原料处理工艺及气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响

以ZnO和Al_2O_3粉体为原料,按照98∶2(质量比)球磨混合制备氧化锌铝(aluminum zinc oxide,AZO)粉体,通过扫描电镜和透射电镜观察粉体形貌及均匀性,确立最佳混合工艺;将混合均匀的粉体进行煅烧预处理后进行热压烧结致密化试验,通过差热法分析原料性能,阿基米德法分析靶材密度以及压汞实验分析气孔演化对AZO靶材烧结致密化的影响。结果表明:微纳米粉体在球磨4 hr时Al元素分布均匀性最好,煅烧前的混合粉体在差热分析过程中失重0.43%并伴随放热效应;煅烧处理后粉体形貌类球形,在差热分析实验0℃-1000℃无失重,表明挥发组分排除干净且无异常放热效应,烧结性能得到优化。采用预处理的AZO粉体在不同热压温度和保温时间下制备AZO靶材,分析热压致密过程中平均孔径和闭孔率的变化规律。由此发现:在热压致密化初级阶段(温度900℃~1100℃时),连通气孔发生合并与生长,平均孔径先稍有收缩随后迅速增大为158 nm,同时闭孔率维持在0.5%以下,靶材密度不断上升;当温度升高至1150℃时,连通孔径逐渐缩小至108 nm,大量连通气孔转为闭合状态导致闭孔率迅速上升至7.2%以上,表明体系已经进入到热压深度致密化阶段。在1150℃、18 MPa下,保温时间延长到70 min时,连通气孔合并生长同时闭孔率异常增加至7%,孔径分布范围变宽导致出现反致密化现象;当保温保压时间延长至90 min时,气孔尺寸减小到136 nm,闭孔率下降至3.7%,靶材相对密度上升到96.2%,在较低压力和较短保温时间下实现了AZO靶材的深度致密化。     

AZO热压靶材的制备及性能表征研究

以化学组成ZnO:Al<,2>O<,3>=98:2%的混合粉体为原料,采用热压烧结制备AZO靶材.研究了热压工艺条件对靶材致密化的影响.结果表明,热压温度与压力上升,靶材致密度增大;在AZO靶材的致密化过程中存在"反致密化"现象,这是由于连通气孔的合并与生长及闭合气孔率的升高引起的.在实验条件范围内,在热压工艺条件压力18 MPa、温度1150℃、保温保压时间90 min下.制备了AZO靶材.通过SEM观察热压靶材的断面形貌,阿基米德法测量靶材密度,水银压汞仪测量靶材的平均孔径及孔径分布,XRD测定靶材相结构,四探针测定电阻率等方法对AZO靶材的性能进行了分析表征,结果表明:结构为六方纤锌矿,密度为5.39 g·cm-<'-3>,靶材连通气孔率为0.05%,闭合气孔率为3.4%,电阻率为5.3×10<,-4>Ω·cm.采用射频溅射制备AZO薄膜,对靶材的使用性能及AZO薄膜性能进行了分析,表明靶材使用寿命大于150 W·h,薄膜在可见波段的平均透过率达到85.5%,电阻率达到3.1 x 10<,4>Ω·cm,满足薄膜太阳能对透明导电薄膜性能的要求.     

Ag-B靶材热压制备及致密化过程研究

以化学组成Ag∶B=93∶7(质量比)的混合粉体为原料,采用热压烧结制备Ag-B靶材。通过阿基米德法测量靶材密度、扫描电镜(SEM)观察靶材断面形貌、X射线衍射仪(XRD)分析物相、差示扫描量热法(DSC)分析粉体相变,研究了热压工艺对靶材致密度和微观组织的影响,并探讨了Ag-B靶材的致密化过程。结果表明:Ag-B粉体在升温至1000℃过程中,Ag,B之间未形成固溶体或金属间化合物,但B的加入降低了Ag-B粉体的熔化潜热;在450~750℃温度范围内,温度升高靶材相对密度从81.8%增加至95.3%;烧结温度超过750℃后,出现"反致密化现象",800℃时靶材相对密度下降至89.2%;Ag-B靶材的相对密度随着热压压力、保温保压时间的增加而增加;相比较而言,烧结温度和保温保压时间是Ag-B靶材致密化的主要因素;在烧结温度750℃、保温保压时间120 min、压强28 MPa条件下,Ag-B靶材致密度达到95.3%。     

