难熔高熵合金的强韧化途径与调控机理

在众多高熵合金中,由5种或5种以上的难熔金属元素,按照等原子比或者近等原子比混合形成的难熔高熵合金,凭借稳定的相结构和优异的高温性能,在高温材料领域具有广阔的应用前景。本文从难熔高熵合金的研究现状出发,综述典型难熔高熵合金的微观组织和相组成、室温和高温力学性能、强韧化机理与力学性能调控,并对未来难熔高熵合金的研究开发进行展望。首先,将难熔高熵合金按照组成相进行分类,分析了难熔高熵合金的微观组织和相组成,然后总结了难熔高熵合金的室温和高温力学性能与强韧化机理,并讨论了3种不同的强韧化方案,即化学成分调控、工艺调控和相结构调控。最后对未来难熔高熵合金的发展进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议：借助计算机等技术,模拟与计算材料的性能与形成相,构建难熔高熵合金的研究平台与数据库;借助组合实验方法,加快筛选新的难熔高熵合金;掌握自上而下和自下而上的实验方法,探究性能优异的新型难熔高熵合金体系。     

高熵陶瓷薄膜晶体结构、制备及其功能特性研究进展

高熵陶瓷薄膜是在高熵合金薄膜中掺入C、N、O等非金属元素形成的碳化物、氮化物、氧化物等性能更优异的薄膜材料。由于高熵陶瓷薄膜具有组分可调节空间大、熵效应独特及材料性能可调控等优点，因此高熵陶瓷薄膜无论是作为结构材料还是功能材料，都有望成为综合多种优异性能的薄膜材料。首先介绍了含有C、N、O等不同非金属元素的高熵陶瓷薄膜的晶体结构，并研究了改变晶体结构的影响因素。除了掺入薄膜中的C、N、O等非金属元素含量会对薄膜的晶体结构产生显著影响外，制备工艺中的工艺参数也会对高熵陶瓷薄膜的晶体结构产生影响。例如，随着基底温度的升高，高熵氮化物薄膜会由非晶结构转变为简单的FCC固溶体结构。另外，基底偏压虽不能直接影响高熵陶瓷薄膜的晶体结构，但对薄膜的择优取向有着显著影响。综述了制备高熵陶瓷薄膜常用的技术，包括磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术、真空电弧沉积等。综述了目前国内外研究者对高熵陶瓷薄膜的功能特性的研究进展，包括抗辐照性、扩散阻挡性、电催化性、磁学性、生物相容性等。最后总结了高熵陶瓷薄膜的应用，并指出了目前研究的不足，以及高熵陶瓷薄膜未来的研究方向。     

高熵陶瓷薄膜和涂层的研究进展

具有5种或5种以上阳离子的高熵陶瓷由于其在各种结构和功能应用中的优异性能,引起了人们的极大关注。在引入熵稳定概念后,人们开始做出重大努力来增加熵,使吉布斯自由能最小化,并实现稳定的单相高熵陶瓷。本文综述了近年来高熵陶瓷薄膜和涂层的最新研究进展。首先从高熵陶瓷薄膜和涂层中的高熵概念出发,介绍了其微观结构;然后概述了高熵陶瓷薄膜和涂层的制备方法,并详细总结了其优异性能的研究成果;最后在此基础上对高熵陶瓷薄膜和涂层进行展望。     

粉末冶金高熵合金研究进展

高熵合金是一类由4、5种或者更多金属元素,以近等原子比例构成的新型金属材料,也称为复杂组元合金。由于其主要组元的非单一性,该类合金具有比传统合金特殊的性能,例如高的强度和韧性、优异的耐腐蚀性能和抗辐照性能等,但在制备方面,材料的组织均匀性以及缺陷控制也存在较大难度。粉末冶金与铸锭冶金相比,在复杂成分合金的元素分布均匀性、组织细小程度以及近型成形等方面,具有明显优势。本文首先介绍了高熵合金的基本特性,综述了高熵合金的粉末冶金制备工艺,包括粉末制备、致密化工艺、近型成形技术等,随后阐述了材料在组织和性能研究方面的基础科学问题,最后对粉末冶金高熵合金及其复合材料的成分设计、性能优化和工程应用提出了建议和展望。     

