化学气相沉积法合成金刚石的研究进展

为了更深入地了解化学气相沉积法合成金刚石,对化学气相沉积法合成金刚石的主要类型、合成的金刚石结构及主要形态和主要应用领域进行了综述。化学气相沉积法合成金刚石的方法可分为微波等离子体化学气相沉积法、热丝化学气相沉积法和直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法。化学气相沉积法合成的金刚石的形态主要有金刚石单晶、微纳米级多晶金刚石膜和类金刚石膜。该法合成的金刚石主要用作钻石培育、刀具涂层、半导体器件材料、水处理电极材料以及其他功能材料。由于该合成金刚石在质量、尺寸、净度、功能等方面的众多优势,预计在未来几十年内,在产量上快速赶上高压高温法,在质量上超过高压高温法。为了加快化学气相沉积法合成金刚石的发展,应该从提高速率、提升质量、加大尺寸、细化功能四个方面深入开展化学气相沉积法合成金刚石的技术研发。

PcBN复合材料及其用作刀具的发展现状研究

为了更深入地了解聚晶氮化硼复合材料及其用作刀具研究的发展现状,对氮化硼的多样性、聚晶氮化硼复合材料的制备、聚晶氮化硼刀具的发展历程和应用等进行了综述。氮化硼主要有六方氮化硼微晶、六方氮化硼纳米片、立方氮化硼超硬材料、聚晶立方氮化硼。聚晶氮化硼复合材料的合成方式有高压烧结和低压烧结两种,高压烧结已经应用于聚晶立方氮化硼刀具生产,而低压烧结在制备大块体尺寸的聚晶氮化硼复合材料时更有优势,应加快低压烧结技术的研发。

基于压滤机板框应用的聚丙烯复合材料研究进展

采用共聚聚丙烯和热塑性弹性体等树脂分别与聚丙烯共混,均可提高聚丙烯复合材料的冲击强度。通过添加经表面处理的微纳米碳酸钙,能够在保持聚丙烯基体树脂拉伸强度的同时,提高相应复合材料的冲击强度。玻璃纤维增强或聚丙烯纤维自增强均能提高聚丙烯复合材料的拉伸强度和压滤机板框制品的尺寸稳定性。

超硬材料包覆新技术研究综述

为了提高超硬材料工具或制品的性能并延长其使用寿命,对超硬材料进行表面包覆,不仅可以明显提高超硬材料与基体的机械结合强度,还具有改善超硬材料耐用性、热稳定性、分散性和抗氧化性能等作用。通常,超硬材料表面包覆的方法主要有化学镀、电镀、真空微蒸发镀、物理气相沉积、化学气相沉积等。采用超硬材料表面包覆新技术,包括熔盐处理、钎焊、溶胶凝胶法、异质外延生长、等离子体烧结、自蔓延烧结、静电纺丝等新技术实现了超硬材料的表面包覆,可以针对特定的使用目的和需求,采用不同的技术在超硬材料表面对组织结构、形貌、物理和化学成分进行复合设计、修饰和性能调控,对相关研究成果进行了综述。

高性能工程工具截齿材料的研究进展概述

截齿在煤炭或石油开采、地质钻探、地下工程施工、矿山开采及山体隧道施工等领域的应用必不可少。截齿在高冲击、高应力、高磨损情况下使用,很容易失效,所以截齿材料一直在不断发展和变化。主要针对截齿用硬质合金、超硬材料硬质合金复合材料和最新研制开发的整体超硬聚晶材料的性能、制备方法和应用情况进行了分析和综述。

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。

静电纺丝聚丙烯腈基杂化复合纤维制备及其应用研究现状

聚丙烯腈是用于静电纺丝的主要高分子聚合物原料,采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈基杂化复合纤维,或再经预氧化炭化制备纳米碳纤维的研究已取得了许多有意义的成果。为了对静电纺丝制备聚丙烯腈基有机无机杂化复合微纳米纤维及其碳纤维更深入的了解,介绍了静电纺丝的相关基本原理和技术进展。对以聚丙烯腈为主要聚合物原料,添加或不添加其他有机及无机化合物,通过静电纺丝制备聚丙烯腈基杂化复合纤维的主要类型、改性方法和应用领域进行了综述。对聚丙烯腈基杂化复合纤维及其碳纤维开展了许多实际应用研究,主要应用领域集中在燃料电池、离子电池和电容器等新能源材料,卫生过滤材料,水处理及气体净化的吸附和光催化降解材料,催化剂载体材料,传感器材料,电磁波吸收和屏蔽材料。

