CBN—TiN—A1的高压烧结及烧结体切削性能分析

中研究了CBN—TiN—Al静高压烧结体的显微硬度、相变和显微结构，烧结在5．8GPa，1200℃和1400℃，烧结时间为30分钟。显微硬度都随着样品中的CBN的含量增加而增加，并且在75vol％的CBN，13vol％的TiN和12vol％的Al时在两个温度下，显微硬度都达到最大值30．7GPa．。大多数情况是1200℃烧结比1400℃烧结具有更高的显微硬度，高压烧结过程中CBN，TiN和Al之间发生了化学反应，发现了新的化合物TiB和AlN，透射电子微镜(TEM)的分析显示，CBN和TiN颗粒被不同厚度的AlN层包裹着，并且TiB2和AlN聚集在一起。     

B_6O/TiB_2复合材料的高温高压反应烧结

以B和TiO2为初始原料,依据压力可抑制原子长程扩散的动力学效应,通过高温高压(4~5GPa,1 200~1 500℃)一步反应烧结法制备B6O/TiB2复合材料。当B和TiO2物质的量之比为14.0∶0.8时,在5GPa、1 200℃、保温30min条件下得到的烧结样品性能较好,非晶硼(纯度93%~94%)过量混合粉末样品的硬度最高约为29GPa,高纯晶体硼(纯度99.99%)过量混合粉末样品的硬度最高约为32GPa,相对密度可高达99%。实验结果表明:高压抑制晶粒过度长大,同时又有利于B6O的合成,使其合成温度比常压下有所降低;在高压反应烧结过程中,合成的第二相TiB2晶粒和样品中的非晶相有效地消耗了残余应力,起到了增韧作用。     

放电等离子烧结制备纳米Ni块体材料

 采用自悬浮定向流法制备纳米Ni粉体,利用放电等离子烧结技术制备出了直径10 mm、厚2 mm,致密度为96.8 %,显微硬度为4.17 GPa的纳米块体材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计分析了烧结块体样品的相组成、晶粒尺寸、微观形貌和显微硬度。研究表明：随烧结温度的升高,块体样品的致密度和晶粒尺寸增大,当烧结温度为650 ℃时,致密度最高,晶粒尺寸为44.8 nm;显微硬度随烧结温度的增高先增大后减小,当烧结温度为550 ℃时,显微硬度最大为4.33 GPa;较高烧结温度下,断口微观形貌的纳米级韧窝出现,显示了韧性断裂的特征。     

TiN/TiB2异结构纳米多层膜的共格生长与力学性能

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同TiB2调制层厚度的TiN/TiB2纳米多层膜.利用x射线衍射仪、高分辨电子显微镜和微力学探针研究了TiB2层厚变化对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,在fcc-TiN层(111)生长面的模板作用下,原为非晶态的TiB2层在厚度小于2.9nm时形成hcp晶体态,并与fcc-TiN形成共格外延生长;其界面共格关系为{111}TiN∥{0001}TiB2,〈110〉TiN∥〈1120〉TiB.由于共格界面存在晶格失配度,多层膜中形成拉、压交变的应力场,导致多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别达到46.9GPa和465GPa.继续增加TiB2层的厚度,TiB2形成非晶态并破坏了与TiN层的共格外延生长,多层膜形成非晶TiN层和非晶TiB2层交替的调制结构,其硬度和弹性模量相应降低.     