透明导电材料Cd_2SnO_4的制备Ⅱ—热压烧结

将2:1摩尔比的CdO与SnO_2混合粉体进行原位热压烧结,制备Cd_2SnO_4。采用XRD衍射仪、四探针电阻测试仪和扫描电镜,分析热压气氛,Sb掺杂元素以及热处理工艺对Cd_2SnO_4靶材的物相结构和导电性能的影响。结果表明:900℃原位热压烧结时,由于温度低,扩散反应发生不完全,生成部分Cd_2SnO_4化合物,少量Cd和Sn元素仍以氧化物的形式存在,未出现第二相CdSnO_3;氩气烧结比真空烧结更有利于扩散和化合反应发生;掺杂1%(质量分数)Sb元素的靶材电阻率降低至0.5×10~(-3)Ω·cm。高温退火热处理时扩散反应得以继续,靶材中Cd_2SnO_4含量有明显增加。为了克服原位热压温度和保温时间的限制所引起的化合反应不完全,优化热压工艺如下:采用单相Cd_2SnO_4复合粉体为原料,热压温度为1050℃,保温时间2小时,所得靶材均匀且晶粒细小,致密度达到92%,电阻率低至3×10~(-4)Ω·cm,第二相CdSnO_3含量低于2%,满足了镀膜用Cd_2SnO_4靶材的性能要求。     

烧结温度对AZO热压靶材性能影响研究

以ZnO和Al2O3粉体为原料,采用热压烧结制备AZO靶材.通过阿基米德法测量靶材的密度,压汞法测量靶材的孔径分布,扫描电镜观察靶材的断面形貌,研究了热压温度对AZO靶材密度、气孔演化和显微结构的影响.结果表明:根据烧结温度的不同,AZO靶材热压致密化过程分为两个阶段:850～1050℃,随着温度的升高,连通气孔发生合并与收缩,孔径分布逐渐集中化,同时闭孔率逐渐减小,在1050℃具有最低值0.104％.这一阶段的主要特征是致密化速率较快,存在相互连通的气孔.当温度升至1150℃,颗粒之间结合紧密,孔隙率降至5.21％.这一阶段的主要特征是气孔全部闭合.将所制备的靶材作为溅射源,进行射频磁控镀膜测试.采用台阶仪测量膜厚,紫外分光光度计测量薄膜透光率,四探针电阻图谱仪测量薄膜电阻率,XRD分析物相的结构.镀膜测试结果显示,在相同的溅射条件下,靶材孔隙率越低,沉积速率越快,所得薄膜电阻率越低,但溅射功率较高时薄膜透光率明显减小.平均孔径较小且孔径分布集中的靶材,溅射所得薄膜电阻率较低.在溅射功率密度为3.9 W·cm-2下,相对密度高于80％的AZO靶材,靶材寿命大于150 W·h.相对密度为94.79％的靶材在溅射功率30W下沉积20 min得到薄膜的电阻率为3.14×10-4Ω·cm,平均透过率大于85％,具有002择优取向,满足薄膜太阳能对透明导电薄膜性能的要求.     

AZO靶材热压致密化及Al元素扩散研究

以98∶2(质量比)的ZnO-Al2O3混合粉体为原料热压制备AZO靶材。通过阿基米德排水法测定试样密度,XRD分析物相组成,TEM观察靶材的微观结构,研究靶材热压致密化和Al元素扩散的规律。结果表明:Al元素在未经煅烧的原料粉中以Al2O3的形式存在;而在煅烧处理后的粉末中,Al元素部分扩散进入了ZnO的晶格中,导致其层状属性c/a值的减小,另一部分Al元素由于固溶度的限制形成ZnAl2O4尖晶石。在热压温度为1 000℃时,未经煅烧的原料粉中Al2O3与ZnO发生反应生成ZnAl2O4;而煅烧处理后的粉末在1 000℃热压时,尖晶石含量最高为3.41%(质量分数,下同),温度升至1 150℃,ZnAl2O4的含量下降至2.64%,延长保温时间,ZnAl2O4含量逐渐减少。由此说明,热压温度为1 000℃时,易于形成ZnAl2O4相,在升温过程中,ZnAl2O4与ZnO中的Al元素存在互扩散。通过靶材的微观结构分析发现,ZnO晶粒中夹杂着ZnAl2O4,Al元素含量在ZnO晶粒中呈梯度分布。在热压过程中插入合适的保温保压点能改进热压工艺,有效提高靶材的致密度。     

