Ti(C,N)基金属陶瓷的价电子结构及润湿性研究

在阐述Ti(C,N)基金属陶瓷的典型组织结构及润湿性的基础上,分析了Ti(C,N)基金属陶瓷中不同碳化物及碳含量对价电子结构及润湿性的影响.发现添加不同的碳化物时,Mo2C对改善润湿性的效果最明显,而VC对价电子结构参数nA影响最大.并且得出,在一定范围内,随碳含量的增加,不仅价电子结构参数nA增大,而且润湿性也明显改善.     

碳化物抑制剂对WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质合金微观组织及力学性能的影响

采用高能球磨和真空热压烧结相结合的方法制备了WC-2.5TiC-10Co超细晶硬质合金,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等性能测试手段研究了Cr_3C_2、VC、TaC和NbC的添加对超细晶硬质合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:经过球料比10∶1及转速为350r/min行星式高能球磨处理30h后,WC粉末的粒径由0.6mm减小到0.2mm以下;经过1410℃真空热压烧结1h后,XRD检测未发现新的反应物生成。添加0.45%Cr_3C_2、0.3%VC、0.5%TaC或NbC的硬质合金中有少量异常长大的WC晶粒,断口表面疏松且平坦,分析表明较大的WC晶粒在应力集中的作用下发生解理破坏,并成为材料断裂的裂纹源。当抑制剂Cr_3C_2和VC的含量再增加0.1%后,WC晶粒可以控制在0.5mm以下,断口表面致密成台阶状,抗弯强度可提高20%;TaC和NbC对抑制WC晶粒生长的作用并不显著,但添加NbC对提高硬质合金致密度的效果最显著。     

抑制剂对WC-Co硬质合金涂层性能的影响

利用原位还原碳化反应合成的超细WC-12Co复合粉末作为原料, 分别添加1.0wt%晶粒长大抑制剂即VC、Cr₃C₂和NbC, 经团聚造粒和超音速火焰(HVOF)喷涂制备了超细结构的硬质合金涂层。研究了不同晶粒长大抑制剂对涂层的显微组织结构、物相、硬度、耐磨性能和耐蚀性能的影响。结果表明, 与未添加晶粒长大抑制剂涂层相比, 添加1.0wt% VC或Cr₃C₂制备的硬质合金涂层中WC颗粒的平均尺寸降低了约49%, 涂层硬度明显提高, 磨损速率降低了约52%~55%。添加1.0wt% NbC对制备涂层中WC颗粒尺寸的抑制作用不明显, Co粘结相中由于形成了(W, Nb)C化合物, 其耐蚀性获得显著提高, 但该化合物脆性大, 导致涂层耐磨性不及添加VC和Cr₃C₂制备的涂层。     

碳化钼基析氢反应电催化剂的制备及改性研究进展

碳化钼(Mo₂C)因其与铂(Pt)相似的d带电子结构、宽pH适用性、易于合成、低成本等优势，成为一种很有前途的电催化剂。然而，纯Mo₂C存在导电性差、界面反应动力学慢、Mo-H结合能太强等缺陷。近年来，许多研究报道了改性Mo₂C基催化剂来提升其电催化析氢性能，基于此，综述了Mo₂C常用的制备工艺以及提高Mo₂C析氢性能的各种不同改性策略，深入分析了不同改性方式对Mo₂C析氢性能提高的内在原因。最后，提出了Mo₂C基电催化剂目前面临的挑战和未来的发展方向。     

