WC-B-Al2O3作结合剂的聚晶立方氮化硼复合材料性能研究

以CBN、WC、B、Al₂O₃等高纯度粉末为原料,在高温高压下合成了聚晶立方氮化硼(PCBN)复合材料,研究了不同烧结温度合成的PCBN复合材料的微观形貌、物相和力学性能。结果显示,在超高压6 GPa、温度1200~1500 ℃、合成时间700 s条件下,合成的PCBN组织主要由BN、WB₂和WB相组成。1500 ℃烧结时,PCBN综合力学性能较好,气孔率1.05%、抗弯强度789 MPa、显微硬度36.5 GPa、磨耗比9810。     

金属Ti粉的加入对TiN-Al_2O_3复合材料性能的影响

研究了金属Ti粉的初始加入量对复合材料烧结性能和导电性能的影响。结果表明,Ti粉的加入可以有效降低TiN-Al2O3复合材料的烧结温度,但随着金属Ti粉含量的增加,会不同程度的降低复合材料的力学性能;TiN的晶粒也随之长大,降低了复合材料的导电性能。在1 550℃下,金属Ti粉初始含量为5 wt%时,材料的抗弯强度达到最大,为206 MPa,维氏硬度达到最大,为1021。     

热压反应烧结制备短纤维增强C-SiC复合材料的组织和性能

将T700短切炭纤维(C_f)或Nicalon-SiC短纤维(SiC_f)、C粉、Si粉和少量SiC粉混合, 在1 900 ℃热压烧结制备短纤维增强C-SiC复合材料, 并对复合材料的物相、组织结构、抗弯强度和抗氧化性能进行了研究。结果表明: SiC_f/C-SiC的相对密度和室温抗弯强度分别为95.3%和343.8 MPa, 均高于C_f/C-SiC, 热压烧结过程中Cf损伤严重。复合材料在1 300 ℃氧化行为表现为在氧化初期氧化失重较大, 随氧化时间的增长,氧化失重率逐渐减小; 在氧化后期则为氧化增重。SiC_f/C-SiC复合材料在1 100～1 400 ℃间的氧化规律基本相似, 且温度越高, 氧化失重率越小, 抗氧化性能越好。SiC_f/C-SiC复合材料的抗氧化性能优于C_f/C-SiC复合材料。     

PCBN刀具材料的性能及切削20CrMnTi合金钢试验研究

以CBN为原料、TiCN和Al为结合剂, 在1550 ℃、5.5 GPa高温高压条件下合成了不同CBN含量的PCBN刀具材料。对PCBN刀具材料进行了显微结构观察、力学性能(磨耗比、硬度)以及高速精密切削20CrMnTi合金钢的切削性能检测。结果表明, PCBN刀具材料的结合剂均匀分布在CBN颗粒周围, 致密性良好;PCBN刀具材料的硬度、磨耗比与CBN含量成正比, CBN含量70%时, PCBN的硬度和磨耗比均最大, 分别为32.97 GPa和7400;高CBN含量的PCBN刀具使用寿命更长。切削试验结果表明, PCBN刀具高速切削20CrMnTi合金钢时的磨损是黏结磨损、氧化磨损、扩散磨损以及局部剥落等各种磨损机制综合作用的结果。     

立方氮化硼聚晶刀具及其研制

在介绍了立方氮化硼聚晶（PCBN）刀具的性能特点和应用范围后，着重介绍了PCBN纯聚晶镶嵌刀具的制造工艺，包括PCBN的制造、镶嵌及PCBN刀具的刃磨技术和几何参数，及其在淬硬钢、热喷涂材料、淬硬铸铁加工及断续切削与粗车等方面的应用。     

硼铸铁汽车引擎汽缸套切削加工用PCBN刀具材料的制备与切削性能研究

介绍了一种硼铸铁汽车引擎汽缸套切削加工用PCBN刀具材料的制备方法, 并对PCBN刀具材料配比、合成块组装以及烧结工艺参数进行了探讨。结果表明, PCBN刀具材料显微硬度为3 669HV、抗冲击次数63次、抗弯强度906 MPa、磨耗比8 858, 证明PCBN刀具材料具有良好的力学性能, 在铸铁类零件的加工中有很好的应用前景。通过硼铸铁汽缸套切削加工试验, 验证了合成的PCBN刀具材料具有良好的耐磨性, 以此刀具加工硼铸铁类零件的表面粗糙度可达0.486 μm。     