真空热压超高碳超高铬模具钢研究

采用真空热压技术制备了含有超高碳和铬（2.6%C,26%Cr,质量分数）的模具钢。基于差示扫描量热分析曲线,选取两个远低于熔点的温度（1100 ℃和1150 ℃）进行热压,分别制造出几乎完全致密、粉末之间冶金结合良好的块体钢,密度为7.45～7.47 g?cm?3;对应热压温度1100 ℃ 和1150 ℃,热压态钢中平均碳化物尺寸分别为3.5 μm和5.5 μm,最大碳化物尺寸分别为6.0 μm和8.5 μm。经1150 ℃淬火、500 ℃回火,1100 ℃ 和1150 ℃热压钢的平均硬度分别为HRC 62.6和HRC 60.8,平均三点弯曲强度分别为2060 MPa和1850 MPa;经1150 ℃淬火、550 ℃回火,1100 ℃ 和1150 ℃热压钢硬度分别为HRC 55.2和HRC 53.6,平均三点弯曲强度分别为2490 MPa和2320 MPa。在相同淬火和回火条件下,1100 ℃热压钢的三点弯曲强度较高,原因是淬火回火后钢中碳化物尺寸较小。     

原始粉BET,CIP压力与烧结温度对ITO靶材微观结构及结瘤情况的影响

以不同比表面积(BET)气化In_2O_3和SnO_2粉(In_2O_3/SnO_2=9:1)为原料,使用模压辅助冷等静压(CIP)成型的方法制备出铟锡氧化物(ITO)坯体,又在不同温度条件下烧结制得ITO靶材。研究了原始粉BET,CIP压力与烧结温度对靶材微观结构及结瘤的影响,结果表明:BET更大的A配方粉末烧结活性更高,在较低的烧结温度即可致密,而微观结构致密性的提高有利于防止靶材结瘤;当CIP压力由285 MPa提高至400 MPa,坯体各方向收缩率明显增加,且相对密度由64.90%提高至70.23%,CIP压力继续提高至500 MPa,坯体密度不再继续增加,稳定在70%左右;在1540℃常压氧气氛烧结20 h后,CIP压力为285 MPa和400 MPa的靶材相对密度均超过99.8%,晶粒尺寸均在4～10μm,但前者含少量尺寸在2μm以下的微孔,而后者微观致密性更好、晶内小微粒尺寸更大,且溅射后未出现结瘤;在1575℃常压氧气氛烧结20 h后,CIP压力为285 MPa和400 MPa的靶材相对密度均超过99.8%,均未出现微孔缺陷,但靶材晶粒尺寸均偏大,范围大致在4～17μm,其中400 MPa靶材出现了更多数量的异常大晶粒;当CIP压力均为400 MPa时,1575℃烧结靶材结瘤偏多,而1540℃烧结靶材未出现结瘤。     

热压氧化铌靶材内部孔洞的形成及研究

利用真空热压设备研究氧化铌靶材孔洞形成的原因,结果发现粉末性能、烧结温度和保温时间、烧结压力等对靶材成型中孔洞产生影响,粉末性能中松装密度的提高、在一定范围内提高烧结温度和保温时间、在一定范围内提高烧结压力,有利于靶坯成型,减少靶坯中孔洞数量。实验结果表明:粉末松装密度为1.15-1.35g/cm3、保温温度在1250-1350℃时,保温时间为8h、压力为11-13MPa之间、升温速率为3.5-5.5℃/min时,将会获得较好的成型靶坯,孔洞数量相对最少。     

正交化制备CdTe靶材试验研究

以高纯超细CdTe粉体为原料,采用真空热压法,对工艺进行正交化实验设计,优化工艺参数,得到制备高致密度,晶粒度均匀CdTe靶材的工艺制度。以烧结温度、保温时间、烧结压力为因素,设计L9(3~4)正交实验表,对正交化实验数据结果进行极差和方差分析,确定了制备工艺参数对靶材致密度的影响程度:保温时间的改变对靶材致密度影响显著,其方差检验统计量F值达到86.25,靶材的致密度随保温时间的增加而增加,但超过一定时间后,会出现反致密化现象;烧结温度具有一定的影响;而烧结压力对其影响较小,其F值仅为2.5。正交化实验分析建议给出了CdTe靶材最佳制备工艺条件为:烧结温度580℃、保温时间60 min、烧结压力33 MPa。X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)和阿基米德排水法的检测结果表明:采用最优工艺制备得到了高质量的CdTe靶材,其相结构相比原料粉体不发生改变,靶材的晶粒度均匀,致密度达到99.4%。     