氮掺杂碳纳米纤维包覆超细碳化钼/氮化钼异质结构用于碱性条件下电催化析氢

高效非贵金属催化剂对于推进析氢反应(HER)的大规模工业化至关重要.碳化钼(Mo₂C)因其类似铂的能带密度和优良的中间产物吸附特性,有望替代贵金属基材料成为具有前景的催化剂.然而,它在常规制备过程中存在严重的晶体过度生长和团聚问题,导致催化效率低.本研究利用三聚氰胺辅助法制备了含有丰富表面和界面的超细碳化钼/氮化钼(Mo₂C/Mo₂N)异质结构,并同时将其嵌入到氮掺杂碳纳米纤维(CNFs)中.Mo₂C/Mo₂N异质结构的协同作用与超细纳米晶表面暴露的丰富活性位点共同提高了电催化活性,而氮掺杂碳纳米纤维框架保证了快速的电荷转移和良好的结构稳定性.此外,原位形成的Mo₂C/Mo₂N晶体与碳基质之间存在较强的界面耦合作用,进一步提高了电子电导率和电催化活性.得益于这些优势,Mo₂C/Mo₂N@N-CNFs在碱性溶液中表现出优异的电催化析氢性能,在电流密度10 mV cm^-2时具有75 mV的低过电势,优于单相Mo₂C@N-CNFs对比样以及近期报道的Mo₂C/Mo₂N基催化剂.这个合成方法集成了异质结构、纳米化和碳修饰策略,为设计高效率电催化材料提供了新的参考.     

双A层MAX相Mo2Ga2C的热压烧结研究

本工作采用真空热压烧结的方法, 研究Mo₂Ga₂C粉体的烧结性能, 制备致密的Mo₂Ga₂C块体材料, 并且表征所制备材料的微观结构。实验发现750 ℃是合适的烧结温度, 过高的烧结温度(850 ℃)会导致样品分解, 主要产物为Mo₂C。在750 ℃烧结过程中, 随着烧结时间的延长, 样品的晶粒没有明显长大, 但是样品内部空隙显著变小, 内部织构增强, 相对密度明显提高。因为Mo₂Ga₂C晶体的片状结构, 热压烧结过程中, 部分片状晶粒会偏转, 导致烧结样品的多数晶粒的(00l)晶面会倾向垂直于热压方向。在750 ℃烧结8 h, 可以得到几乎完全致密(相对密度98.8%)的Mo₂Ga₂C块体材料。     

B_(4)C-NbB_(2)复相陶瓷的SPS反应烧结及固溶强化EI北大核心

以NbC和无定形B粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)法在2000℃/50 MPa条件下制备B_(4)C-NbB_(2)复相陶瓷,研究摩尔分数为0.1的TiC或ZrC替代NbC对复相陶瓷物相组成、致密度、显微结构和力学性能的影响。结果表明:以0.1的TiC或ZrC替代NbC后,反应烧结形成的TiB_(2),ZrB_(2)可与NbB_(2)分别固溶形成Nb 0.9 Ti 0.1 B_(2),Nb_(0.9)Zr_(0.1)B_(2)相。Ti,Zr固溶可有效提升复相陶瓷的烧结致密度,细化组织,获得优异的力学性能,且Zr固溶产生的效果更佳。B_(4)C-Nb_(0.9)Zr_(0.1)B_(2)复相陶瓷的致密度、三点抗弯强度、维氏硬度和断裂韧度分别为99.5%,676 MPa,31.0 GPa和5.5 MPa·m 1/2。致密度的提高、固溶强化和细晶强化是复相陶瓷性能提升的主要原因。     

TaC对Ti(C0.7N0.3)基金属陶瓷的物相、显微结构和力学性能的影响

为了制备高硬度高韧性的Ti(C_0.7N_0.3)基金属陶瓷,采用1 600℃真空无压烧结制备了含TaC的Ti(C_0.7N_0.3)-WC-Mo2C-VC-AlN-Ni/Co系金属陶瓷,研究了不同TaC含量(0wt%、5wt%、10wt%、15wt%)对金属陶瓷的物相、显微结构、力学性能的影响。结果表明,随着TaC含量增加,Ti(C_0.7N_0.3)(200)主峰逐渐向低角度偏移,环形相的厚度逐渐增大,金属陶瓷的维氏硬度和断裂韧性均先增大后减小。当TaC含量为10wt%时,核芯相细化,尺寸离散度最小,环形相发育更完整且均匀,金属陶瓷获得最高的维氏硬度和断裂韧性,分别为(17.79±0.15) GPa和(10.20±0.39) MPa·m^1/2。     