WCp/M42高速钢复合材料的制备与性能

本文采用粉末冶金法制备了质量分数从0~10%的WC颗粒增强高速钢基复合材料。利用 SEM、 XRD和万能力学试验机等研究了不同WC质量分数下WCp/M42高速钢复合材料的显微结构和力学性能。结果表明：在温度为1200℃时，采用真空烧结可获得相对密度超过98%的复合材料，其物相组成均为α-Fe、M6C碳化物、M7C3碳化物及少量的M2C碳化物；随着WC添加量的增加，烧结态复合材料的硬度先下降后上升，抗弯强度与冲击韧性均逐步下降；经过1180℃淬火+560℃回火后，复合材料的硬度随WC添加量的增加而上升，当WC添加量为10wt%时，硬度达到65.1HRC,相较于烧结态提高了16.4HRC。     

重介质旋流器SiC陶瓷衬里及其力学性能的研究

为探索制备高性能的重介质旋流器SiC耐磨衬里,制备了不同β-SiC添加量、不同烧结温度的SiC陶瓷试样,从体积密度、抗弯强度、维氏硬度、显微结构四个方面对试样进行了比较和分析。试验结果表明:当烧结温度为2 220℃,β-SiC添加量为10%时,烧结体体积密度、抗弯强度和维氏硬度最高,分别达到3.128 g/cm3、399.6 MPa和27.5 GPa。     

钻具切割用聚晶立方氮化硼刀具的摩擦学研究

在钻探工程中遇到孔内事故时,经常采用割刀来切割事故钻具,然而在切割事故钻具的同时也会涉及到切割周边岩石的问题。本研究针对刀具切割岩石的复杂工况条件,设计了不同退火温度下的聚晶立方氮化硼(Poly⁃crystalline Cubic Boron Nitride Compact,简称PCBN)复合片对磨Si3N4球的摩擦磨损试验,采用了光学显微镜和X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)等表征方法,分析了退火温度对PCBN的影响和PCBN对磨Si3N4球的摩擦学行为。结果表明:高于800℃退火处理,PCBN粘结剂氧化生成TiO2。当800℃退火的PCBN对磨Si3N4球时,出现轻微的粘着磨损;900℃退火的PCBN对磨Si3N4球时,粘着磨损现象加重;然而,1000℃退火处理后,磨痕处磨粒磨损和粘着磨损共存。且PCBN对磨Si3N4球时,摩擦系数与退火温度有关。     

高炉冶金矿渣特性及其在ZTA陶瓷烧结中的作用

高炉渣是由炼铁高炉产生的一种工业废渣，其中含有CaO、Al₂O₃、SiO₂等硅酸盐成分和少量Fe₂O₃、TiO₂、ZrO₂等析晶形核剂。高炉渣在855℃热处理1 h，可形核析出1 μm左右的Ca₂Al₂SiO₇微晶，这表明高炉渣具有较高的析晶活性。向ZTA中添加质量分数为4%的高炉渣，1 550℃烧结30 min，低温下ZTA陶瓷的力学性能明显提升，抗弯强度和断裂韧性分别为650 MPa和6.03 MPa·m1/2，比相同温度下未添加高炉渣时分别提高了15%和14.2%，烧结温度降低了50℃以上。颗粒细化的高炉渣掺入ZTA陶瓷基体，烧结过程中高炉渣产生的液相促进了Al₂O₃棒晶的生长，受力过程中棒晶的拔出和裂纹的偏转有利于ZTA陶瓷力学性能的提升；高炉渣在高温下的析晶增强了ZTA陶瓷的晶界强度，进一步提高了材料的力学性能。      

热等静压烧结制备Ti/Al3Ti金属间化合物层状复合材料的微观结构和性能

Ti/Al₃Ti金属间化合物层状复合材料因其本身具有高比弹性模量、低密度、高比强度、抗蠕变能力强、抗氧化能力强、耐高温等优异的性质,在航天精密零部件、装甲防弹、现代武器、汽车工业等领域广泛应用。利用热等静压烧结工艺制备了Ti/Al₃Ti金属间化合物层状复合材料,对复合材料的微观结构、显微硬度、压缩性能、拉伸性能进行了探究。结果表明：在保温700℃、压力为150 MPa条件下,烧结得到的复合材料无明显缺陷、界面结合良好;复合材料的硬度值呈周期性变化,Ti层在300 HV左右、Al3Ti层在530—600 HV之间、中心线处在530—540 HV之间;Ti层的引入对复合材料整体韧性有所提升,在静态压缩测试中垂直于叠层方向的平均最大抗压强度为1 185.1 MPa、平行于叠层方向为894.6 MPa,在静态拉伸测试中最大抗拉强度为281.7 MPa。说明,采用热等静压烧结工艺制备的Ti/Al₃Ti金属间化合物层状复合材料具有优异的力学性能。     