电纺制备聚丙烯腈/氮化硼杂化复合纤维及其结构、性能研究

针对聚合物材料导热性差的问题,为了改善聚合物填充复合材料的导热和吸附等性能,以聚丙烯腈和氮化硼为原料,利用静电纺丝方法制备了聚丙烯腈/氮化硼(PAN/BN)有机无机杂化复合纤维。采用扫描电镜、热分析、红外光谱、X射线衍射仪、激光导热仪和比表面积及孔隙度分析仪对复合纤维进行了结构和性能表征。实验通过改变聚丙烯腈和氮化硼在纺丝溶液中的质量比,研究了纤维中不同氮化硼含量对复合纤维形态、结构和性能的影响。结果表明,通过静电纺丝能够把氮化硼包覆并均匀分散在聚丙烯腈聚合物中,可有效改善聚合物的导热和吸附性能。随着纤维中氮化硼含量的增加,材料的热导率增加,当BN质量分数为54.5%时,纺制得到的PAN/BN杂化复合纤维的热导率最高达到3.977 W/(m·K),比热导率为0.048 W/(m·K)的纯PAN纤维高82.8倍左右。

多形貌六方氮化硼的制备及其应用研究进展

六方氮化硼(hBN)是一种用途极广的新型陶瓷材料,具有高疏水性、导热、电绝缘、抗氧化、导热性、高化学稳定性、机械强度和储氢能力等特殊的物化性质,可广泛应用于多种研究领域。hBN具有多种不同形貌。本文按照形貌的不同分别介绍了hBN纳米片、纳米管、纳米纤维、纳米薄膜、微球以及特殊形貌hBN的合成方法及研究现状。分析了hBN制备过程中存在的不足,展望了多形貌hBN合成的发展趋势。

超硬材料合成方法、结构性能、应用及发展现状

为了对超硬材料有更深入的了解,对以金刚石和立方氮化硼为主的超硬材料的合成方法、发展历程、结构与性能及应用领域进行了综述。金刚石的合成方法主要有静压触媒高压高温法、化学气相沉积法、动压爆炸法或爆轰法。经过几十年的发展,我国超硬材料制造技术和装备已经处于国际先进水平。超硬材料除了硬度高之外,还有许多优良的物理力学和化学性能,广泛应用于磨具、刀具、锯切、钻进等超硬材料工具和新型功能材料。

镁基触媒合成立方氮化硼的研究

采用金属镁粉与六方氮化硼(HBN)为原料,按质量比1∶1的比例混合均匀后在700℃温度下进行氮化处理,得到氮硼化镁混合物,将其作为触媒和六方氮化硼在高温高压条件下合成立方氮化硼(CBN)。实验结果表明,氮硼化镁与1500℃条件下制备的HBN可合成出单产高、粗颗粒比例高的CBN单晶,其80/100粒度单晶冲击强度(TI值)可达到51.3%。

高压高温烧结PCBN的工艺参数及其切削性能研究

聚晶立方氮化硼有着优异的理化性能,是切削刀具的理想材料。通过高压高温烧结制造工艺,探究PCBN烧结工艺中温度与压力对其性能的影响,并将制备的PCBN刀具进行GCr15淬火钢切削实验。结果表明:压力在4.5~5.5 GPa范围内,PCBN的硬度和抗弯强度随着压力的升高而增加;烧结温度的升高使PCBN的硬度和抗弯强度在前期增加显著,当烧结温度到一定值时,PCBN的硬度和抗弯强度增加幅度平缓;合成温度和压力二者都低的条件下制备的PCBN,切削实验中切削路程较短,且刀具易崩刃失效。

水基抛光液的分散性改善方法和应用研究综述

基于微纳米级无机粉体磨料能够在其他材料中均匀分散的特性,以不同磨料的水基抛光液为代表,介绍了提高氧化铈、氧化铝和纳米金刚石3种抛光液分散性的方法,以及分散性的研究方法。采用球磨、超声处理、化学表面修饰和加入分散剂等方法,可以改善磨料的分散效果。以水基氧化铈抛光液、水基氧化铝抛光液和水基纳米金刚石抛光液为例,介绍了抛光液的制备、分散方法以及主要应用领域,并对比分析了不同磨料抛光液应用于微晶玻璃的抛光效果。

Co/Al金属在聚晶立方氮化硼中的作用及加工适用性

通过正交试验和切削试验相结合的方法,检测聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体的硬度和强度,分析并观察烧结体组元相互熔渗状况以及微观形貌,探索了Co/Al金属对PCBN烧结体的影响以及不同结合剂含量PCBN的加工适应性。试验结果表明:CBN含量和Co含量对PCBN的抗弯强度和硬度影响显著;在刀具材料的选择上,高PCBN浓度的刀具适合加工灰铸铁,低PCBN浓度的刀具适合加工淬硬钢;Co/Al金属能够通过高温高压在PCBN层和硬质合金基体之间进行相互熔渗,导致PCBN层在距硬质合金10~20μm处Co含量达到最大值;PCBN的失效为穿晶断裂方式。