碳化物陶瓷颗粒对双相高熵合金基复合材料微观组织和力学性能的影响

高熵合金拓宽了复合材料中金属基体的选用范围。本文通过外加碳化物陶瓷颗粒,利用电弧熔炼技术制备Fe_49.5Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀X_0.5 (X=B₄C、ZrC和TiC)等3种高熵合金复合材料,系统研究3种碳化物陶瓷颗粒对双相高熵合金基复合材料微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：掺杂碳化物陶瓷颗粒均可细化高熵合金基体的晶粒尺寸,稳定fcc相,抑制hcp相形成,其中B₄C陶瓷颗粒细化晶粒和稳定fcc相效果最显著。掺杂ZrC和B₄C陶瓷颗粒样品,力学性能低于高熵合金基体样品,归因于ZrC和B₄C陶瓷颗粒与基体之间的界面结合情况不佳,界面处出现孔洞性缺陷;而掺杂TiC陶瓷颗粒样品,其强韧化效果显著,归因于良好的界面结合、细晶强化、弥散强化及颗粒承载强化等。     

界面反应产物对B4C/Al复合材料颗粒润湿性及界面强度的影响机制

采用搅拌铸造法制备了B₄C/Al复合材料,利用实验分析结合第一性原理计算的方法,探讨了界面反应产物Al₃BC和TiB₂对B₄C/Al复合材料颗粒润湿性及界面结合强度的影响机制。结果表明,界面反应产物为Al₃BC时,B₄C颗粒润湿性没有得到实质性改善,存在明显的颗粒团聚现象,界面结合强度较低且过度的界面反应使B₄C颗粒分解损耗严重,导致B₄C颗粒增强效果不明显;而通过添加Ti元素使界面反应产物为TiB₂时,颗粒润湿性明显改善,B₄C颗粒团聚现象显著减少,界面结合强度较高,力学性能得到显著提高。这主要是由于不同终端的Al（111）/TiB₂（0001）界面黏附功均大于Al（111）/B₄C（0001）的界面黏附功,表明界面反应产物TiB₂可以提高B₄C颗粒的润湿性,而界面反应产物Al     

WC/ NiCrMo 钢基复合材料的断裂行为及特征

采用单边缺口梁(SENB) 法、扫描电镜和电子理论, 研究了碳化钨(WC) 增强钢基复合材料经960～1040 ℃奥氏体化及淬火、回火共12 种状态的断裂行为和断口特征。实验结果表明, 该材料在具有高强度(σ_bb～2200 MPa,σ_bc～3000 MPa) 高硬度( HRC 62～68) 的同时, 还具有较高的SENB 断裂韧性(～30 MPa ·m1/2 ), 断口形貌主要特征为WC 解理、基体准解理及分散韧窝和韧窝带。研究发现, 高体积分数(～40 %) 的硬质相对材料的断裂韧性和断裂行为起决定性作用, 基体内存在的具有高共价键强的含碳结构单元和具有较多晶格电子的α-Fe (Ni) 结构单元共同作用, 既给予硬质相以强韧支持, 又产生断裂时的微观延性。      

MWNTs/PU复合微/纳米纤维的形态及力学性能

应用静电纺丝技术制备多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/PU)复合微/纳米纤维 , 将该复合纤维收集成无纺布薄膜 , 采用扫描电子显微镜 (SEM)和透射电子显微镜 (TEM)观察了纤维的微观形貌和结构 , 分别利用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)测试了复合纤维的结晶行为及玻璃态转变温度 , 并测试了纤维薄膜的拉伸力学性能随 MWNTs含量的变化关系。结果表明 , 一定含量的 MWNTs能有效地分散于 PU 溶液中 , 并能成功地纺出 MWNTs/PU 复合微/纳米纤维。随 MWNTs在 PU 纤维中含量的增加 , 纤维的直径变细 , 复合纤维的玻璃态转变温度提高。在所研究的含量范围内 , 无纺布的拉伸强度和断裂伸长率随 MWNTs 含量的增加而有所增大。      

