段、高载流子迁移率、高击穿电压等诸多优异的物理和化学性能于一体的极限性功能材料,广泛用于钻饰、工业、科技、地学、生物医学和国防等领域。金刚石根据其内部氮和硼杂质的含量及存在形式可分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb四种类型。在长期对金刚石合成的研究中,本课题组已在实验室成功实现了上述四类金刚石的合成,在此基础上还研制了超纯金刚石单晶,以及氢协同掺杂、硼协同掺杂、硫协同掺杂等多元协同掺杂功能金刚石单晶,使我国成为继美国、日本、英国等国之后能够人工合成多种宝石级金刚石单晶的少数国家之一。文章对所合成的Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb四类金刚石以及超纯金刚石、高氮金刚石、硼基半导体金刚石等进行了介绍,阐述了不同类型金刚石的特点及其应用价值,对合成大尺寸、高质量、具有实际应用前景的金刚石大单晶具有重要指导意义。

高压下新型超硬Im2-CN2晶体的电子结构和光学性质

本文采用密度泛函理论研究高压下Im2-CN 2的电子结构和吸收系数、反射率、折射率、光导等光学性质,得出了以下点结论:随着压强的增大,Im2-CN 2的带隙宽度从0.13 eV增大到0.58 eV;Im2-CN 2的价带顶的电子态主要是由C-2 p态和N-2 p态贡献,导带底的电子态主要是由C-2 p态、N-2 p和N-2 s态贡献;随着压强的增大,Im2-CN 2介电常数、吸收系数、反射率、折射率、光导等都会发生蓝移,这与带隙宽度的变化规律一致。Im2-CN 2在紫外区有良好的吸收谱,最高达500000 cm-1,是潜在的紫外吸收材料;在可见光区折射率实部维持在2.7~3.2,可用于光导纤维涂层材料。

金刚石-碳纤维复合材料的高温高压合成及组织结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶方法在金刚石微粉及碳纤维表面包覆一层非晶氧化硅凝胶膜,将二者以不同比例混合后在1350℃、5 GPa条件下进行高温高压(HTHP)处理,合成出了以氧化硅为界面结合相的金刚石-碳纤维复合块体材料,并发现组织中出现了原位生成的纳米针。利用扫描电镜(SEM)、扫描电镜能谱分析(EDS)、X-射线衍射(XRD)等手段研究分析了复合材料中金刚石/碳纤维间的界面组织结构特性。对HTHP合成样品进行了热重分析,结果表明,复合材料在580℃后失重明显,其抗氧化能力较金刚石原料微粉提高了80℃。

硫协同掺杂金刚石单晶的合成

金刚石是目前世界已知物质中集最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、最快声速、抗强酸强碱腐蚀、抗辐射、击穿电压高、载流子迁移率大等多种优异性能于一体的极限性功能材料,广泛应用于工业、科技和国防等领域。掺杂金刚石单晶除具有金刚石本身的优异性能外,还赋予金刚石新的功能特性,引起了科研工作者的广泛关注。硫元素在天然和人工合成金刚石中具有独特的角色,不但其本身可作为合成金刚石的触媒,而且在调配金属触媒特性方面具有独特作用。硫协同掺杂金刚石单晶在调控金刚石内部色心、探索n型金刚石的制备等方面也起着重要作用。文章着重介绍课题组多年来在铁基含硫体系合成工业金刚石单晶,以及硫协同掺杂大尺寸金刚石单晶方面的研究进展。

高校中小型高性能集群系统的建设及管理实践

理论模拟实验室是高校各级科研单位开展教学和科研工作的重要支撑平台。如何建设可持续发展且具有高性价比的高性能计算集群系统,并实现集群系统的高可用性和安全使用是各级科研单位集群系统建设和管理的重要问题,也是理论模拟实验室在“双一流”建设中所要面对的重要任务之一。基于吉林大学原子与分子物理研究所共享集群系统的建设、管理和维护实践,提出集群软件等公用资源共享使用、计算资源统一规划、分级管理,并结合自行开发的集群监控管理系统,利用手机端进行集群状态监控,发现异常即时处理,从而提高集群系统管理效率和确保集群系统稳定运行,为学科发展提供重要支撑。

三氧化钼超细颗粒的形态调控制备研究

以乙二胺为溶剂,并与仲钼酸铵发生反应,再经煅烧制备了50-200nm的MoO3超细颗粒。研究了煅烧温度和表面活性剂对MoO3微晶形貌和粒径的影响,用X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和X光能谱仪(EDX)等测试手段对超细粉末颗粒进行了表征,并研究了其形成机理。