Cu含量对Mo_5Si_3-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响

以Mo粉、Si粉和Cu粉为原料,采用机械合金化/热压烧结法制备Mo_5Si_3-Cu复合材料,研究了Cu含量对Mo_5Si_3-Cu复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,Mo_5Si_3-Cu复合材料由基体相Mo_5Si_3和晶界相Cu组成,组织均匀细小,晶粒尺寸为3~5μm;随着Cu含量的增加,复合材料的烧结致密度、弯曲强度和断裂韧性逐渐升高,而硬度呈先升高后降低的趋势;Cu含量为10%时,复合材料的致密度、硬度、弯曲强度和断裂韧性分别为98.2%、793 HV0.5、551 MPa和8.47 MPa·m1/2。     

SPS制备致密Ti3SiC2/Al复合材料组织及性能表征

采用SPS脉冲放电等离子烧结成功制备出5%vol.Ti3SiC2/Al基复合材料,并研究了烧结温度和时间对复合材料组织和性能的影响。结果表明：Ti3SiC2颗粒在SPS制备过程中未发生显著分解,复合材料在制备过程中也未发生明显的界面反应,外加增强体颗粒形状完整,均匀分布于基体晶粒的晶界处。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度和硬度逐渐增大,摩擦系数和磨损量逐渐减小。随着烧结时间的延长,致密度和硬度先增大后减小,摩擦系数和磨损量呈先降低后增大的趋势。烧结温度为600℃,烧结时间为10min时,复合材料致密度达96.6%,显微硬度达38,稳定干摩擦系数约为0.3,磨损量0.32′10-2g。     

Ti含量对CNT/Al复合材料组织与力学性能的影响

通过高能球磨、放电等离子烧结和热挤压的方法,制备了不同钛含量的(CNT-Ti)/Al复合材料,并探究了高能球磨对粉末形貌演变、烧结以及热挤压对基体复合材料的组织结构与力学性能的影响。结果表明:钛的加入不仅能分散部分碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs),还能与Al基体反应形成分布均匀的第二增强相TiAl₃,且TiAl₃的含量与加入钛的含量成正比。Ti含量越高,(CNT-Ti)/Al棒材显微硬度越高,塑性和韧性随之降低。含钛量为7%的复合材料具有最高的拉伸强度(221 MPa),这主要归因于在制备过程中生成的第二相TiAl₃比例适中,能较好地发挥其弥散强化的增强效应。     

NbC_(p)/ASP2030高速钢复合材料的制备与性能北大核心

通过粉末冶金真空烧结法,利用NbC粉末与气雾化ASP2030高速钢制备了NbC_(p)/ASP2030高速钢复合材料。采用SEM、XRD、EDS等检测手段,研究了不同NbC添加量对ASP2030高速钢的显微组织、物相组成及力学性能的影响。结果表明,当真空烧结温度达到1220℃,所制得的复合材料主要相有Martensite、M_(7)C_(3)碳化物、M_(6)C碳化物、MC碳化物以及γ-Fe;当NbC加入量逐渐增加,烧结态复合材料的抗弯强度与冲击韧性都出现一定程度下降,而硬度则逐渐上升。在NbC含量达到2%时,复合材料的冲击韧性为5.34J/cm^(2),抗弯强度为1918.3MPa,硬度为53.9HRC。     

微波常压烧结制备SiC颗粒增强Al基复合材料研究

在不同的烧结温度(710,730,750,770,790℃)下,采用微波烧结法制备15%(vol)的SiC颗粒增强Al基复合材料。研究了烧结温度对SiC/Al复合材料的致密度、硬度和显微组织的影响。结果表明,当烧结温度为770℃时,SiC/Al复合材料的致密度和硬度均达到最大值。     

NbC颗粒对铜基复合材料性能的影响

以碳化铌颗粒和电解Cu粉为原料,采用微波烧结制备了不同质量分数的NbC颗粒增强铜基复合材料,通过对显微组织的观察和对密度、硬度和电导率的测试,探索了碳化铌质量分数、微波烧结温度对铜基复合材料性能的影响。。结果表明: 铜基体内NbC颗粒除少量颗粒团聚长大外,其他颗粒能均匀分布在基体上；随烧结温度升高,铜基复合材料的密度、导电率和硬度均有所增加；随增强相质量分数的增加,硬度增加,密度和电导率均明显下降；导电率在NbC质量分数为1%时,烧结温度影响较明显,烧结温度为1000℃时,导电率达到最大,此时为导电率为63.8IACS%。     