In situ fabricated metal-carbide with core–shell structure for high impact-toughness iron-matrix composite

A series of metal-carbide (Ta–TaC, Nb–NbC and W–WC) with core–shell structure for iron-matrix composites are fabricated by in situ solid-phase diffusion. Results show that the formation of metal-carbide with a rod-shaped core–shell structure, in which the metal-rod surface was covered with a carbide shell layer, in the iron- matrix after in situ solid-phase diffusion. The TaC, NbC, and WC shell layers are in situ synthesised by the diffusion of carbon atoms from the iron-matrix onto the surface of the Ta, Nb, and W rods, respectively. Metallurgical integration occurs between metal-carbide and iron-matrix. The metal-carbide-reinforced iron-matrix composites show excellent impact resistance, and the shell-layer hardness is extremely high.     

电铸nano-Al2O3 / Cu 复合材料的组织与性能

采用复合电铸工艺, 在硫酸铜镀液中加入纳米氧化铝颗粒制备了纳米颗粒弥散增强铜基复合材料, 利用扫描电镜、电子透镜对复合材料的表面、拉伸断面和摩擦磨损表面的形貌以及微观组织进行了观察, 并对显微硬度、拉伸性能、磨损性能及电阻率进行了研究。结果显示, 氧化铝颗粒及其团聚体以纳米级尺寸弥散分布在铜基体中, 且与铜基体结合良好。复合材料的硬度最大增幅达42 %。氧化铝颗粒含量在1. 26 %时, 复合材料的拉伸强度和延伸率分别高达385 MPa 、26 %。相对电铸纯铜, 复合材料的耐磨性能明显提高, 而复合材料的电阻率最大增幅小于6 %。      

Effect of different binders and secondary carbides on NbC cermets

Due to the rapidly increasing price of tungsten carbide and the significant health risks associated with the wear products of WC-Co (Co₃O₄ and Wo₃), an alternative is required. Niobium carbide (NbC) is well suited as a cutting tool due to its high melting point and low solubility in iron. Compared to pure NbC, a complete substitution of WC to NbC-Co resulted in an increased toughness and strength. As alternative binders, nickel and iron-based binders were subsequently investigated. Although iron-based cermets would be an economical, low-cost alternative to NbC-Ni cermets, they showed a higher coefficient of friction and wear rate. So far, NbC-Ni cermets best met the requirements of high hardness and toughness. Various secondary carbides such as VC, Mo₂C, TiC, but also WC were added to further improve the hardness. Elemental analyses of NbC-Ni-MeC cermets (Me = metal) showed that the binder is a face-centered cubic solid solution, while the NbC phase is a solid solution of the type (Nb, Me)C.

     

Formation of NbC and TaC by solid-state reaction

The formation of NbC and TaC by solid-state reaction of Nb₂O₅ and Ta₂O₅ with carbon, respectively, was studied at 1000 to 1285° C by X-ray diffraction. Factors affecting the formation of the carbides, such as the nature of the reaction vessel, the molar ratio of carbon/oxide, the form of reactant carbon, etc., were examined. By covering the graphite crucible and increasing the molar ratio of carbon to oxide, complete formation of NbC and TaC could be achieved in about 60 min at low temperatures (1170 and 1225° C, respectively). The beneficial effect of covering the crucible is ascribed to the retention of CO which facilitates the reaction at low temperatures. The formation kinetics of NbC and TaC obey a first-order equation, with activation energies of 90 and 93 kcal mol^–1, respectively. Possible mechanisms for the solid-state reactions are discussed.     