Fabrication and properties of La modified AZO powders via a gaseous penetration processing

A new kind of AZO powders were synthesized by co-precipitation method with the doping content of Al was 3.0 wt%. Further modification of La to the powders was done via a gaseous penetration processing. Changes in constitution, structure, and electrical conductivity caused by doping and penetration were characterized. The doping of Al lowered the resistivity of AZO powders from over 1×10¹⁴ (ZnO made domestically) to 4.24×10⁷ Ω·cm. But more effective modification via gaseous penetration processing decreased the resistivity of La penetrated AZO powders to the lowest point of 2.45×10⁵ Ω·cm. The optimal penetration conditions coordinated by orthogonal test were that La³⁺ content of the penetration solvent was 2.0 wt.%, and that the penetration processing lasted for 5 h at the temperature of 480 °C. XRD analysis demonstrated that the doping process of Al only leaded to the changes of the peak width and intensity without new phases appearing. Yet, new phases appeared after the processing of gaseous penetration of La, which indicated that La enter the AZO powders thus complex reactions occurred to form the extra compounds. EDAX analysis, coupling with XRD, provided the evidence that La did exist in the penetrated AZO powders and the potential sign of the generation of extra compounds. Through SEM images, it was illustrated that the gaseous penetration processing progressed the growth of grain size in the shape of rod and generated distinguishable phases of extra compounds.     

固溶处理对690镍基合金组织和力学性能的影响

研究了1050～1150℃固溶处理对20 kg真空感应炉熔炼的690镍基合金(%:0.020C、29.93Cr、9.82Fe、0.19Al、0.25 Ti、0.023Nb、0.012Mo、0.004 2N)1.0mm冷轧板的组织和力学性能的影响。结果表明,当固溶温度从1050℃提高至1100℃,平均晶粒尺寸呈线性增长,从12μm提高到29μm,超过1100℃时晶粒尺寸快速增长,1150℃时平均晶粒尺寸达58μm;1090℃以上固溶处理时,合金中富铬碳化物完全溶解;690镍基合金主要强化机制为细晶强化,随固溶温度升高,合金室温抗拉和屈服强度分别从780 MPa和400 MPa降至662.5 MPa和250MPa,伸长率由40%提高至51.75%。     

高能球磨-放电等离子烧结法制备双晶分布钛

以平均粒径约150μm的球形钛粉为原料,采用高能球磨结合放电等离子烧结技术制备由双尺度晶粒组成的高致密纯钛块体材料,研究高能球磨过程中钛粉的形貌、尺寸及显微组织的变化,分析球磨钛粉放电等离子烧结时的致密化行为和显微组织的演变规律,测试烧结钛块体材料的室温压缩性能。结果表明:钛粉在球磨初期发生剧烈的塑性变形并相互焊合,形成层片状团聚粉末。球磨10 h时,钛粉的部分晶粒细化至40~100 nm。放电等离子烧结过程中,随烧结温度升高和烧结时间延长,烧结钛的密度逐渐增大。在烧结温度为800℃、保温时间为4 min、烧结压力为50 MPa的条件下,烧结钛的密度达到4.489 g/cm3,接近全致密,其显微组织由双尺度的等轴晶组成,细晶区晶粒尺寸为1~2μm,粗晶区晶粒尺寸为5~20μm,二者呈层状交替分布;该试样在室温压缩条件下的综合力学性能与铸锻Ti-6Al-4V合金相当。     

放电等离子烧结制备超细晶WC-3Co硬质合金的组织和性能

采用高能球磨制备纳米WC-3Co粉末,再通过放电等离子烧结(spark plasma sintering,SPS)制备超细晶WC-3Co硬质合金。研究SPS工艺参数对合金致密度、显微组织和力学性能的影响,并对SPS和热压工艺(hotpressing,HP)进行对比。结果表明:SPS可实现WC-3Co粉末的低温快速致密化。升高温度或提高压力都使得合金的致密度提高,同时导致WC晶粒长大。SPS较HP升温速率快且烧结时间更短,合金组织更加均匀,在1 300℃保温5 min、烧结压力为40 MPa的条件下所制备的合金具有最佳综合性能,其平均晶粒度为0.32μm,相对密度、硬度、抗弯强度、断裂韧性分别为99.3%、2257 HV30、1 906 MPa、10.36 MPa.m1/2。而在1 450℃、压力为50 MPa、保压5 min条件下,热压合金的致密度、硬度和断裂韧性分别为99.6%、2 264 HV30和11.01 MPa.m1/2,但抗弯强度只有1 301 MPa,平均晶粒度为0.47μm。     