高熵合金的发展及工业应用展望

高熵合金是近十几年来出现的一类新型金属材料,通常由5种或5种以上的元素以等原子比或近等原子比构成,形成以固溶体相为主的组织结构。高熵合金概念的提出,突破了传统合金的设计理念,极大拓展了合金设计的空间。由于具有大晶格畸变、高混合熵、原子缓慢扩散和"鸡尾酒"效应等多重效应,高熵合金显示出高强度、高韧性、高硬度、异常优异的低温韧性、优异的耐腐蚀和抗辐照等独特性能。通过对高熵合金目前研究现状的系统总结,探讨了高熵合金作为一种新型结构材料在核能和石油工业等多个领域极端服役条件下的应用前景,着重分析了高熵合金在钻杆接头耐磨带、抗腐蚀套管和高性能隔水管等油气开发关键构件应用的可行性。     

高熵合金高温抗氧化性的研究进展

高熵合金在高温下具有优异的力学性能,但在高温下抗氧化性能的不足制约了其实际工业应用.概述了高熵合金的氧化机理,包括氧化动力学规律、氧化行为以及合金元素氧化顺序规律等,归纳了高熵合金在高温下存在的问题.在此基础上,重点综述了近年来高熵合金高温抗氧化性的研究进展.其中,通过添加可生成保护性氧化物的元素可以提高高熵合金氧化层...     

高熵碳化物粉体的研究现状

高熵碳化物是近年来科研工作者受到高熵合金启发而发展的一种新型材料,它具有多种优异性能,包括优良的力学性能、良好的抗氧化性能、良好的热稳定性以及低导热率。本文介绍了高熵碳化物粉体在国内外的研究现状,归纳了其主要制备工艺:粉末冶金法、高能球磨、溶胶-凝胶法,总结了高熵碳化物的应用方向:可以用作涂层、隔热材料、热防护材料以及刀具材料。     

FCC结构高熵合金的析出强化研究进展

高熵合金是近年来涌现出的一种新型合金,突破了以一种或者两种元素为主、少量添加元素为辅的传统合金设计理念。作为高熵合金体系一个重要分支—FCC结构的高熵合金,具有高损伤容限、良好的抗辐照能力、高耐磨、耐腐蚀性能等一系列优异的性能,可以作为理想的工程结构材料。然而,FCC结构高熵合金强度-塑性不匹配严重制约了其工程应用。研究表明,析出强化可以有效提高FCC结构高熵合金的强度,产生优异的强度-塑性匹配性能,各国学者相继开发出大量的高性能析出强化高熵合金体系。本文主要介绍了FCC结构高熵合金的析出强化研究,包括非共格析出相和共格析出相,着重介绍了研究现状以及强韧化的影响机制,并对未来高熵合金析出强化研究进行了展望。     

Al-Ti-V基轻质高熵合金研究现状

近年来,高熵合金凭借其新颖的设计理念和优异的各类物化性能成为金属结构材料领域的研究热点。随着轻量化合金设计理念的不断普及,“熵调控”的概念也被广泛应用于开发新型轻质合金。轻质高熵合金是基于合金轻量化设计的一类低密度的新型高熵合金,其开发与设计主要利用经验参数准则、相图计算以及第一性原理计算相结合的方法。其中,Al-Ti-V基轻质高熵合金凭借其优异的力学性能、良好的高温抗氧化性及耐腐蚀性等优点,受到了广泛关注。本文基于Al-Ti-V基轻质高熵合金的研究现状,从成分设计、制备方法、结构特征以及各类物化性能特点等方面进行了综述,并指出了Al-Ti-V基轻质高熵合金所面临的问题与挑战。     

高熵非晶合金成分体系特点及其综合性能研究进展

为了解决严苛环境下长期服役的重型装备敏感损伤失效等问题,开发新型性能优异的工程材料已迫在眉睫。高熵非晶合金是近年来备受学者关注的一种新兴的结构和功能材料,它以其特殊的成分设计理念,兼顾了传统非晶合金的结构优势与高熵合金优异的综合性能。尽管其诞生至今仅十余年,但其相关研究工作已取得了长足进步。鉴于此,本文简述了高熵非晶合金的概念与历史,归纳了影响高熵合金相稳定性的因素及其相形成规律,总结了现有高熵非晶合金成分体系及其主要特点,重点阐述高熵非晶合金的室温力学性能、锯齿流变行为和耐摩擦磨损性能的最新研究成果,并对高熵非晶合金的热稳定性研究进展进行概述,最后对其未来研究趋势与应用前景进行了展望。     