含环氧-SiC复合微/纳米纤维的层合板制备及其力学性能

应用同轴静电纺丝技术制备环氧包覆纳米SiC 复合微/ 纳米纤维, 将该复合微/ 纳米纤维收集成无纺布薄膜引入层合板层间界面并固化成型, 研究其对层合板力学性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜( TEM) 分析了微/ 纳米纤维的形貌和结构, 并测试了微/ 纳米纤维薄膜的拉伸性能。应用三点弯曲、短梁剪切和简支式冲击实验测定了层合板的弯曲性能、层间剪切强度和冲击韧性。结果表明, 一定厚度及一定SiC 含量的微/ 纳米纤维无纺布薄膜对层合板的力学性能无显著影响。      

Al( Cr) 2O32Cr(Mo) 陶瓷基复合材料的制备与组织

在Al-Cr₂O₃ 体系中引入稀释剂(Al₂O₃ 、Cr₂O₃ ) 和反应性添加剂(MoO₃ ) 。利用热爆式燃烧合成法成功制备了含有细小棒状金属相共晶体的Al (Cr) ₂O₃-Cr (Mo) 陶瓷基复合材料。探讨了反应体系成分和制备工艺对复合材料微观组织的影响。对燃烧合成熔体施加1. 26 MPa 压力, 致密度可达90 %左右。陶瓷基体具有3 种形态:边界较圆整的块状, 细小的、按一定的取向交叉排列的长条状以及粗大的长条状。金属相以颗粒状分布在陶瓷晶体内或晶界处, 或与陶瓷相形成共晶组织。产物的共晶体呈准规则的结构, 细小棒状的金属相弥散分布在连续的陶瓷基体中。共晶体的分布具有区域性。原位生成的长条状陶瓷晶粒及金属相呈棒状的共晶结构是制得的复合材料的重要组织特征。      

原位聚合 ( PSS/ PANI) n复合膜的静电层2层自组装

基于静电相互作用 , 从苯胺单体出发原位聚合、现场掺杂、层2层自组装制备多层聚苯乙烯磺酸钠( PSS) /聚苯胺 ( PANI) 复合膜。为了明确控制 PSS/ PANI复合膜纳米结构的因素 , 以紫外2可见 (UV2Vis) 光谱跟踪 PSS/ PANI复合膜的成膜过程 , 系统地研究了基片性质、 氧化剂用量及沉积时间等溶液因素对单个双层复合膜纳米结构的影响 , 得到了制备单个双层复合膜的较优条件。在此基础上变换苯胺单体浓度 , 制备了不同纳米结构的多层复合膜 ( PSS/ PANI) n, 并用原子力显微镜 (AFM) 、 扫描电镜 (SEM) 及椭偏仪等对该多层复合薄膜的形貌结构进行了表征。结果表明 , 通过控制沉积条件 , 每双层复合膜的厚度可控制在 40～100 nm , 电导率可达- 12. 675 mS·cm , 并且可制备增长均匀的 8 个双层的 ( PSS/ PANI) 8复合膜。热失重分析 ( TGA) 表明 , ( PSS/ PANI) n多层复合膜的热稳定性优于普通 PSS/ PANI复合膜。     

AC/Ni-Co复合电极材料的制备及其催化析氢性能

采用复合电沉积法制备了AC(活性炭) / Ni-Co 复合电极。XRD 和SEM 测试结果表明, AC 微粒的复合未改变Ni-Co 合金电极的物相结构, 但使镀层的表面粗糙度和真实表面积增大。通过稳态阴极极化曲线和电化学交流阻抗技术考察了不同电极在1 mol·L-1 NaOH 溶液中的催化析氢性能, 结果表明, 镀液中AC 含量为3 g·L-1时所制备的AC/ Ni-Co 复合电极较Ni 电极和Ni-Co 合金电极具有更高的催化析氢活性, 电流密度为30 mA·cm-2时, 析氢反应极化电位分别比Ni 电极和Ni-Co 合金电极正移230 mV 和140 mV , 表观交换电流密度分别是Ni 电极和Ni-Co 合金电极的42 倍和9 倍, 复合电极催化析氢性能的提高主要归因于电极真实表面积的增大。