无添加剂纳米晶聚晶金刚石块体合成及表征

以圆葱碳(OLC₁₁, 1 100 ℃及1 Pa条件下退火处理纳米金刚石所得)为原料, 在500～1 400 ℃/4～6 GPa/5～30 min条件下烧结合成无添加剂纳米晶聚晶金刚石(NPCD)块体。XRD、HRTEM、FESEM、维氏硬度等分析表明, 高温高压烧结后, OLC₁₁转变为金刚石, 同时金刚石颗粒长大连接形成D-D型NPCD块体。NPCD主要由金刚石组成, 还含有石墨和少量无定形碳。NPCD内存在大量纳米孪晶。烧结温度对NPCD的晶粒尺寸、密度、维氏硬度影响较大, 烧结压力的影响较小。1 200 ℃/5.5 GPa/15 min合成的NPCD平均晶粒尺寸、密度和维氏硬度指标较好, 分别为10.7 nm、2.70 g/cm3和32 GPa。烧结过程中, 高温高压使得OLC₁₁石墨层由内而外破裂形成金刚石颗粒, 相邻OLC₁₁通过悬键连接形成金刚石大颗粒, 再通过D-D键键合形成NPCD块体。     

基于高岭土多孔基板的In2O3微米梳制备及其气敏性能

采用模压-烧结法制备高岭土多孔基板，考察烧结温度对高岭土多孔基板表面形貌与孔隙结构的影响，通过热蒸发法在高岭土多孔基板上制备出In₂O₃微米材料，并采用XRD、SEM、FTIR、阿基米德排水法等检测手段考察多孔基板及In₂O₃微米材料的形貌与结构。结果表明，在烧结温度1 200 ℃时所获高岭土多孔基板的孔径尺寸在45 μm左右，显气孔率为32.71%，体积密度为1.48 g/cm³，抗弯强度为15.08 MPa。在该多孔基板上所制备的In₂O₃产物呈梳状结构，梳齿直径和长度分别在1~10 μm和20~80 μm范围内，梳柄长度约为1 mm，结晶良好。对In₂O₃微米梳的气敏检测结果表明：In₂O₃微米梳对NO₂气体具有良好的选择性、可逆性和重复性；其对浓度为0.001%的NO₂气体的灵敏度随着工作温度的升高呈先升高后降低的趋势，响应时间和恢复时间随之减少，且在最佳工作温度200 ℃时达到最大值，为44.4，此时的响应时间和恢复时间分别为21 s和106 s；In₂O₃微米梳对NO₂气体的灵敏度随着NO₂浓度的增加而增加，两者之间呈线性相关，响应时间随着NO₂浓度的增加而缩短，恢复时间则随之增长。     

基于高岭土多孔基板的In2O3微米梳制备及其气敏性能

采用模压—烧结法制备高岭土多孔基板，考察烧结温度对高岭土多孔基板表面形貌与孔隙结构的影响，通过热蒸发法在高岭土多孔基板上制备出In₂O₃微米材料，并采用XRD、SEM、FTIR、阿基米德排水法等检测手段考察多孔基板及In₂O₃微米材料的形貌与结构。结果表明，在烧结温度1 200 ℃时所获高岭土多孔基板的孔径尺寸在45 μm左右，显气孔率为32.71%，体积密度为1.48 g/cm³，抗弯强度为15.08 MPa。在该多孔基板上所制备的In₂O₃产物呈梳状结构，梳齿直径和长度分别在1~10 μm和20~80 μm范围内，梳柄长度约为1 mm，结晶良好。对In₂O₃微米梳的气敏检测结果表明：In₂O₃微米梳对NO₂气体具有良好的选择性、可逆性和重复性；其对浓度为0.001%的NO₂气体的灵敏度随着工作温度的升高呈先升高后降低的趋势，响应时间和恢复时间随之减少，且在最佳工作温度200 ℃时达到最大值，为44.4，此时的响应时间和恢复时间分别为21 s和106 s；In₂O₃微米梳对NO₂气体的灵敏度随着NO₂浓度的增加而增加，两者之间呈线性相关，响应时间随着NO₂浓度的增加而缩短，恢复时间则随之增长。