ZrO2对陶瓷结合剂CBN磨具性能的影响

陶瓷结合剂立方氮化硼磨具具有高耐磨性、高切削效率、高耐热性、良好的自锐性以及较长的使用寿命。本文以Na2O-Al2O3-B2O3-SiO2基础玻璃加入ZrO2来制备陶瓷结合剂,研究ZrO2加入量对立方氮化硼磨具性能的影响。结果表明:随着ZrO2含量的增加,结合剂的耐火度提高,高温流动性变差,且ZrO2能够促进玻璃相析晶;当ZrO2的含量为1%时,磨具试条的硬度达到HRB110.6,抗弯强度为68.23MPa,提高了27.9%,同时耐磨性急剧提高,磨耗比提高119%。

基于PcBN应用的立方氮化硼触媒法高压高温合成

聚晶立方氮化硼(PcBN)具有优异的高硬度、耐热和耐磨等多种物理性能,已经成为重要的刀具材料,应用领域广阔。立方氮化硼(cBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料,利用cBN的超硬特性,可以制成聚晶立方氮化硼。以六方氮化硼(hBN)为原料,经静态触媒法超高压高温反应,可以得到PcBN特殊要求的cBN。研究了hBN预处理后的粒度和结晶度,合成cBN的二阶升压工艺中暂停时间及台阶压力,诱导剂的添加等工艺变化对cBN合成的影响。采用N2气氛热压烧结法对hBN进行预处理,明显改变了hBN的结晶度,但是其粒度变化不大。对于粒度相近的hBN,其结晶度的变化对cBN合成结果影响更显著。采用较低结晶度的hBN合成cBN时转化率较高,cBN晶体的粒度相对较小,正是合成PcBN的理想原料。合成cBN时,台阶压力高,cBN成核较多;台阶压力低,成核少;台阶压力低时,晶粒较大,晶形明显变好。随着暂停时间的延长,cBN的成核率降低,产量减少,粒度明显增大,晶形完整率提高。通过添加B、Si或Ce等晶形诱导剂,可以调整cBN晶体的颜色、晶形和杂质含量等。为了得到用于制备PcBN的高质量cBN,控制合成工艺条件为:台阶压力4.0GPa,终态压力4.6GPa,暂停时间15s,合成温度1 390℃。

六方氮化硼的合成及表征

以硼酸、三聚氰胺为原料,通过高温反应,在氮气气氛下制备出六方氮化硼(h-BN)样品。考察了硼酸与三聚氰胺物质的量比、焙烧温度对h-BN产率、纯度及形貌的影响。制备h-BN最佳工艺条件:硼酸与三聚氰胺物质的量比为4.0∶1,1 000℃焙烧2 h,1 400℃焙烧2 h。在此条件下h-BN产率为25%、纯度为97%、粒度约为250 nm。

前驱体法制备多形貌介孔h-BN

以硼酸和三聚氰胺为主要原料,经微波反应,制得了不同形貌h-BN样品,分别对样品的形貌、结构、纯度和吸附性能进行了表征。研究结果显示:与烘干干燥方式相比,冷冻干燥获得的样品更为细长,冷冻处理获得样品的长径比是烘干处理的3~6倍;与未添加表面活性剂的样品相比,添加表面活性剂制得的样品轮廓更为鲜明;添加盐不仅可以促进晶体生长,能使样品的形貌呈现多样性,可以产生方片状和原片状的纳米片。此外,该方法所得的h-BN具有较多的介孔,对亚甲基蓝具有较好的吸附能力,10 min吸附率高达91%以上。

六方氮化硼微晶的合成及其应用发展现状

六方氮化硼(hBN)具有与石墨类似的结构,密度小、热膨胀率低、透波、电绝缘、高导热、耐腐蚀、化学耐久性和热稳定性优良,可广泛应用在超硬材料、涂料、电子器件、润滑、化妆品等领域,是不可多得的功能材料。目前,hBN合成方法很多,行业内主要采取低温法和高温法。对hBN微晶材料进行功能修饰,可大幅度改善其与基体的相容性、润湿性,提高hBN复合材料的性能,拓展hBN的应用。以六方氮化硼为研究对象,综述了hBN的合成方法、功能改性、陶瓷制品制备方法和主要应用情况等。