Li掺杂Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3高熵陶瓷的制备及介电性能研究

近年来,在高熵合金基础上发展起来的高熵陶瓷逐渐引起了研究者的广泛关注,其出现为开发高性能的无机非金属材料提供了新的设计思路。本文采用固相法制备了BaMO3基钙钛矿型高熵陶瓷Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li(1/7-x))O3 (x = 0, 2.3%, 5.3%, 8.3%, 11.3%),并研究了Li含量对高熵陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响。结果表明,Li含量对陶瓷结构的影响不大,陶瓷均保持立方钙钛矿结构,且无杂相产生;陶瓷的晶粒尺寸相对较均匀。当x = 0时,即B位七元等摩尔比Ba(Ti1/7Sn1/7Zr1/7Hf1/7Nb1/7Ga1/7Li1/7)O3高熵陶瓷,其介电常数达到了最大值2920 (@100 Hz),相较于已报道的不掺Li的六元高熵钙钛矿陶瓷Ba(Ti1/6Sn1/6Zr1/6Hf1/6Nb1/6Ga1/6)O3提升了近50倍。     

氧化物共晶陶瓷定向凝固研究进展

定向凝固氧化物共晶自生复合陶瓷具有优异的高温强度、抗氧化性、抗蠕变性以及良好的高温结构稳定性,被认为是新一代在高温氧化性气氛中长期工作的首选超高温结构材料之一。回顾了氧化物共晶自生复合陶瓷的发展历史,总结了目前定向凝固氧化物共晶陶瓷凝固组织和力学性能方面的研究现状,同时结合作者在本领域的研究,着重分析了高温度梯度定向凝固条件下氧化铝基共晶陶瓷的组织特征、凝固特性、力学性能以及增韧机制。最后展望了定向凝固氧化物共晶陶瓷的发展趋势。     

氧化物陶瓷阻氚涂层的研究进展

利用阻氚涂层(TPB)降低结构材料中的氚损失,是聚变堆发展中的热点研究之一。陶瓷具有低氚渗透性、耐腐蚀性、高硬度和高热稳定性等特性,是目前聚变堆阻氚涂层首选材料。相对于硅化物、钛基等非氧化物陶瓷材料,氧化物陶瓷涂层具有熔点高、化学性质稳定、耐腐蚀性和阻氚渗透因子(PRF)高等优势,因此针对氧化物陶瓷阻氚涂层的研究较多。主要综述了单一氧化物陶瓷、复合氧化物陶瓷阻氚涂层近年来的研究现状与发展,如Y2O3、Er2O3、Al2O3等及其复合氧化物陶瓷材料,其中,因Al2O3及其复合物涂层具有优异的阻氚性能,得到了广泛的关注和研究。重点阐述了制备工艺、基体效应和辐照等影响氧化物陶瓷涂层阻氚性能的因素及氚在材料中的渗透机制,并分析了当前阻氚涂层在材料制备以及模拟服役环境等方面存在的不足与今后的研究重点,指出了未来可能的氧化物陶瓷阻氚涂层,以期为阻氚涂层的研究与后续实验提供一定的方向。     

高强韧共晶高熵合金的研究进展

共晶高熵合金具有高硬度、高耐腐蚀性、高耐磨性、极好的铸造性、优异的抗氧化性和磁性等诸多传统合金无法比拟的特点,是传统物理冶金领域对合金设计的一次突破,为新材料、新性能的探索开辟了新的平台.虽然目前已出现多种类型的共晶高熵合金,但对共晶高熵合金的性能和设计思路还缺乏宏观的认识.本文将综述近年来共晶高熵合金的设计方法:试验...     

结构陶瓷及其超塑性I.结构陶瓷简介

结构陶瓷可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷,它们均具有低的密度,高的耐磨性及抗高温冲蚀特性,是一类可在苛刻环境下服役的材料.本文对其组元构成、晶体结构、性能特点及近期研究进展和应用等诸方面做了综述.     