高温高压烧结高硬度高致密度块体金属钨及钨基合金W-TiC

采用高温高压烧结方法,烧结纯钨和TiC颗粒弥散增强W-TiC合金材料,对钨及W-TiC合金的烧结致密化行为和力学性能进行了研究。结果表明:在压力为5.0GPa、温度为1 500℃的条件下烧结15min可获得良好的烧结样品,块体钨的致密度达到99.3%,硬度达到6.43GPa;在相同的高温高压烧结条件下,添加质量分数为1.5%的TiC,获得的W-TiC合金致密度达到99.0%,硬度达到7.58GPa。极端高压环境不但能抑制钨及钨合金在烧结过程中的晶粒长大,还能降低烧结温度,提高烧结效率,增加烧结体的致密性。在此基础上进一步探索了钨及钨基合金W-TiC的高压烧结动力学、微观结构、机械性能与烧结压力和烧结温度的关系。     

烧结压力对碳化钽陶瓷维氏硬度的影响

为了探究烧结压力对不同晶粒尺寸碳化钽(TaC)力学性能的影响,通过高温高压技术对纳米、微米尺寸TaC粉末进行高温高压烧结,制备不同烧结条件下的块状TaC陶瓷。利用X射线衍射等表征方法对烧结样品的物相、元素分布、压痕形态进行表征,结果表明:TaC在烧结过程中物相稳定,且无杂质渗入。利用维氏硬度计对不同烧结压力(3.0、4.0和5.5 GPa)条件下的3种陶瓷样品进行维氏硬度测试,并进行微观结构分析,结果表明:随着烧结压力由3.0 GPa提升到5.5 GPa,微米尺寸TaC的维氏硬度(21.0 GPa)优于3.0、4.0 GPa下的纳米尺寸TaC维氏硬度(17.5、19.2 GPa)。此外,研究发现,测试维氏硬度时,3.0 kg应用载荷对测试TaC维氏硬度更加精确。研究结果对结构陶瓷烧结和超高温陶瓷硬度研究具有指导意义。     

纯PCBN高压烧结行为与工艺规律

采用粒度为10μm的纯cBN微粉在不同的高压烧结工艺参数(烧结压力、温度和时间)下制备了纯聚晶立方氮化硼(PCBN)烧结体。利用扫描电镜观察了PCBN烧结体的微结构,并测试了其耐磨性和抗压强度,进而讨论了压力、温度和烧结时间对纯PCBN烧结体性能的影响规律。结果表明:对纯PCBN烧结体性能影响最大的因素是烧结压力,其次是烧结温度和时间;在本实验条件下,当压力为9GPa、温度为1 700℃和烧结时间为240s时,高压烧结得到的纯PCBN烧结体样品性能最优,其磨耗比为10 200,抗压强度为2.52GPa。     

ZnO纳米块体材料的制备及其性能的研究

采用连续成型方式压制了纳米ZnO素坯，考察了素坯密度、烧结时间、致密化温度等参数与 成型方式的关系.用场发射扫描电镜表征了烧结体微观组织特征.测定了ZnO纳米块体材料中 硬度随烧结温度的变化规律.结果表明，采用连续成型方式可使素坯密度提高56％、烧结时 间缩短了3h、致密化温度降低200℃.场发射扫描电镜显示烧结体内部密度及颗粒尺寸分布 均匀.硬度测定结果显示ZnO纳米块体材料中显微硬度随烧结温度的变化不是单调的，而是随 烧结温度的升高显微硬度先升高后降低，拐点对应的晶粒尺寸为50—60nm. 关键词： ZnO纳米块体 连续成型 硬度     

AIN 纳米线高压相变的 Raman 光谱特征

利用金刚石对顶砧(DAC)技术和显微 Ramana 光谱原位测量技术,在0～33.1 GPa 压力范围对 AIN 纳米线进行了高压相变研究.在24.4 GPa 附近,A1(LO)振动模式呈现出较大的非对称性宽化的特征,表明发生了六角纤锌矿到立方岩盐矿的结构转变.岩盐矿结构 AIN 纳米线的无序声子散射导致了高压相的Raman 散射信号.卸压后,高压相的 Raman 光谱特征被保留下来.根据纤锌矿结构 AIN 纳米线的振动模式频率随压力的变化关系,讨论了 AIN 纳米线和体材料在转变路径上的区别,并计算了纤锌矿结构中对应不同声子模式的格林爱森常数.     