Fabrication and properties of La modified AZO powders via a gaseous penetration processing

A new kind of AZO powders were synthesized by co-precipitation method with the doping content of Al was 3.0 wt%. Further modification of La to the powders was done via a gaseous penetration processing. Changes in constitution,structure,and electrical conductivity caused by doping and penetration were characterized. The doping of Al lowered the resistivity of AZO powders from over 1×1014(ZnO made domestically) to 4.24×107 Ω·cm. But more effective modification via gaseous penetration processing decreased the resistivity of La penetrated AZO powders to the lowest point of 2.45×105 Ω·cm. The optimal penetration conditions coordinated by orthogonal test were that La3+ content of the penetration solvent was 2.0 wt.%,and that the penetration processing lasted for 5 h at the temperature of 480 oC. XRD analysis demonstrated that the doping process of Al only leaded to the changes of the peak width and intensity without new phases appearing. Yet,new phases appeared after the processing of gaseous penetration of La,which indicated that La enter the AZO powders thus complex reactions occurred to form the extra compounds. EDAX analysis,coupling with XRD,provided the evidence that La did exist in the penetrated AZO powders and the potential sign of the generation of extra compounds. Through SEM images,it was illustrated that the gaseous penetration processing progressed the growth of grain size in the shape of rod and generated distinguishable phases of extra compounds.     

Development of Nb-V-Ti Hot-Rolled High Strength Steel With Fine Ferrite and Precipitation Strengthening

A hot-rolled steel with high yield strength of 700 MPa, good elongation of about 20% and low ductile-brittle transition temperature (DBTT) lower than-70℃ has been developed in laboratory. The results show that adopting finishing rolling temperature of around 800 ℃ is rational, and coiling temperature is between 400 and 500℃. The strength of developed 700 MPa hot-rolled high strength steel is derived from the cumulative contribution of fine grain size, dislocation hardening and precipitation hardening. The fine grain strengthening and precipitation hardening are the dominant factors responsible for such high strength, and good elongation and toughness are predominantly due to fine grain ferrite.     

超细晶钛酸钡基储能陶瓷的性能与微观结构

利用水基化学包覆法在纳米钛酸钡粉体包覆氧化铝、二氧化硅和氧化锌等物质,并通过两段式烧结法制备了平均晶粒尺寸120 nm的超细晶钛酸钡基储能陶瓷.包覆层的存在抑制了晶粒生长和异常晶粒长大,同时将陶瓷的交流击穿场强大幅提高至150 kV·cm-1以上,储能密度达到0.829 J·cm-3.电子能量损失谱显示,包覆掺杂的元素明显偏聚于陶瓷晶界,形成具有芯-壳结构的晶粒.而高温阻抗谱的测试和拟合结果则进一步解释了陶瓷性能改善的原因.虽然此超细晶陶瓷的储能密度并不十分突出,但其晶粒细小均匀、烧结温度低,因而可用于制备多层陶瓷电容器,从而大幅提高储能密度,这是常见的储能陶瓷无法实现的.      

316L不锈钢粉末高速压制行为

采用自行设计制造的18m高落锤式高速压机,研究316L不锈钢粉末的高速压制行为.实验结果表明,冲击速度增大可有效提高生坯密度,对室温粉末进行高速压制,当冲击速度从10 m/s提高到18m/s时,生坯密度从7.18 g/cm3提高到7.61 g/cm3.而在同样冲击速度下,对160℃温粉末进行高速压制时,生坯密度从7.33 g/cm3提高到7.76 g/cm3.同时生坯强度随冲击速度的提高而升高,冲击速度从10 m/s提高到18m/s时,160℃压制的生坯强度从72.5 MPa提高到94.1 MPa,室温压制生坯强度从62.1MPa提高到89.3MPa.通过对生坯SEM照片的分析,得知高速压制过程中粉末会发生严重的塑性变形和碎裂现象,孔隙的形状也会发生改变.该文还对高速压制致密化机理进行了探讨,指出在较高的速度压制时,颗粒间的摩擦和绝热剪切作用使粉末颗粒界面的温度升高,有利于粉末颗粒的塑性变形和焊合,从而有效提高了生坯的密度.