热透波材料技术研究进展

热透波材料技术是高超声速飞行器实现通讯与精确导航的关键技术,文章从热透波材料体系、热透波材料热电行为和高温电性能测试技术等方面对热透波材料及其相关技术的发展现状进行了简要介绍。在材料体系方面,石英陶瓷及二氧化硅基复合材料是目前应用的主要材料品种,多孔氮化物陶瓷及陶瓷基复合材料是未来发展的重要方向。在热电行为研究方面,对典型氧化物、氮化物、氮氧化物材料热电行为规律及杂质离子对材料热电行为的影响等方面的研究获得重要进展,并获得试验验证。在高温电性能测试方面,近年来突破了1600℃高温宽频测试关键技术,并获得了氧化硅熔融态介电性能实测数据,国外和国内已实现8MW／m^2热透波实时测试。     

ZrC陶瓷的性能、制备及应用

ZrC作为一种难熔的金属碳化物,具有高熔点、高硬度、高热导和电导率、以及高的化学稳定性等优良特性,广泛应用于发射器表面涂层、核燃料颗粒涂层、热光电辐射器涂层以及超高温耐火材料等领域。本文综述了ZrC的基本性能及国内外关于ZrC粉末和陶瓷的制备技术及应用,并对ZrC材料的发展前景进行了展望。     

Development of electrically conductive plasma sprayed coatings on glass ceramic substrates

The production of functional coatings on glass or glass ceramic substrates is of outstanding interest in modern product development due to the specific thermophysical properties of glasses, like low or even negative CTE, low heat conductivity and high dimensional stability. Atmospheric plasma spraying (APS) is an adequate technology for the deposition of a wide variety of materials on glasses and opens new application fields for thermal spraying technology in engineering and consumer industries.Metals are the frequent solution to produce electrically conductive layers in thermal spraying operations. Concerning applications with glass ceramic as a substrate, an intermediate oxide ceramic coating is applied before depositing the metallic layer, so that the distribution of residual stresses in the composite caused during and after the deposition process due to the mismatch in the materials thermophysical properties is minimized. However, the electrical properties required for the developed coatings presented in this paper can be fulfilled using other spraying materials, like mixed phases of oxide ceramics and metal powders, or pure ceramic materials. In this way, mono-layer electrically conductive systems which ensure the required stability and adhesion of the coating can be developed, reducing as well production time and costs.In the proposed approach, the three systems, metal oxide layer-composites, ceramic-metal mixed layers and ceramic mono-layers as conductive coatings on glass ceramics were thermally sprayed with APS. The coatings were characterized in terms of residual stress distribution and electrical conductivity. The influence of the process parameters on the coating electrical and mechanical properties was analyzed using the design of experiments (DOE) methodology.     

钛酸铋钠基压电材料制备技术研究进展

钛酸铋钠(BNT)基压电材料因具有较好的电学性能以及高居里温度等优点,成为了压电材料领域的研究热点之一。如何制备出性能优异的钛酸铋钠基压电材料,是满足各个领域应用要求的重要环节。重点综述了近年来钛酸铋钠基压电材料制备技术的研究进展,从固相烧结、放电等离子烧结以及微波烧结等角度对其烧结技术进行论述;从溶胶-凝胶、脉冲激光沉积和射频磁控溅射等角度对其薄膜制备技术进行综述;对热喷涂制备压电涂层的机理和工艺进行总结。结果表明,烧结温度是影响块体材料结构和性能的关键因素,其中放电等离子烧结与微波烧结相较于传统的固相烧结能够有效控制材料的烧结温度;在钛酸铋钠薄膜的制备中对沉积温度、氧气压力以及退火温度的控制可以有效提高薄膜电学性能;热喷涂制备的钛酸铋钠涂层通过热处理工艺能够改善涂层的电学性能,并且热喷涂能够在复杂零件表面实现压电涂层的可控制备,其中钛酸铋钠压电陶瓷薄膜和涂层的制备扩展了其应用范围。最后,展望了压电陶瓷材料技术的未来发展趋势,为压电材料制备技术的研究提供了一定的参考。