二硼化钛的高温高压制备及其物性

以化学计量配比的Ti,B元素为原料,在高温高压条件下成功制备出颗粒均匀、致密性大于99％的二硼化钛(TiB2)体材料.物性测试结果表明:TiB2的维氏硬度高达39.6 GPa(接近超硬材料的40 GPa);并呈现出金属导电特性,电阻率在10-8 Ω.m的数量级(接近TiB2单晶样品值).TiB2的高硬度与金属特性,可能与该方法制备的TiB2体材料中均匀的细小晶粒尺寸有关.该方法为制备功能陶瓷材料提供了新的思路.     

Al2O3添加量对超高压烧结SiC的影响

碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热膨胀系数小、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，已经在很多领域获得应用。文中探索采用超高压烧结工艺烧结低Al2O3助剂添加量（质量分数O%-7％）的纳米SiC粉末，研究了烧结体的物相组成、化学成分、显微结构及显微硬度等。     

采用真空热压技术制备纳米金属钨块体材料

 采用真空热压技术,在570 ℃和1 GPa的条件下成功制备具有单相α-W结构、平均晶粒尺寸为34 nm、尺寸为Φ10 mm×1 mm的难熔金属钨纳米块体材料,其密度为理论密度的88.8%,显微硬度为4.8 GPa。纳米金属钨的密度和显微硬度随热压温度、热压压强和热压时间增大而升高。     

TiN/Al2O3纳米多层膜的共格外延生长及超硬效应

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同Al2O3调制层厚度的TiN/Al2O3纳米多层膜.利用X射线能量色散谱、X射线衍射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的成分、微结构和力学性能.研究结果表明,在TiN/Al2O3纳米多层膜中,单层膜时以非晶态存在的Al2O3层在厚度小于1.5 nm时因TiN晶体层的模板效应而晶化,并与TiN层形成共格外延生长,相应地,多层膜产生硬度明显升高的超硬效应,最高硬度可达37.9 GPa.进一步增加多层膜中Al2O3调制层的层厚度,Al2O3层逐渐形成非晶结构并破坏了多层膜的共格外延生长,使得多层膜的硬度逐步降低.     

一种物理气相沉积涂层装置

科学技术的发展已允许人们在物件表面上覆盖一至数层另一些材料的薄层,从而显著改善它们的性能以满足各种使用要求.物理气相沉积(PVD)涂层是有效方法之一.例如,切削刀具无论是高速钢的还是硬质合金的,经过TiN,Ti(NC),Al2O3等超硬涂层处理后,其表面硬度分别由原来 6GPa和 17GPa提高到20GPa和30GPa 以上,甚至可达到50GPa;减小摩擦系数,降低切削力使切削速度大幅度增加到 200m/min,效率提高 30%以上,耐用寿命延长 2-10倍,净节省费用 40%,节约能耗35%.一个中等机械厂年刀具消耗费通常为30—50万元,因此国外机械加工工具都朝上述方向发展…     

纳米BaTiO3陶瓷的超高压烧结

将10 nm钛酸钡粉在6 GPa超高压条件下进行烧结,得到了晶粒大小约为30 nm的钛酸钡陶瓷.用扫描电子显微镜和原子力显微镜观测了样品的微观结构.研究表明,由于超高压能够压碎纳米粉体中的团聚体,而且能增加烧结的驱动力,降低成核的势垒,从而使成核速率增加;同时由于扩散能力的降低而使生长速率减小,所以超高压烧结能在较低的...     