超声波作用下共沉淀法制备牙科纳米3Y-ZrO2粉体

目的:制备分散性好、粒度均匀的纳米3Y-ZrO2粉体,为牙修复用ZrO2纳米复合陶瓷的研制奠定基础。方法:以乙醇为溶剂,应用化学共沉淀法,分别在低频超声波(A组)和非超声波(B组)作用下制备ZrO2纳米粉体,并通过XRD及透射电镜扫描等进行表征,分析低频超声波对粉体制备的影响。结果:A和B组前驱体经600℃煅烧后,分别得到粒径为D101=15.58nm和D101=18.16nm的纳米级四方相3Y-ZrO2粉体;随煅烧温度升高,两组粉体密度均增大,比表面积均减小,1000℃煅烧后,A和B组粉体密度分别为5.63和5.77g.cm-3,比表面积分别为28.96和26.01;透射电镜照片显示,A组前驱体分散性好于B组,所制得的纳米粉体近似球形,随煅烧温度增高粒径增大。与B组比较,A组纳米粉体晶粒粒径小,且粒度分布窄、分散性好。结论:低频超声波作用下制备的纳米级3Y-ZrO2粉体具有粒径相对较小、分散性好、粒度更为均匀的优点,低频超声波作用可以产生良好的反团聚效果。

硬质合金高压熔渗制备聚晶立方氮化硼复合片

在高温高压条件下(HPHT,5.2GPa,1450℃),通过硬质合金基体的高压原位熔渗法,制备了质地均匀的Φ15×5mm的聚晶立方氮化硼(PcBN)复合片。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)等考察了PcBN复合片的组织形貌及物相成分,并对其界面复合机理进行了探讨。实验结果表明,硬质合金(WC-Co)基体中WC及Co通过熔渗扩散到立方氮化硼(cBN)层,通过WC、MoCoB、Co3W3C等粘结相,实现了PcBN复合片的界面复合,PcBN层形成致密的"混凝土"结构。

高压合成La填充型CoSb_3方钴矿热电材料及其电输运性能

采用高温高压手段,在压力3.5 GPa、温度900 K的条件下。

着色渗透法检测硬质合金顶锤表面缺陷的可行性研究

利用着色探伤剂对硬质合金顶锤的表面缺陷进行了检测。介绍了其检测工艺。对检测结果进行了分析。证明着色渗透法检测顶锤表面质量是可行的。

全固态Nd:GdVO_(4)四倍频228 nm深紫外激光器

在室温下实现全固态Nd:GdVO_(4)激光器四倍频228 nm深紫外脉冲输出。本文采用LD端面泵浦912 nm Nd:GdVO_(4)、声光调Q技术和LBO/BBO级联倍频产生228 nm脉冲激光,并通过理论和实验优化激光器参数设计,最终在LD泵浦功率为23.5 W时,重复频率在10 kHz下,获得了平均功率为14 mW的228 nm深紫外光输出,其脉冲宽度为59 ns,光斑呈椭圆形。

新型纳米材料Ca_(0.8)Sr_(0.2)TiO_3∶Pr的合成及表征

文章采用溶胶-凝胶法合成Ca0.8Sr0.2TiO3∶Pr纳米粉体,用X射线衍射,TG-DTA测试技术,紫外可见光吸收光谱进行结构表征,分析了不同温度下Ca0.8Sr0.2TiO3∶Pr的粒径大小以及结构变化。

高压烧结AlN陶瓷体材料的微观结构分析

用国产六面顶压机在5.0GPa、1200℃～1700℃条件下实现了以稀土氧化物为助剂的AlN陶瓷体的高压烧结。对制备的AlN高压烧结体进行了高压热处理。用SEM对AlN高压烧结体的微观结构进行了表征。研究表明:高压制备陶瓷体材料能够有效降低烧结温度和缩短烧结时间,烧结温度最低温度达到1200℃,可比传统烧结方法降低400℃以上。在5.0GPa/1400℃/50min条件下制备的AlN高压烧结体出现穿晶断裂模式。高压热处理使得晶粒明显长大,形成了等轴晶粒组织。

叶蜡石常规三轴压缩下力学性能的实验研究

对天然叶蜡石及经不同温度焙烧的粉压叶蜡石进行了常规三轴压缩实验,分析了峰值应力、弹性模量等力学参数。研究结果表明,岩样的峰值应力都随着围压的增大而增大。相比于粉压叶蜡石峰后从应变软化转化为理想塑性,天然叶蜡石表现出相对的脆性。而经不同温度焙烧的粉压叶蜡石之间,以及焙烧过与未焙烧的粉压叶蜡石之间都存在着明显的力学性能的差异。