基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究

采用电化学腐蚀制备多孔硅，利用场致发射扫描式电子显微镜(field emission scanning electron microscope，FESEM)观测多孔硅的二维微观形貌，利用Nano Indenter XP中的纳米轮廓扫描仪组件(nano profilometry, NP)得到其三维拓扑分析图像，分析了微观结构差异的原因并讨论了多孔硅内部微观结构对其机械性能的影响；利用MTS Nano Indenter XP纳米压入测量仪器，研究了多孔硅的显微硬度和杨氏模量随压入深度的变化规律，比较了不同孔隙率多孔硅的机械性能差别.实验结果测得40mA/cm²，60mA/cm²，80mA/cm²和100mA/cm²四个不同腐蚀电流密度条件下制备多孔硅样品的孔隙率在60%—80%范围内，孔隙率随着腐蚀电流密度的增加而增大；在氢氟酸(HF)浓度为20%的条件下制备出多孔硅样品的厚度在40μm—50μm范围内；测得多孔硅的平均硬度、平均杨氏模量分别在0.478GPa—1.171GPa和10.912GPa—17.15GPa范围内，并且其数值随腐蚀电流密度的增加而减小，在纳米硬度范围内随压入深度的增加而减小，在显微硬度范围内其数值保持相对恒定，分析了样品表面、厚度、微观结构，及环境对其机械性能的影响，得到了多孔硅力学性能随其微观尺度形貌的变化规律. 关键词： 多孔硅 微观结构 硬度 杨氏模量     

低钴粗晶硬质合金的高压融渗法制备

用含钴量为16%(质量分数)的硬质合金YG16作为基体提供钴源,对平均粒度为8μm的WC初始材料进行氢气还原脱氧处理,以减少合成样品中的杂质,通过高压融渗法烧结低钴粗晶硬质合金。重点研究了烧结压力、温度和烧结时间等条件对烧结体性能的影响,通过控制适当的工艺条件得到高硬度值的低钴粗晶合金,并对合成的硬质合金层进行X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及硬度检测。实验结果表明,在4.5GPa、1 400℃、40min下合成样品的碳化钨晶粒形貌呈现球形或椭球形,其硬度值可达17.4GPa,表面钴含量为5.7%。     

压力、温度以及时间对金刚石烧结体性能的影响

 采用熔渗法研究了烧结压力、烧结温度以及烧结时间对金属添加剂金刚石烧结体性能的影响;在1 400 ℃、5.8 GPa、12 min的烧结条件下,烧结出磨耗比为285×10³、金刚石颗粒未出现异常长大的金刚石烧结体;分析了烧结方法对烧结效果的影响。     

磁控溅射(Ti,N)/Al纳米复合薄膜的微结构和力学性能

采用Al和TiN靶通过磁控共溅射方法, 制备了一系列Ti:N≈1的不同(Ti, N) 含量的铝基纳米复合薄膜, 利用X射线能量分散谱仪、X射线衍射仪、透射电子显微镜和纳米力学探针表征了薄膜的成分、 微结构和力学性能, 研究了(Ti, N)含量对复合薄膜微结构和力学性能的影响. 结果表明: Ti, N原子的共同加入使复合薄膜形成了同时具有置换固溶和间隙固溶特征的"双超过饱和固溶体", 薄膜的晶粒随着溶质含量的增加逐步纳米化, 并进一步形成非晶结构, 晶界区域形成溶质原子的富集区. 相应地, 复合薄膜的硬度在含1.8 at.%(Ti, N) 时就可迅速提高到3.9 GPa; 随着TiN含量的增加, 薄膜的硬度进一步提高到含17.1 at.%(Ti, N)时的8.8 GPa. 以上结果显示出Ti和N"双超过饱和固溶"对Al薄膜极其显著的强化效果.     

脉冲高能量密度等离子体沉积(Ti,Al)N薄膜组织及其性能研究

利用脉冲高能量密度等离子体技术在室温条件下在45＃钢基材表面沉积了高硬度耐腐蚀(Ti, Al)N薄膜. 利用扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、俄歇电子能谱分析了薄膜的显微组织.利用纳米压痕仪测试了薄膜的纳米硬度.测试了薄膜在05mol/L H2SO4水溶液中的耐蚀性. 测试结果表明：薄膜主要组成相为(Ti, Al)N，同时含有少量的AlN,薄膜的纳米硬度高达26 GPa,薄膜具有良好的耐蚀性，与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢相比，耐蚀性提高了一个数量级. 关键词： 脉冲高能量密度等离子体 薄膜 纳米硬度 耐蚀性